Tragfähigkeit von RC-Baustoffen unter höchster Beanspruchung Beispiel A 8

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Alwin Schwarz
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1 Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am Tragfähigkeit von RC-Baustoffen unter höchster Beanspruchung Beispiel A 8 Dipl.-Ing. Thomas Chakar

2 FE-Projekte Vergleichende Beurteilung des Zeit-Setzungs-Verhaltens unterschiedlich zusammengesetzter Tragschichten ohne Bindemittel mit verschieden großen Asphaltanteilen in einer Versuchsstrecke (kurz: Vertoba) Erarbeitung eines Bewertungshintergrundes für Tragfähigkeitsmessungen auf Basis von Zustandsindikatoren nach Jendia (kurz: Jendia) Untersuchungszeitraum (Versuchsstrecke): 1/98 Einbau ToB/ATS/ABS 8/99 11/ Einbau VerkehrsADS freigabe 3/2 3/3 Vertoba Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am /5 Jendia 2

3 Lage der Untersuchungsstrecke (RStO 1, Zeile 1, Bauklasse SV) Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

4 Auswahl und Herkunft der Baustoffe Kurzbezeichnung RC-Anteile Variante oder Art des Gemisches KTS 6/4 STS 1/ 5/5 7/3 Verwendete Baustoffgemische in der ToB Kies-Sand-Gemisch (Oberrhein-Moräne) RC Gemisch, 6 M.-% Betonaufbruch und 4 M.-% Aphaltgranulat Schotter-Splitt-Sand-Gemisch (Muschelkalk) RC Gemisch, 1 M.-% Betonaufbruch RC Gemisch, 5 M.-% Betonaufbruch und 5 M.-% Aphaltgranulat RC Gemisch, 7 M.-% Betonaufbruch und 3 M.-% Aphaltgranulat Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

5 Laboruntersuchungen Eigenschaften der Baustoffgemische: Korn(Stück-)größenverteilung Stoffliche Kennzeichnung Frostbeständigkeit Wiederstandsfähigkeit gegen Schlag Reinheit Proctordichte und optimaler Wassergehalt Wasserdurchlässigkeit Zeit-Setzungs-Verhalten Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

Dynamischer Druckschwellversuch Standardversuchsbedingungen für ungebundene Gemische Oberspannung бo =,35 N/mm² Unterspannung бu =,11 N/mm² Belastung: sinusförmiger Druckschwellimpuls,,2 s

6 Dynamischer Druckschwellversuch Standardversuchsbedingungen für ungebundene Gemische Oberspannung бo =,35 N/mm² Unterspannung бu =,11 N/mm² Belastung: sinusförmiger Druckschwellimpuls,,2 s Impulsdauer; 1,5 s Lastpause Verdichtungsgrad: Dpr = 13% 12, Dehnung [Promille] 1, 8, Prüftemperatur: T = 2 C Prüfdauer: N = 1. Probekörper: 3 Prüfzylinder d = 15 mm Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am , 4, 2,, Lastimpulsanzahl [n]

7 Setzungen 3 Versuchsergebnisse (arithmetisches Mittel) Vergleichswerte Vorgängerprojekt 25 Setzungen [ ] vorgeschlagener Grenzwert 5 STS KTS 1/ 7/3 6/4 5/5 3/7 /1 Mischungsverhältnis - Beton/Asphalt [in %] Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

8 Untersuchungen in situ Planum Statischer und dynamischer Plattendruckversuch Ungebundene Tragschicht Verdichtungsgrad (Ballonverfahren) Statischer und dynamischer Plattendruckversuch Tragfähigkeit mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD) Wasserdurchlässigkeit durch Versickerungsversuche Asphalttragschicht /-binder und -deckschicht Tragfähigkeit mit dem FWD Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

9 Infiltrationsversuche 1,E-5 9,E-6 8,E-6 Abfluß q [m³/s] 7,E-6 6,E-6 5,E-6 4,E-6 3,E-6 2,E-6 1,E-6,E+ (KTS) a (6/4) (STS) (1/) (5/5) (7/3) a = 1,35E-5 (oberflächennaher Abfluß) Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

10 Statischer Plattendruckversuch Plattendruckversuch Tragschicht Ev KTS 4/6 STS /1 5/5 3/ Meßfeld/Meßstelle Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

Falling Weight Deflectometer Tragfähigkeitsmesssystem Kraftimpuls 5 kn 9 Geophone Belastungsplatte Ø 3 mm Ergebnis Fallgewicht Gummipuffer Lastplatte Geophone relativer Vergleich der Tragfähigkeit

