zahl an Meßwerten ermittelt. Beide Funktionen (Schwellenwerte für 1 und 5 %) zeigen Bestimmtheitsmaße über 99 % (siehe Abbildung 5-1 und 5-2).

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1 zahl an Meßwerten ermittelt. Beide Funktionen (Schwellenwerte für 1 und 5 %) zeigen Bestimmtheitsmaße über 99 % (siehe Abbildung 5-1 und 5-2). Für die Größe b 2 war eine derartige Interpolation nicht möglich. Aus diesem Grund werden als Schwellenwerte die höchsten Anforderungen (niedrigste Schwellenwerte) herangezogen. Sie dienen als Orientierungsgrößen. Schwellenwerte 1,2 1 0,8 0,6 0,4 y = 0,0002x 2-0,0203x + 1,1238 0,2 R 2 = 0, Anzahl der Meßwerte Schwellenwerte 1,2 1 0,8 0,6 y = 0,0001x 2-0,0215x + 1,5036 0,4 R 2 = 0,998 0, Anzahl der Meßwerte Abbildung 5-1: Funktion Schwellenwerte b 1 bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % Abbildung 5-2: Funktion Schwellenwerte b 1 bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 1 % Die Ergebnisse des durchgeführten Ausreißertests sind in der Tabelle 6a bzw. I/6a dargestellt. Bei Untersuchung der Ergebnisse der Scherkräfte traten weder bei der Schiefe noch beim Exzeß Prüfgrößen auf, die über dem dazugehörigen Schwellenwert lagen. Die Ergebnisse des Scherweges (Tabelle I/6a) zeigen, daß im Meßniveau II für die ermittelte Schiefe der Stichprobe die Prüfgröße den Schwellenwert überschreitet. Demzufolge wurde der vom Mittelwert am weitesten entfernte Meßwert als Ausreißer ausgeschaltet. Das gleiche Verfahren mußte wiederholt werden, bis keine weiteren Überschreitungen der errechneten Prüfgrößen auftraten. Der Exzeß der Stichprobe zeigt keine Überschreitung der ermittelten Prüfgrößen über den Schwellenwerten Standardabweichungen der Ergebnisse Nach Ausschaltung aller Ausreißer wurde von den verbliebenen Ergebnissen der Tabelle C bzw. I/C für jedes Meßniveau die Standardabweichung s ij errechnet und in Tabelle D bzw. I/D eingetragen.

2 Prüfung der Varianzen der Ergebnisse Die Prüfung der Varianzen besteht aus der Ausreißerprüfung und der Homogenitätsprüfung getrennt für jedes Meßniveau i. Die Ausreißerprüfung der Ergebnisvarianzen erfolgt prinzipiell auf die gleiche Weise wie die im Abschnitt beschriebene Ausreißerprüfung der Varianzen der Einzelwerte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 bzw. I/7 zusammengetragen. Wie ersichtlich, treten in keinem Fall Prüfgrößen auf, die über dem zugehörigen Schwellenwert liegen. Keine der geprüften Standardabweichungen ist als Ausreißer anzusehen. Die Homogenitätsprüfung der Varianzen erfolgt durch die Anwendung des Bartlett- Tests. Die Voraussetzung, daß keine der zu prüfenden Standardabweichungen den Wert Null aufweist, ist gegeben. Die Prüfgröße wird wie folgt ermittelt: xˆ B 2,3026 q 2 = νi logsi ν c j= 1 q 1 1 j= 1 ν ij i c 1 ν = + 3 s 2 i q ν j= 1 = ν i ( q 1) 2 ijsij ij logs 2 ij ν ν ij i = n q ij 1 = Anzahl der Freiheitsgrade für s = ν = N q = Gesamtzahl der Freiheitsgrade ij j= 1 i ij Die Schwellenwerte sind dem Merkblatt Statistische Auswertung, Teil 4, Tabelle II (FGSV, 1982) zu entnehmen. Da keiner der ermittelten Werte den zugehörigen Schwellenwert überschreitet, liegt keine Inhomogenität vor Zusammenstellung der Zellenmittel Aus den verbliebenen Ergebnissen wurden die Zellenmittel errechnet und in Tabelle E bzw. I/E eingetragen.

