Ruhr-Universität Bochum Lehrstuhl für Verkehrswegebau

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1 Ruhr-Universität Bochum Lehrstuhl für Verkehrswegebau Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg Masterprüfung Mastermodul Straßenbautechnik und Erhaltung (WP 29) Montag, den ; 08:00 11:00 Uhr Zugelassene Hilfsmittel: Skripte und Mitschriften, Fachliteratur, Taschenrechner Aufgabe Σ % Punkte erreicht Aufgabe Σ % Punkte erreicht Σ % 180 Note Name : Matr.-Nr:

2 AUFGABE 1 10 Punkte Bestimmen Sie den Aufbauindex D! Untergrund: CBR = 40 % Regionalfaktor R: R = 1,5 Achslast [kn] Anzahl absolut

3 AUFGABE 1 10 Punkte

4 AUFGABE 2 6 Punkte a) Bewerten Sie kurz mit jeweils einem Satz die Vor- und Nachteile der Bemessung einer Asphaltbefestigung anhand der RStO bzw. RDO. b) Zur Bestimmung der bemessungsrelevanten Beanspruchung B werden in der RStO zwischen zwei Methoden unterschieden. Wann wird Methode 1 und wann Methode 2 angewendet?

5 AUFGABE 3 10 Punkte a) Welche rheologischen Modelle kennen Sie, die zur Beschreibung der Verformung von Asphalt eingesetzt werden. Benennen Sie die Modelle mit Angabe des jeweiligen qualitativen Verlaufs des Zeitverformungsdiagramms! b) Geben Sie tabellarisch an ob elastische, plastische, viskose, viskoelastische und viskoplastische Verformungen zeitabhängig und/oder reversibel/irreversibel sind!

6 AUFGABE 4 40 Punkte a) Für eine aus Betonplatten herzustellende Fahrbahnbefestigung sollen die Spannungen aus der Verkehrslast bestimmt werden. Benutzen Sie dafür die theoretischen Ansätze nach Westergaard und bestimmen Sie die auftretenden Spannungen in Plattenmitte, Plattenrand und Plattenecke! h = 0,23 m E = MN/m² Q = 0,045 MN µ = 0,17 p = 1,25 MN/m² k s = 120 MN/m³ b) Bestimmen Sie nun das maßgebliche Biegemoment M der quadratischen Betonplatte mit dem Verfahren nach Eisenmann (Einheiten beachten)! Dazu stehen Ihnen folgende Angaben zur Verfügung: Radlast Q: 0,045 [MN] Plattenlänge L 3000 [mm] Reifenkontaktdruck p 1,25 [MN/m²] Querdehnzahl µ 0,17 [-]

7 AUFGABE 5 14 Punkte Bei einem dynamischen Spaltzugversuch stehen Ihn folgende Daten zur Verfügung: Probekörperdurchmesser d 100 mm Querdehnzahl μ 0,35 [-] Last F 2000 N Verhältnis h/d (Probekörperhöhe h zu Probekörperdurchmesser d) 0,42 a) Bestimmen Sie mit den oben angegebenen Daten die Zugspannung im Probekörpermittelpunkt σ x. Beachten Sie dabei jedoch den Korrekturfaktor! b) Als Ergebnis des dynamischen Spaltzugversuches kann eine material-spezifische Ermüdungskurve bestimmt werden. Bitte zeichnen Sie in das unten angegebene Diagramm eine typische Ermüdungskurve mit Beschriftung der Achsen ein. Ermüdungskurve Diagramm 1: Typische Ermüdungskurve

8 AUFGABE 6 7 Punkte a) Welche Auswirkungen haben - weniger steife Tragschichten (z. B. Frostschutzschichten) - dünnere Asphaltpakete auf die Ermüdungsbeständigkeit sowie die Spurrinengefährdung von Asphalt-befestigungen? b) Im Rahmen der analytischen Bemessung mit dem Programm PaDesTo werden zunächst Startschichtdicken und Materialparameter vorgegeben. Diese werden im ersten Rechengang überprüft. Es hat sich in dem ersten Berechnungsgang auf Grundlage der Startwerte gezeigt, dass der Ermüdungsstatus nach den vorgesehenen 30 Jahren Nutzungszeitraum weit über 100 % liegt. Wie würden Sie für den nächsten Berechnungsvorgang die Eingangsdaten verändern, damit der Nachweis für den Ermüdungsstatus erfüllt wird? Wann wäre der Nachweis für den Ermüdungsstatus erfüllt?

9 AUFGABE 7 15 Punkte Im Zuge einer Sanierungsmaßnahme sollen die gebundenen Schichten einer Straßenbefestigung vollständig entnommen und durch einen neuen Asphaltaufbau ersetzt werden. Der Aufbau und weitere Kenndaten sind folgender Tabelle zu entnehmen. Schicht Asphalt (Deck- und Tragschicht) Dicke [cm] E-Modul [MN/m²] Querdehnzahl [-]??? ,5 Frostschutzschicht 30 cm 130 0,5 Untergrund 50 0,5 Die maßgebende Belastung entsteht durch eine Radlast von 5 t bei einer Reifenaufstandsfläche von 0,1 m². Ermitteln Sie mit dem Verfahren nach ODEMARK die erforderliche Dicke der Asphaltschicht, damit die Vertikalspannung an der Unterseite der Asphaltschicht kleiner als 0,05 MN/m² ist! Verwenden Sie für die Berechnung insgesamt drei sinnvolle Schätzwerte für die Schichtdicke (drei Berechnungen) und schätzen Sie die erforderliche Dicke aus Ihren drei Ergebnissen ab (extrapolieren/ interpolieren)!

