Erkenntnisse aus den Großversuchsreihen zur Straßenbeanspruchung der Modellstraße der BASt

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1 Kolloquium ISE Erkenntnisse aus den Großversuchsreihen zur Straßenbeanspruchung der Modellstraße der BASt Referat S4 Dimensionierung und Erhaltung von Straßen Dipl.-Ing. Rolf Rabe 1

2 Zustandsmerkmale Fahrbahnkonstruktionen Oberfläche (ZEB) Längsebenheit Griffigkeit Querprofil Oberflächenbild (Ausbrüche, Flickstellen, Risse) Systematische netzweite Erfassung + Einbindung in PMS Strukturelle Eigenschaften / Untergrund Schichtenverbund Ermüdungsrissbildung Schichtsteifigkeiten Hohlstellen im Untergrund Kraftübertragung Fugen Erfassung auf Projektebene ohne Einbindung in PMS 2

3 Zustandserfassung und -bewertung ZEB Schichtsteifigkeiten, Schichtdicken und Strukturkennwerte aus Deflektions- und Georadarmessungen Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 3

4 E-Modul E* Ermüdungsverhalten Asphalt 9. E-Modul ATS 2-Punkt Biegeversuch - f=1 Hz - T=1 C Mikrorissbildung > kontinuierlicher Steifigkeitsabfall Makrorissbildung > Versagen Anzahl der Lastwechsel N [-] Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 4

5 Die Modellstraße der BASt Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 5

6 2,1 Dauerbelastungsversuche Modellstraße,9 136 MN/m² 126 MN/m² 4cm SMA /8 8cm AT /32 CS 2cm ToB /32 FSS /32 14 MN/m² Dauerbelastung BK V Asphalt auf ToB bis 14,6 mio. 5t-Lastwechsel Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 6

7 Verformung [mm] Dauerbelastungsversuche Modellstraße Verformung Feld 4 Schnitt Nr. Querrichtung 1N N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 1N 11N N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 1N 11N 25 Spurrinnentiefe nach 14,6 mio. 5t-Lastwechseln: 24 mm (Schwellenwert BAB/BStr ZEB: 2 mm) Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 7

8 Schichtdicke [mm] Dauerbelastungsversuche Modellstraße Schichtdicke AD+AT Feld 4 Querrichtung Schnitt Nr N 2N 3N 4N 5N 6N 7N 8N 9N 1N 11N N 2N 3N 4N 5N 6 6N 8 1 7N 8N 9N 12 1N 14 11N 16 keine Spurrinnenbildung in den Asphaltschichten Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 8

9 Dauerbelastungsversuche Modellstraße Rissbildung im Asphalt auf ToB BK V nach 14,6 mio. 5t-Lastwechseln Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 9

10 Rissbildung in der Asphalttragschicht Rissbildung in der AT nur bis zur Schichtgrenze AD-AT Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 1

11 Deflektion [µm] Deflektionen - Tragfähigkeitskennwerte Abstand vom Lastzentrum [mm] UI=d 9 -d 15 1 BCI=d 6 -d 9 2 Tz=(R /d ),5 Rückrechnung von Schichtsteifigkeiten und Berechnung der Beanspruchungen 3 d 1,µ 1 > E 1 s 1,e 1 R SCI=d -d 3 4 d 1,µ 1 > E 2 s 2,e 2 5 d 1,µ 1 > E 3 s 3,e 3 11

12 Deflexion [µm ] Deflexion [µm ] Dauerbelastung: Deflektionsmulden A bstand vom Lastzentrum [m m ] Feld 4 unbelasteter Bereich 5 A bstand vom Lastzentrum [m m ] Quelle: A. Wolf M io 1 M io 1,5 M io 215 M io 2,5 M io 5 Quelle: A. Wolf Feld 4 belasteter Bereich 4 45 M io 1 M io 1,5 M io 2 M io 2,5 M io 5 12

13 Deflektion d [µm] Asphalttemperatur T [ o C] Deflektion d im Lastzentrum Impulsbelastung in HBS [Mio] unbelastet belastet d MP2 d MP4 Temp MW

14 Tragfähigkeitszahl Tz [-] Untergrund-/Unterbau-Indikator UI [µm] Zustandsindikatoren nach Jendia 1,8 1,6 belastet unbelastet 6 5 1,4 1,2 unbelastet 4 1, 3,8,6 belastet 2,4,2 Tz MP2 Tz MP4 UI MP2 UI MP4 1, Impulsbelastung in HBS [Mio] 14