3 Ausreißerprüfung der Zellenmittel Die Ausreißerprüfung der Zellenmittel wurde analog der in Abschnitt beschriebenen Ausreißerprüfung der Ergebnisse mit dem T-Test durchgeführt. Die Zellenmittel der Scherkräfte wiesen keine Ausreißer auf. Die Zellenmittel der Scherwege wiesen beim größten Zellenmittel eine Überschreitung der Prüfgröße gegenüber dem Schwellenwert auf. Die dazugehörigen Einzelwerte wurden in Tabelle A als echte Ausreißer gestrichen Errechnung von Mittelwert, Standardabweichungen von Einzelwerten unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen sowie Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit für jedes Meßniveau Bei der Berechnung des Gesamtmittelwertes, der Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit finden alle statistischen Ausreißer keine Berücksichtigung mehr. Mit der Entfernung dieser Ausreißer verringern sich sowohl die Zahl der Meßergebnisse in den Zellen als auch die Anzahl der Prüfstellen auf den verschiedenen Merkmalniveaus. Gemäß Merkblatt Statistische Auswertung (FGSV, 1982) sind aus diesem Grund zwei unterschiedliche Berechnungsverfahren anzuwenden: 1. Gleiche Anzahl m von Einzelwerten in jeder Unterzelle 2. Ungleiche Anzahl m ijk von Einzelwerten in den Unterzellen Die Ermittlung der Rechengrößen SQ a, SQ e und SQ L ist entsprechend der im o.g. Merkblatt aufgeführten Zerlegungstafeln I bzw. II zu entnehmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 14 bzw. I/14 der Anlage 1.4 zusammengetragen. Es ist ersichtlich, daß beim Meßniveau IV sowohl bei der Scherkraft als auch beim Scherweg für die Varianz S r ² negative Werte auftreten. In diesem Fall wird gemäß Merkblatt Statistische Auswertung (FGSV, 1982) S r ² gleich S a ² gesetzt. Die Ergebnisse für die Scherkraft und den Scherweg sind in den nachfolgenden Tabellen getrennt für jedes Meßniveau aufgeführt.

4 Scherkraft Tabelle 5-8: Präzision Scherkraft für jedes Meßniveau AB 0/5 - AB 0/5 ABI 0/16 - ATS 0/32 Meßniveau M I M II M III M IV M V Mittelwert 15,66 27,54 41,32 26,51 32,80 S a 1,9299 2,7034 2,4582 2,8618 4,9119 S r 1,7775 2,1037 2,7887 2,8618 2,9593 r 4,92 5,83 7,72 7,39 8,20 S R 1,7518 4,1087 4,5697 3,8953 4,0660 R 4,85 11,38 12,66 10,79 11,26 Die Standardabweichungen unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen zeigen im Meßbereich I ( x = 15,66 kn) die niedrigsten Werte. Mit steigendem Mittelwert werden auch die Standardabweichungen unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen größer, d.h. der Prüffehler steigt mit zunehmender Scherkraft. Ein derartiger Zusammenhang kann für die ermittelten Standardabweichungen unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen für den Scherweg nicht festgestellt werden. Scherweg Tabelle 5-9: Präzision Scherweg für jedes Meßniveau AB 0/5 - AB 0/5 ABI 0/16 - ATS 0/32 Meßniveau M I M II M III M IV M V Mittelwert 3,2 3,4 3,6 2,6 2,6 S a 0,5062 0,5511 0,2812 0,5080 0,3709 S r 0,4134 0,3423 0,3417 0,5080 0,3045 r 1,15 0,95 0,95 1,41 0,84 S R 0,5423 0,8095 0,8773 0,8305 0,7483 R 1,43 3,80 1,69 2,29 2,07 S a : Standardabweichung von Einzelwerten S r : Standardabweichung unter Wiederholbedingungen r: Wiederholbarkeit S R : Standardabweichung unter Vergleichbedingungen R: Vergleichbarkeit

5 Überprüfung der Abhängigkeit der Standardabweichungen vom Zahlenwert des Ergebnisses Nachdem getrennt für jedes Meßniveau der Mittelwert x und die Standardabweichungen unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen ermittelt wurden, ist zu prüfen, ob zwischen diesen Größen ein Zusammenhang besteht. Zu diesem Zweck werden in einem Diagramm die Mittelwerte über den Standardabweichungen aufgetragen. Ergibt sich dabei für alle eingetragenen Punkte ein annähernd gleicher Abstand von der Abzissenachse, kann angenommen werden, daß die Standardabweichung nicht vom Zahlenwert des Ergebnisses abhängt. Scherkraft In den nachfolgenden Abbildungen sind die o.g. Beziehungen für die Scherkraft dargestellt. 5,0 5,0 Wiederholstandardabweichung sr [kn] 4,0 3,0 2,0 1,0 Vergleichstandardabweichung sr [kn] 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Mittelwert des Meßniveaus [kn] 0, Mittelwert des Meßniveaus [kn] Abbildung 5-3: Wiederholstandardabweichung über Mittelwert des Meßniveaus (Scherkraft) Abbildung 5-4: Vergleichstandardabweichung über Mittelwert des Meßniveaus (Scherkraft) Anhand der obigen Abbildungen kann für S r und S R über x ein linearer Zusammenhang vermutet werden. Aus diesem Grund wurde eine Regressionsrechnung mit folgendem Ansatz durchgeführt: mit: a - Achsenabschnittswert b - Regressionskoeffizient y = a + b x