10 AUFGABE 8 18 Punkte Auf einem Militärflughafen soll eine neue Start- und Landebahn (Mittelteil) für die Nutzung durch taktische Kampfflugzeuge gebaut werden. Der Auftraggeber fordert von Ihnen zwei verschiedene Oberbauweisen zu bemessen. Dabei soll eine als Asphaltdeckschicht und die zweite als Betondecke angegeben werden. Ihnen stehen folgende Angaben zur Verfügung: Asphaltbauweise (auf Schottertragschicht: E V2,T 180 MN/m²): E V2 des Untergrundes 85 MN/m² Betondecke (auf Tragschicht ohne Bindemittel, Dicke = 35 cm, E V2,T 120 MN/m²): E V2 des Untergrundes 85 MN/m² Plattengröße: 6 x 6 m Betongüte: C30/37 Übergangsbereiche unverdübelt a) Skizzieren Sie beide Bauweisen mit Angabe der Schichtdicken! b) Als Voraussetzung zur Bemessung von Standardaufbauten nach dem Tabellenwerk müssen verschiedene Grundlagenwerte geklärt bzw. festgestellt werden. Welche Angaben sind damit gemeint? c) Nach dem Bau der Start- und Landebahn wurde seitens der Bundewehr festgelegt, dass Flugzeuge anderer Kategorien die Befestigung nutzen sollen. Dabei haben Ihre Berechnungen ergeben, dass der ACN-Wert den PCN-Wert überschreitet. Wozu kann diese neue Nutzung in Bezug auf den Oberbau führen?

11 Summenhäufigkeit [%] AUFGABE 9 47 Punkte Für das übergeordnete Straßennetz erfolgte die Einordnung der gemessenen Griffigkeitswerte in das Zustandswertesystem auf statistischer Basis. Nach aus-führlichen Zustandserhebungen wurden anhand von Summenhäufigkeitslinien die Anforderungen an Warn-, Schwell- und Zielwerte festgelegt. Sie sind beauftragt dies für ein untergeordnetes Straßennetz durchzuführen, auf dem mit einem anderen Griffigkeitsmesssystem (LFC) gemessen wurde. Die Einstufung erfolgt analog zur SKM Einstufung: - 5 % aller Straßenabschnitte sollen den Schwellenwert unterschreiten - 15 % aller Straßenabschnitte sollen den Warnwert unterschreiten - 60% aller Straßenabschnitte sollen den Zielwert erreichen a) Legen Sie die drei Grenzwerte (als Zustandsgrößen) anhand unten stehender Grafik fest. Konstruieren Sie das Normierungsdiagramm für Griffigkeiten mit dem LFC. Nehmen Sie dafür an, dass die Verläufe zwischen den Warn-, Schwell- und Zielwerten denen der üblichen Normierungsdiagramme entsprechen. 100 Summenhäufigkeit Messverfahren LFC ,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Griffigkeitswert µ LFC

12 AUFGABE 9 47 Punkte Zusätzlich wurden in einer umfangreichen Messkampange die übrigen Zustands-größen ermittelt. Folgende Mittelwerte wurden Ihnen mitgeteilt: - Allgemeine Unebenheit: 2,24 cm 3 - Fiktive Wassertiefe: 4,32 mm - Spurrinnentiefe: 8,14 mm - Netzrisse: 3,67 % - Flickstellen: 17,33 % - Griffigkeit: sinnvolle Annahme aus oben stehenden Diagramm b) Berechnen Sie den mittleren Gebrauchs- und Substanzwert des Straßen-netzes. Gehe Sie von einem niedrigen Anforderungsniveau an das Straßennnetz aus. Verwenden Sie zur Bearbeitung der Aufgabe die beiden Abbildungen auf der folgenden Seite! Nehmen Sie zu folgenden Fragen Stellungen: c) Wie bewerten Sie die Festlegung der Grenzwerte über eine Summen-häufigkeit wie es unter Punkt a) vorgenommen wurde. Berücksichtigen Sie technische, sicherheitsrelevante und wirtschaftliche Aspekte. d) Bewerten und begründen Sie ob es sinnvoll ist den Zustand eines Straßennetzes aufgrund gemittelter Zustandsgrößen zu ermitteln. Beschreiben Sie den alternativen Weg der bei Managementsystemen zur Quantifizierung des Straßenzustandes gegangen wird. Das durchschnittliche Alter des Straßennetzes von Punkt a) und b) beträgt zum Zeitpunkt der Messungen mit dem LFC 18 Jahre. 10 Jahre vor diesen Messungen wurde die durchschnittliche Griffigkeit des Straßennetzes schon einmal mit dem SKM zu µ SKM = 0,59 ermittelt. e) Prognostizieren Sie den Verlauf der Griffigkeit anhand der SKM Messung. Ermitteln Sie dafür die Verlaufskoeffizienten a und b. f) Bei welchem Summenhäufigkeitswert müsste die durchschnittliche Griffigkeit nach LFC abgelesen werden damit die getroffene Prognose eingehalten wird. Interpretieren Sie das Ergebnis.

13 AUFGABE 9 47 Punkte

14 AUFGABE Punkte Beantworten Sie folgende Fragestellungen: a) Beschreiben Sie kurz die folgenden Begriffe: - betriebliche Unterhaltung - bauliche Unterhaltung - Instandsetzung b) Vervollständigen Sie die Beschriftung der unten stehenden Stationszeichen. Welche Bedeutung hat das, den Stationszeichen zugrunde liegende System für die Straßenerhaltung. c) Nennen Sie jeweils zwei Vorteile der visuellen und der messtechnischen Zustandserfassung. Worin unterscheiden sich die Normierungsverläufe der Zustandsgrößen der beiden Erfassungsverfahren grundsätzlich.