11 Falling Weight Deflectometer Tragfähigkeitsmesssystem Kraftimpuls 5 kn 9 Geophone Belastungsplatte Ø 3 mm Ergebnis Fallgewicht Gummipuffer Lastplatte Geophone relativer Vergleich der Tragfähigkeit absoluter Vergleich der Tragfähigkeit Basisdaten für modelltheoretische Betrachtungen Einsatzmerkmale Einsenkungsmulde Fahrbahnbefestigung gute Differenzierbarkeit der Ergebnisse gute Wiederhol- und Vergleichbarkeit schneller und unkomplizierter Einsatz Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

12 Tragfähigkeitskenngrößen nach Jendia - KTS Deflexion D [µ m] 25-6/4 - STS - 1/ - 5/5-7/ Abstand Messpunkt von Messstreckenanfang [m] Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

13 Monitoring schlechter < D > besser Rang Messtermin Oktober 98 (ATS) November 98 (ABS) Junic 99 (ABS) August99 November März 1 Juli 1 Dezember 1 März 2 März 3 Juni 4 Oktober 4 Juni 5 August 5 September 5 Oktober ,9 79,7 115,1 115,5 48,6 54,5 77,8 53,9 53,7 52,1 74,8 65,4 86,7 73,4 64,2 6,3 146,5 67,2 1,3 114,6 42,1 4,2 65,1 41, 44,8 4,6 64, 54, 8, 61, 5,8 46,1 129,6 63,5 91,2 11,2 4,1 39, 6,8 39,6 39, 39, 57,2 52, 67,6 5,6 45,3 42, 129,4 55,6 8,8 99, 32, 3,4 46,5 3,1 32,6 29,6 45,2 38, 54,4 41,5 34,5 32,5 98,9 52,8 75,7 91,2 31,4 28,6 44,9 28,8 3,2 28,6 41,9 35, 49,4 37,9 31,2 32,5 67,5 45,7 59,6 58,9 22,1 2,6 35, 22,2 21,8 21,1 36,6 3,6 45,4 31,5 26,7 23,9 Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am Konsolidierungsphase Beharrungsphase Legende: Variante KTS 6/4 STS 1/ 5/5 7/3 13

Tragfähigkeitskenngrößen Aufbau nach RStO 1, Tafel 1, Zeile 1, Bauklasse IV: Asphaltdeckschicht Asphalttragschicht RStO 1, Tafel 1, Zeile 1,natürl.

SV: Aufbau nach ToB: Bauklasse Jahreszeit: Untergrund/-bau:Lage der Gradiente: nicht felsig Zeitpunkt der Messung: Phase: Frosteinwirkungszone: Jahreszeit: Alter: Lage der Gradiente: - 6/4

14 Tragfähigkeitskenngrößen Aufbau nach RStO 1, Tafel 1, Zeile 1, Bauklasse IV: Asphaltdeckschicht Asphalttragschicht RStO 1, Tafel 1, Zeile 1,natürl. II: Aufbau nach ToB: Bauklasse Gesteinskörnungen Untergrund/-bau: nicht felsig Gesteinskörnungen Frosteinwirkungszone: RStO 1, Tafel 1, Zeile 1,natürl. SV: Aufbau nach ToB: Bauklasse Jahreszeit: Untergrund/-bau:Lage der Gradiente: nicht felsig Zeitpunkt der Messung: Phase: Frosteinwirkungszone: Jahreszeit: Alter: Lage der Gradiente: - 6/4 Asphalttragschicht Beharrungsphase - STS Beharrungsphase Phase: Zeitpunkt der Messung: Alter: Jahreszeit: Phase: Beharrungsphase Frostschutzschicht - 1/ Kenngrößen (Jendia) Deflexionsmuldenintervall Kenngrößen (Jendia) x ± s (für Messlinie "R") Messlinie Deflexionsmuldenintervall x±s Kenngrößen (Jendia) R M (für Messlinie "R") Messlinie Geofonabstand zum Lastzentrum [cm] Deflexionsmuldenintervall x±s R M 233 ± ± 24 "R") (für Messlinie D Messlinie 24 Geofonabstand zum Lastzentrum [cm] (n: 683) (n: 31) bereich Temperaturbereich Temperaturbereich Geofonabstand zum Lastzentrum [cm] : C : C R 49 D ± 19 (n: 671) D UI arith. Mittelwerte x ± Standardabweichung 13 ± 4s UI (n: 671) arith. Mittelwerte x ± Standardabweichung s Tz arithmetische Mittelwerte x arith. Mittelwerte x ± Standardabweichung s ±M 16 (n: 835) 85 ± 2 (n: 148) 73 ± 2 UI (n: 187) 15 ± 3 (n: 835) 46 ± 9 (n: 683) 15 ± 4 (n: 148) 47 ± 6 (n: 31) 13 ± Tz 4 (n: 187) 4,6 ± 1,1 (n: 835) 2,1 ±,5 (n: 683) 3,9 ± 1,1 (n: 148) 1,7 ±,3 (n: 31) 21 5,4 ± 2, D 16 (n: 187) ± 22 (n: 332) 269 ± 5 (n: 221) 14 ± 26 (n: 8) 271 ± 4 (n: 39) 8 ± 2 UI (n: 79) 16 ± 4 (n: 332) 51 ± 11 (n: 221) 17 ± 4 (n: 8) 51 ± 8 (n: 39) 13 ± 4 Tz (n: 79) 3,3 ±,7 (n: 332) 1,6 ±,3 (n: 221) 2,7 ±,7 (n: 8) 1,6 ±,2 (n: 39) 16 (n: 79) ± 22 (n: 41) 314 ± 7 (n: 19) 18 ± 23 (n: 39) arithmetische Mittelwerte x 5 arithmetische Mittelwerte x D ,7 ± 1,3 Tz (n: 671) D 85 ± 2 (n: 396) UI UI 15 ± 4 (n: 396) Tz Deflexion [µm] : C Deflexion [µm] Deflexion [µm] C 2: Deflexion [µm] 1: 5-17 C Deflexion [µm] 1: C 5 42 Deflexion [µm] Deflexion [µm] /3-5/5 Temperatur Alter: Deflexion [µm] - KTS Untergrund/-bau:Lage der Gradiente: nicht felsig Frosteinwirkungszone: Zeitpunkt der Messung: natürl. Gesteinskörnungen : C : 25 C Tz ,3 ± D,6 153,4 ±, (n: 396) D 5 5 (n= ) 6 6 Abstand Messpunkt zum Messstreckenanfang [m] 3: C Deflexion [µm] Deflexion D [µm] Tragfähigkeitszahl Tz Untergrundindikator UI[ ] [µm] ToB: Asphaltdeckschicht Frostschutzschicht Asphaltbinderschicht Asphalttragschicht Asphaltdeckschicht Asphaltbinderschicht Frostschutzschicht D 12 ± 29 (n: 23) UI UI 16 ± 6 (n: 23) Tz 2 25 Tz 2,6 ±,6 (n: 23) Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am ± 25 UI (n: 149) 18 ± 5 (n: 41) 16 ± 5 Tz (n: 149) 2,6 ±,8 (n: 41) - 57 ± 14 (n: 19) 18 ± 5 (n: 39) (n= ) 1,3 ±,3 (n: 19) 2,4 ±,7 (n: 39) (n= ) - 2,3 ±,6 (n: 149) 14