6 Für beide Zusammenhänge wurden b und a ermittelt. Die erhaltenen Funktionen sind in den nachfolgenden Diagrammen dargestellt. Wiederholstandardabweichung sr [kn] 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 y = 0,0415x + 1,3047 R 2 = 0, Mittelwert des Meßniveaus [kn] Vergleichstandardabweichung sr [kn] 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 y = 0,105x + 0,6581 R 2 = 0, Mittelwert des Meßniveaus [kn] Abbildung 5-5: Regressionsgleichung Wiederholstandardabweichung S r Abbildung 5-6: Regressionsgleichung Vergleichstandardabweichung S R Anschließend wurden folgende statistische Prüfverfahren durchgeführt: Prüfung auf das Vorhandensein einer Korrelation Prüfung des Regressionskoeffizienten gegen Null. Diese Prüfverfahren sind unter anderem beschrieben in SACHS (1992) und KREYSZIG (1965). In Tabelle 5-10 sind die erforderlichen statistischen Kennwerte aufgeführt. Tabelle 5-10: Statistische Kenndaten zur Überprüfung der Abhängigkeit der Standardabweichung vom Zahlenwert des Ergebnisses Wiederholstandardabweichung S r Vergleichstandardabweichung S R y = 0,0415 x + 1,3047 y = 0,105 x + 0, 6581 Korrelationskoeffizient r = q 0,7410 Korrelationskoeffizient r = q 0,8912 Achsenabschnittwert a 1,3047 Achsenabschnittwert a 0,6581 Regressionskoeffizient b 0,0415 Regressionskoeffizient b 0,105 Standardabweichung (y) s y 0,5340 Standardabweichung (y) s y 1,105 Varianz (y) s y ² 0,285 Varianz (y) s y ² 1,223 Abweichungsprodukte (x) Q x 352,23 Abweichungsprodukte (x) Q x 352,23 Abweichungsprodukte (y) Q y 1,1042 Abweichungsprodukte (y) Q y 4,8886 Abweichungsprodukte (xy) Q xy 14,616 Abweichungsprodukte (xy) Q xy 36,986 Standardabweichnung b xy 0,04149 Standardabweichnung b xy 0,1050 Standardabweichung s bxy 0,0217 Standardabweichung s bxy 0,0308

7 Prüfung des Vorhandenseins der Korrelation Die Prüfung des Vorhandenseins einer Korrelation läßt sich anhand einer t-verteilung (FG = n - 2) prüfen. tˆ = r n 2 1 r 2 Die Nullhypothese H 0 : q = 0 gegen H A : q 0 wird angenommen, wenn tˆ t n-2,α,zwei und abgelehnt, wenn tˆ > t n-2,α,zwei ist. Der Schwellenwert t n-2,α,zwei ist den entsprechenden Tafeln (SACHS, 1992) für eine hier gewählte Irrtumswahrscheinlichkeit von 1% entnommen worden. Mit Einsetzen der in Tabelle 5-10 ermittelten Kenngrößen werden für tˆ folgende Werte ermittelt: tˆ (S r ) = 1,91 tˆ (S R ) = 3,40. Da beide Prüfgrößen über dem Schwellenwert t n-2,α,zwei = 1,6377 liegen, wird die Nullhypothese verworfen. Es besteht eine Korrelation zwischen den untersuchten Größen. Test beim Regressionskoeffizienten b Es wird die Hypothese b = β = 0 getestet. Trifft diese Hypothese zu, bedeutet dies, daß die Regressionsgerade der Grundgesamtheit waagerecht zu y verläuft und somit nicht von x abhängt. Die Prüfgröße wird wie folgt berechnet: tˆ = b s xy b xy Durch Einsetzen der in Tabelle 5-10 ermittelten Kenndaten erhält man für die Prüfgrößen folgende Werte: tˆ (S r ) = 1,912 tˆ (S R ) = 3,405. Demnach ist in beiden Fällen tˆ > t n-2,α,zwei = 1,6377. Die Nullhypothese wird verworfen. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Standardabweichung unter Wiederholund Vergleichbedingungen und dem Zahlenwert des Ergebnisses.