15 SCI 3 [µm] BCI 6-9 [µm] SCI 3 und BCI belastet belastet unbelastet unbelastet SCI 3 MP2 SCI 3 MP4 BCI 6-9 MP2 BCI 6-9 MP Impulsbelastung in HBS [Mio] 15

16 Dauerbelastung: Fazit Kombination aus plastischer Verformung der ToB und Rissbildung im Asphalt bei Aufbau der BK V Keine Spurrinenbildung in den Asphaltschichten Rissfortschritt nur bis zur Schichtgrenze AD-AT FWD-Kennwerte zeigen eindeutig maßgebliche Schädigung innerhalb der ersten 2 mio. Lastwechsel Belastungpausen beeinflussen FWD-Kennwerte Frage: Lassen sich kontinuierlich Schädigungen/Steifigkeitsverluste anhand von Deflektionsmessungen erkennen? Noch ausstehend: Steifigkeits- und Ermüdungsuntersuchungen an Materialproben 16

17 Vergleich Tragfähigkeitsmesssysteme Georadar: Schichtdicken/Aufbau Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen Deflektionsmessungen: Steifigkeit/Struktur 17

18 High Speed Deflectograph HSD Bestimmung von Oberflächendeflektionen mit dem High Speed Deflectograph Strukturbewertung mittels SCI 3 Quelle: Rolf Rabe Referat Dimensionierung und Erhaltung von Straßen 18

19 Vergleich FWD - HSD Kraft: 5 kn 1 Lasteinleitungsfläche: d=3 cm Belastung: vertikaler Stoß gemessen: 9 Deflektionen Belastungszeit: ~25-3 ms statische Deflektionsmulde dynamische Radkraft: +/- 5 kn 2 Lasteinleitungsflächen: d~3 cm Belastung: Überrollung gemessen: 3 Beschleunigungen Belastungszeit: v = 5-8 km/h Reale Deflektionsmulde unterschiedlicher Tragfähigkeitskennwert SCI 3 19

20 Versuchsstrecke B35 Lienzingen - Illingen Illingen Lienzingen Bauabschnitt 1 Bauabschnitt 2 Bauabschnitt 3 Bauabschnitt cm SMA /11 S, PmB 45 4 cm SMA /11 S, PmB 45 4 cm SMA /11 S, PmB 45 4 cm AB /11 S, 5/7 8 cm ABI /16 S, PmB cm AT /32 CS, 5/7 8 cm ABI /16 S, PmB 45 8 cm ABI /16 S, PmB 45 1 cm AT /32 CS, 5/7 8 cm AT /32 CS, 5/7 8 cm AT /32 CS, 5/7 48 cm KFT Schotter /45 55 cm KFT Schotter /45 5 cm KFT Schotter /45 5 cm KFT Schotter /45 2

21 DO / SCI 3 [µm] Schichtdicke [cm] B35: Deflektion d - SCI 3 - Schichtdicke B35 Illingen Gesamtstrecke km 2+261,5-3+75, d und SCI 3 aus FWD-Messungen Strecken-km D SCI 3 Asphalt 21

22 Schichtdicke [cm] Schichtdicken nach Bohrkernentnahme 25 Schichtdicken am Bohrkern - B35 - Abschnitt ,4 cm Beispiel FWD-Rückrechnung: d Asphalt [cm] E-Modul [MPa] 2, , , % -22% 1 5 3,375 3,425 3,475 3,525 3,575 3,625 3,675 3,725 km ADS ABI ATS Gesamt MW Gesamt 22

23 Vergleich Tragfähigkeitsmesssysteme: Fazit Noch ausstehend: Vergleich der Tragfähigkeitskennwerte aus HSD- und FWD-Messungen (SCI 3) Deflektionsmessungen sind zur Substanzbewertung alleine nicht ausreichend Strukturparameter aus Deflektionsmessungen kontinuierliche Schichtdicken aus Georadarmessungen Einbindung von Materialprüfungen (Bohrkerne) Georadar zur Minimierung von Bohrkernentnahmen Einbindung von Strukturkennwerten auf Netzebene (ZEB) nur mit schnellfahrenden Systemen >> HSD + GPR 23

24 Kolloquium ISE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 24