15 Modell und Bemessungskriterien Bemessungskriterien Mehrschichtentheorie Schicht Schichtdicke E- Modul Asphaltschicht h1 E1 Ungeb. Tragschicht (ToB) h2 E2 Untergrund/ Unterbau unendlich E3 z.b. kritische Spannung/Dehnung an der Unterseite der Asphaltschicht Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

16 Schichtsteifigkeit E1 E2 [MPa] E3 Schichtsteifigkeiten - KTS - 6/4 - STS - 1/ - 7/3-5/ Abstand Messpunkt zum Messstreckenanfang [m] Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

Prinzip der Restnutzungsdauerbestimmung Georadar FWDMessung Streckeninformationen Labor/Literatur Aufbau Schicht-E-Moduln Spannungen und Dehnungen

17 Prinzip der Restnutzungsdauerbestimmung Georadar FWDMessung Streckeninformationen Labor/Literatur Aufbau Schicht-E-Moduln Spannungen und Dehnungen Zul. Lastwechsel N DTV(SV) Bemessungskriterium Restnutzungsdauer nein Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am Ausreichend? Ja: Ende 17

Beanspruchungsgrößen (Berechnungsannahmen: Querdehnzahlen:,35; Schichtenverbund: 1%, Ermüdungsgesetz nach SPDM, Schichtdicken h1: 34 cm; h2: 36 cm) Zusätzliche Berücksichtigung von: -

18 Beanspruchungsgrößen (Berechnungsannahmen: Querdehnzahlen:,35; Schichtenverbund: 1%, Ermüdungsgesetz nach SPDM, Schichtdicken h1: 34 cm; h2: 36 cm) Zusätzliche Berücksichtigung von: - Alterung von Bitumen - Frost-Tau-Wechselbeanspruchung - Einbaubedingte Schwächungen durch Entmischungsprozesse oder Fugen Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

19 Fazit Charakterisierung des Verhaltens definierter Baustoffgemische möglich durch erweiterte Laboruntersuchungen Messungen in situ (Monitoring): quantitative Abschätzung der Beanspruchungsgrößen zur Beurteilung der Wechselwirkung zwischen den Schichten Bestätigung bisheriger Erkenntnisse: Hohe Tragfähigkeiten Bisher keine Tragfähigkeitsreduzierung innerhalb der Beharrungsphase feststellbar Asphaltanteile bis 5 M.-% stellen kein grundsätzliches Problem dar aber: Geringere Wasserdurchlässigkeit Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am

20 Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Thomas Chakar

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