8 Vertrauensgrenzen für den Regressionskoeffizienten und für den Achsenabschnitt Die Vertrauensbereiche für den Regressionskoeffizienten und den Achsenabschnitt sind mit folgenden Formeln gegeben: b ± t und yx S byx a ± t yx S ayx Standardabweichung S r : 0,0415 yx 0, ,3047 yx 2, 369 Standardabweichung S R : 0,1050 yx 0, ,6581 yx 2, 172 Es kann ein statistischer Zusammenhang zwischen der Standardabweichung S r bzw. S R und dem Zahlenwert des Ergebnisses nachgewiesen werden. In beiden Fällen nimmt die Standardabweichung mit zunehmender Scherkraft zu. Scherweg In Abbildung 5-7 und Abbildung 5-8 sind die Standardabweichungen unter Wiederholund Vergleichbedingungen und dem Mittelwert x jedes Meßniveaus für die Ergebnisse des Scherweges dargestellt. 1,50 1,50 Wiederholstandardabweichung sr [mm] 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 Vergleichsstandardabweichung sr [mm] 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 0,00 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 Mittelwert des Meßniveaus [mm] Mittelwert des Meßniveaus [mm] Abbildung 5-7: Wiederholstandardabweichung über Mittelwert des Meßniveaus (Scherweg) Abbildung 5-8: : Vergleichstandardabweichung über Mittelwert des Meßniveaus (Scherweg) Für die Ergebnisse des Scherweges läßt sich kein linearer Zusammenhang zwischen den Standardabweichungen und dem Mittelwert x erkennen. Demzufolge kann für die

9 Standardabweichung unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen ein Mittelwert der einzelnen Meßniveaus ermittelt und angegeben werden Ermittlung der Standardabweichungen von Einzelwerten unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen Scherkraft Der Ringversuch zur Abschätzung der Präzision der Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER hat ergeben, daß für alle Meßbereiche folgende Beziehung angegeben werden kann: Tabelle 5-11: Ermittelte Präzision für die Scherkraft Standardabweichung unter Wiederholbedingungen: S r = 0,0415 x + 1,3047 kn Wiederholbarkeit: Standardabweichung unter Vergleichbedingungen: Vergleichbarkeit r = 0,115 x + 3,614 kn S R = 0,105 x + 0,6581 kn R = 0,291 x + 1,823 kn Zur besseren Überschaubarkeit der Ergebnisse werden die Standardabweichungen S r und S R anhand der mathematischen Ausgleichsfunktion ermittelt und in der Abbildung 5-9 dargestellt. Für jeden angegebenen Meßbereich sind wiederum Mittelwerte (gerundet) für S r und S R angegeben. Abbildung 5-9: Mittelwerte der Standardabweichungen S r und S R für die einzelnen Meßbereiche Die Ermittlung der Vertrauensbereiche q erfolgt gemäß Merkblatt Statistische Auswertung, Teil 1 (FGSV, 2000). Der Vertrauensbereich ist ein um das arithmetische Mittel

10 abgegrenzter Bereich, in dem der unbekannte Mittelwert µ mit einer festgelegten statistischen Sicherheit (95 %) liegt. Die Grenzen des Vertrauensbereiches sind bei zweiseitiger Abgrenzung nach folgenden Formeln zu berechnen: Tabelle 5-12: Ermittlung der Vertrauensbereiche Zahl der Meßwerte Vertrauensbereiche q n 1,96 x ± σ n R x ± 1,96 σ 1 R x ± 1,39 σ 2 R x ± 1,13 σ 3 R x ± 0,98 σ 4 R Für die Ergebnisse der Scherkraft errechnen sich die Grenzen des Vertrauensbereiches wie folgt: Bei einem einzelnen Prüfergebnis: R = 1, ,206x q 1 Bei einem Prüfergebnis als arithmetisches Mittel aus zwei Ergebnissen aus drei Ergebnissen aus vier Ergebnissen R = 0,908 + q 1 R = 0,746 + q 1 R = 0,650 + q 1 0,146x 0,118x 0,103x Scherweg Da kein Zusammenhang zwischen Standardabweichung unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen und dem Zahlenwert x nachweisbar ist, kann gemäß Merkblatt (FGSV, 1982) ein Mittelwert der einzelnen Meßniveaus gebildet werden. Dementsprechend ergeben sich die in Tabelle 5-13 aufgeführten Kenndaten.

11 Tabelle 5-13: Ermittelte Präzision für den Scherweg Standardabweichung unter Wiederholbedingungen: S r ± 0,382 mm Wiederholbarkeit: r 1,06 mm Standardabweichung unter Vergleichbedingungen: S R ± 0,762 mm Vergleichbarkeit: R 2,11 mm Vertrauensbereiche: q R1 q R2 q R3 q R4 1,49 mm 1,06 mm 0,86 mm 0,74 mm 5.4 Überprüfung des Einflusses einzelner Randbedingungen auf die Meßergebnisse Vorbetrachtungen Für die Anwendung des Prüfverfahrens in der Praxis ist es von besonderem Interesse, welchen Einfluß einzelne Randbedingungen bei der Prüfung auf das Prüfergebnis nehmen. Die folgenden Untersuchungen dienen der Überprüfung, inwieweit ein solcher Einfluß festzustellen ist. Folgende Randbedingungen werden dabei als wesentliche Kriterien ausgewählt: Pressetyp Insgesamt wurden die Prüfungen an 8 verschiedenen Prüfpressen durchgeführt. Anhand der Auswertung der einzelnen Begleitprotokolle (Anlage 1.3) ergibt sich, daß 8 der insgesamt 13 in die Auswertung einbezogenen Prüfstellen eine maximale Scherkraft der Prüfpressen von 50 kn, 3 Prüfstellen 100 kn, eine Prüfstelle 60 kn und eine Prüfstelle von 500 kn aufwiesen. Schergerät Die technische Zeichnung des Schergerätes ist in Abbildung 5-10 dargestellt. Dabei wurde das vorhandene Schergerät in der Versuchsanstalt für Straßenwesen mit seinen Abmessungen als Ausgangsgerät gewählt. Im Begleitprotokoll zur Ringanalyse wurden die Prüfstellen gebeten, Abweichungen in diese Gerätezeichnung einzutragen.

12 Häufigkeit der durchgeführten Abscherversuche Im Begleitprotokoll zur Ringanalyse wurden die Prüfstellen ebenfalls gebeten, anzukreuzen, ob die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER sehr selten, gelegentlich oder routinemäßig durchgeführt wird. Vorschubgeschwindigkeit Die Überprüfung der Vorschubgeschwindigkeit setzt eine Software voraus, mit der es möglich ist, die einzelnen Meßpunkte zu ermitteln. Über eine derartige Software verfügten lediglich zwei Prüfstellen. Die Überprüfung des Einflusses Vorschubgeschwindigkeit auf die Scherkraft erfolgte labortechnisch an hergestellten Probekörpern, die mit variierten Vorschubgeschwindigkeiten abgeschert wurden. Abbildung 5-10: Technische Zeichnung Schergerät

13 Einfluß verschiedener Randbedingungen auf die Prüfergebnisse Insgesamt liegen durch die Ringanalyse Ergebnisse von 280 Probekörpern vor. Das ergibt pro betrachtetem Meßbereich 56 Daten. Anhand der Angaben der Prüfstellen zu Geräten und durchgeführter Prüfung werden entsprechend der zu untersuchenden Randbedingungen Datensätze definiert und auf Signifikanz geprüft. Diese Prüfung wird mit Hilfe der einfachen Varianzanalyse durchgeführt. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Probekörper homogen (alle in einem Labor hergestellt) sind. Insgesamt muß darauf hingewiesen werden, daß die vorliegenden Ergebnisse auf einem geringen Datenumfang basieren und deshalb als Grundtendenzen zu interpretieren sind. Grundlagen der einfachen Varianzanalyse Die einfache Varianzanalyse befaßt sich mit der Untersuchung des Einflusses eines Faktors auf eine oder mehrere Zielgrößen. Jeder Einzelwert x ij setzt sich zusammen aus einem Gesamtmittelwert µ, dem Einfluß des Faktors ξ i, der Stufe i des Faktors und der Versuchsvarianz ε ij : x ij = µ + ξ + ε. i ij Bei der einfachen Varianzanalyse wird die Zerlegung der Summe der quadratischen Abweichungen (S.d.q.A.) mit folgender Gleichung durchgeführt: i j 2 2 ( x x) = j( x x) + ( x x ) 2 ij S.d.q.A. gesamt i S.d.q.A. zwischen den Gruppen i i j ij S.d.q.A. innerhalb der Gruppen i Q gesamt = Q zwischen + Q innerhalb Die Summe der quadratischen Abweichungen der Stichprobenwerte um den Gesamtmittelwert (Q gesamt ) wird in zwei Anteile zerlegt: Q innerhalb = S.d.q.A. aller Einzelwerte x ij um den Gruppenmittelwert x i Q zwischen = S.d.q.A. der Gruppenmittelwerte x i um den Gesamtmittelwert x. Die Freiheitsgrade werden wie folgt ermittelt: Q ges = p n 1 Q zw Q inn = p 1 = p (n 1)

14 Die Ermittlung der dazugehörigen Varianzen bzw. der mittleren Quadrate (MQ) werden als Quotient aus der Summe der mittleren Abweichungsquadrate und dem dazugehörigen Freiheitsgrad nach folgenden Gleichungen berechnet: MQ MQ zw 1 i= p = n p 1 i i= 1 1 p (n 1) ( x x) 2 2 inn = (xij x i ) MQ zw = Stichprobenfehler / Faktoreinfluß MQ inn = Versuchsfehler / Versuchsstreuung Die Signifikanz des Einflußfaktors wird mit dem F-Test geprüft: i MQ F = MQ zw inn = 1 i= p ni (x i x) p 1 i= 1 1 (xij x i ) p (n 1) 2 2 Die Ergebnisse einer Varianzanalyse werden in einer ANOVA-Tabelle (Analysis of Variance) zusammengestellt: Tabelle 5-14: ANOVA-Tabelle für die einfache Varianzanalyse Streuung S.d.q.A. Freiheitsgrade Varianz F-Wert zwischen den Spalten Q zw ( p 1) f zw Innerhalb der Spalten Q inn p ( n 1) f inn = MQ zw = Q zw / f zw F = MQ zw / MQ inn = MQ inn = Q inn / f inn Entstammen alle Gruppen einer Grundgesamtheit, sollten die Varianzen MQ zw und MQ inn etwa gleich groß sein. Ist der Quotient aus MQ zw und MQ inn größer als der kritische Wert der F-Verteilung (F berechnet > F Tabelle ), so befinden sich unter den Gruppen solche mit unterschiedlichen Mittelwerten. In diesem Fall ist der Unterschied mindestens eines Mittelwertes signifikant. Mit Hilfe des modifizierten LSD-Tests können dann Mittelwerte zu homogenen Gruppen zusammengefaßt werden, die der gleichen Grundgesamtheit entstammen. Dazu werden die Mittelwerte der Größe nach absteigend geordnet. Es wird geprüft, ob benachbarte Mittelwerte eine größere Differenz aufweisen als die kleinste signifikante Differenz (least significant difference = LSD). Es können gleiche und ungleiche Stichprobenumfänge berücksichtigt werden.

15 Für gleiche Stichprobenumfänge wird der LSD-Wert nach folgender Gleichung ermittelt: LSD t = n k; α 2 MQ n i inn Für ungleiche Stichprobenumfänge berechnet sich der LSD-Wert wie folgt: LSD t = n k; α MQ inn na + n na n b b Ist die Differenz der benachbarten Mittelwerte kleiner als der LSD-Wert, läßt sich die Hypothese der Gleichheit benachbarter Mittelwerte nicht ablehnen Einflußfaktor Prüfpresse - maximale Scherkraft Auf Grundlage der vorliegenden Informationen zu den eingesetzten Prüfpressen können vier Datensätze zusammengestellt werden, die auf Signifikanz der Prüfergebnisse zu untersuchen sind. Es wird geprüft, ob ein signifikanter Unterschied zwischen den Scherkräften der Prüfpressen, die eine maximale Scherkraft von 50 kn besitzen, der Prüfpressen, die eine maximale Scherkraft von 100 kn besitzen, der Prüfpressen mit maximaler Scherkraft von 50 und 100 kn untereinander besteht. Der Einfluß der Prüfpressen auf den ermittelten Scherweg wird nicht untersucht. Die Ergebnisse der varianzanalytischen Auswertung sind in Anlage 1.5 zusammengestellt. Exemplarisch ist die Auswertung der Varianzanalyse der Prüfpressen, die eine maximale Scherkraft von 100 kn aufweisen, in Tabelle 5-15 zusammengestellt. Die varianzanalytische Auswertung ergibt, daß der berechnete F-Wert kleiner als der F-Tabellenwert für ein Konfidenzniveau von 95 % ist. Es besteht kein signifikanter Unterschied zwischen den ermittelten Scherkräften der Prüfpressen mit einer maximalen Scherkraft von 100 kn.

16 Tabelle 5-15: Vergleich Prüfpressen mit maximaler Scherkraft von 100 kn Anova Quadratsumme (S.d.q.A.) Mittel der Quadrate Varianz Freiheitsgrad Standardabweichung F-Wert zwischen d. Gruppen 13, ,511 2,552 0,77 innerhalb d. Gruppen 76, ,494 2,914 Gesamt 89, Testgröße = 0,77 < 4,26 (α = 0,05) LSD - Test Tabellenwert t(n-k) = 2,2622 Gruppe n i sortierte Delta LSD Mittelwerte ,0 1,900 4, ,1 0,5250 4, ,6 4,6620 Zusammenfassend ergibt die varianzanalytische Auswertung folgende Ergebnisse: Prüfpressen mit 50 kn untereinander Prüfpressen mit 100 kn untereinander Prüfpressen mit 50 kn und 100 kn untereinander s.u.: signifikanter Unterschied k.s.u.: kein signifikanter Unterschied Scherkraft s. U. k. s. U. x x x Für alle betrachteten Datensätze wird festgestellt, daß kein signifikanter Unterschied zwischen den ermittelten Scherkräften und den verwendeten Prüfpressen besteht. Demzufolge sind die auftretenden Abweichungen der Stichprobenmittelwerte auf rein zufällige Streuungen zurückzuführen Einflußfaktor Abmessungen des Schergerätes Abbildung 5-10 (siehe Abschnitt 5.4.1) zeigt die Technische Zeichnung des Schergerätes mit integrierter Tabelle über die angegeben Abweichungen einzelner Prüfstellen. Es werden Maße herausgesucht, die Abweichungen zeigen und einen Einfluß auf das Meßergebnis vermuten lassen:

17 Maß J : Länge der Auflagerfläche des Bohrkerns Das Schergerät ist grundsätzlich so konzipiert, daß die Scherbacken parallel geführt werden. Führungsebene und Scherebene sind identisch. Dadurch ist praktisch keine Querkraft vorhanden. Denkbar wäre, daß bei sehr langen Bohrkernen, die über die Hälfte der Auflagerfläche hinausragen, Biegemomente entstehen, die Einfluß auf das Prüfergebnis ausüben können. Maß D und G (Maß F): Höhe der Scherbacken Wie aus Abbildung 5-10 ersichtlich, geben die Maße D und G die Höhe der Scherbacken an. Am Rand sind die Federn integriert, die die Vorspannung sicherstellen. Denkbar ist, daß bei einer unterschiedlichen Höhe der Scherbacken Federn unterschiedlicher Federsteifigkeit verwendet werden. Es wird geprüft, ob ein signifikanter Unterschied zwischen den Ergebnissen der Scherkraft und des Scherweges der Schergeräte mit mm Auflagerfläche (Maß J) der Schergeräte mit einer Höhe der Scherbacken zwischen 118 und 125 mm (Maß D) der Schergeräte mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 262 mm (Maß F) der Schergeräte mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 315 mm (Maß F) besteht. Die Maße C, B, I, K, L, E und M sind Höhen- bzw. Längenmaße, die keinen Einfluß auf den Abschervorgang erwarten lassen. Maß A ist die Breite der Klemmvorrichtung, die ebenfalls keinen Einfluß auf das Prüfergebnis ausübt. Die Ergebnisse der varianzanalytischen Auswertung für die ermittelten Scherkräfte und Scherwege beim betrachteten Einflußfaktor Schergerät sind in Anlage 1.5 aufgeführt. In den folgenden Tabellen sind exemplarisch die Ergebnisse des Datensatzes der Schergeräte mit einer Gesamthöhe der Scherbacken zwischen 256 und 262 mm (Maß F) dargestellt.

18 Tabelle 5-16: Schergeräte mit unterschiedlicher Höhe der Scherbacken (Maß F) - Scherkraft Anova Quadratsumme (S.d.q.A.) Mittel der Quadrate Varianz Freiheitsgrad Standardabweichung F-Wert zwischen d. Gruppen 6, , ,7508 0,94 innerhalb d. Gruppen 29, , ,8038 Gesamt 35, Testgröße = 0,94 < 4,26 (α = 0,05) LSD - Test Tabellenwert t(n-k) = 2,622 Gruppe n i sortierte Delta LSD Mittelwerte ,5 1,4800 3, ,0 0,0700 3, ,9 Die varianzanalytische Auswertung ergibt, daß der berechnete F-Wert kleiner als der F-Tabellenwert für ein Konfidenzniveau von 95 % ist. Es besteht kein signifikanter Unterschied zwischen den ermittelten Scherkräften und den untersuchten Schergeräten mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 262 mm. Tabelle 5-17: Schergeräte mit unterschiedlicher Höhe der Scherbacken (Maß F) - Scherwege Anova Quadratsumme (S.d.q.A.) Mittel der Quadrate Varianz Freiheitsgrad Standardabweichung F-Wert zwischen d. Gruppen 0, ,126 0,355 1,629 innerhalb d. Gruppen 0, , ,879 Gesamt 0, Testgröße = 1,63 < 4,26 (α = 0,05) LSD - Test Tabellenwert t(n-k) = 2,622 Gruppe n i sortierte Delta LSD Mittelwerte 3 4 2,9 0,1250 0, ,8 0,2250 0, ,6

19 Auch die ermittelten Scherwege der Schergeräte mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 262 mm zeigen keinen signifikanten Unterschied. Der berechnete F-Wert ist kleiner als der F-Tabellenwert für ein Konfidenzniveau von 95 %. Zusammenfassend ergibt die varianzanalytische Auswertung folgende Ergebnisse: der Schergeräte mit einer Höhe der Scherbacken zwischen 118 und 125 mm (Maß D) der Schergeräte mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 262 mm (Maß F) der Schergeräte mit einer Gesamthöhe zwischen 256 und 315 mm (Maß F) der Schergeräte mit einer Länge der Bohrkern- Auflagerfläche zwischen 110 und 175 mm (Maß J) s. U.: signifikante Unterschiede k.s.u.: keine signifikanten Unterschiede Scherkraft Scherweg s. U. k. s. U. s. U. k. s. U. x x x x x x x x Die ermittelten Scherkräfte und Scherwege zeigen keine signifikanten Unterschiede der Scherkräfte in Abhängigkeit der untersuchten Abmessungen des Schergerätes. Auftretende Abweichungen der Stichprobenmittelwerte sind auf rein zufällige Streuungen zurückzuführen Einflußfaktor Häufigkeit der durchgeführten Abscherversuche Es liegen die Ergebnisse von vier Prüfstellen vor, die angeben, Abscherversuche routinemäßig (ca. 1 mal im Monat) durchzuführen. Sieben Prüfstellen führen die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER gelegentlich (ca. vierteljährlich) durch und zwei Prüfstellen prüfen den Schichtenverbund sehr selten (ca. 1-2 mal im Jahr). Inwieweit hier ein Einfluß auf das Prüfergebnis besteht, soll mit Hilfe der einfachen Varianzanalyse getestet werden. Es wird geprüft, ob ein signifikanter Unterschied zwischen den Ergebnissen der Scherkraft und des Scherweges bei routinemäßigen Messungen untereinander bei gelegentlichen Messungen untereinander besteht. Anschließend wird geprüft, ob ein signifikanter Unterschied zwischen den Ergebnissen aller betrachteten Datensätze feststellbar ist.

20 Exemplarisch sind die Ergebnisse der varianzanalytischen Auswertung des Datensatzes der routinemäßigen Messungen untereinander dargestellt. Die Ergebnisse aller Datensätze sind in Anlage 1.5 aufgeführt. Anova Tabelle 5-18: Vergleich Scherkräfte bei routinemäßigen Messungen Quadratsumme (S.d.q.A.) Mittel der Quadrate Varianz F-Wert zwischen d. Gruppen 6, ,217 1,489 0,54 innerhalb d. Gruppen 49, ,140 2,035 Gesamt 56, Testgröße = 0,54 < 3,49 (α = 0,05) LSD - Test Tabellenwert t(n-k) = 2,1788 Gruppe n i sortierte Delta LSD Mittelwerte ,5 0,9000 3, ,6 0,5800 3, ,0 0,1700 3, ,8 Anova Tabelle 5-19: Vergleich Scherwege bei routinemäßigen Messungen Freiheitsgrad Standardabweichung Quadratsumme (S.d.q.A.) Mittel der Quadrate Varianz Freiheitsgrad Standardabweichung F-Wert zwischen d. Gruppen 2, ,762 0,873 1,384 innerhalb d. Gruppen 6, ,550 0,742 Gesamt 8, Testgröße = 1,384 < 3,49 (α = 0,05) LSD - Test Tabellenwert t(n-k) = 2,1788 Gruppe n i sortierte Delta LSD Mittelwerte 1 4 3,7 0,8000 1, ,9 0,0750 1, ,9 0,0500 1, ,8

21 Die varianzanalytische Auswertung ergibt für die untersuchten Scherkräfte, daß der berechnete F-Wert kleiner als der F-Tabellenwert für ein Konfidenzniveau von 95 % ist. Zwischen den ermittelten Scherkräften der Prüfstellen, die die Messungen routinemäßig durchführen, besteht kein signifikanter Unterschied. Es besteht ebenfalls kein signifikanter Unterschied zwischen den ermittelten Scherwegen der Prüfstellen untereinander, die die Messungen routinemäßig durchführen. Zusammenfassend ergibt die varianzanalytische Auswertung folgende Ergebnisse: Scherkraft Scherweg s. U. k. s. U. s. U. k. s. U. der routinemäßigen Messungen untereinander x x der gelegentlichen Messungen untereinander x x aller betrachteter Datensätze untereinander x x s. U.: signifikante Unterschiede k.s.u.: keine signifikanten Unterschiede Die ermittelten Scherkräfte zeigen keine signifikanten Unterschiede in Abhängigkeit der Häufigkeit der durchgeführten Messungen. Die ermittelten Scherwege zeigen signifikante Unterschiede bei den Prüfstellen, die gelegentlich die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER durchführen Zusammenfassung der varianzanalytischen Auswertung Die varianzanalytische Auswertung der ermittelten Scherkräfte ergibt in keinem untersuchten Fall signifikante Unterschiede in Abhängigkeit der untersuchten Einflußgrößen. Demzufolge sind Abweichungen der Stichprobenmittelwerte auf rein zufällige Streuungen zurückzuführen. Die Untersuchungen der ermittelten Scherwege zeigen signifikante Unterschiede abhängig von der Häufigkeit der durchgeführten Messungen. Im Gegensatz zur Ermittlung der Scherkraft muß der Scherweg gemäß Arbeitsanleitung (FGSV, 1999) manuell korrigiert und ermittelt werden. Hier besteht eine größere Fehlerquelle, die es systematisch zu untersuchen gilt, bevor eindeutige Aussagen zur Signifikanz gemacht werden können. Die übrigen Datensätze zeigen keine signifikanten Unterschiede in Abhängigkeit der untersuchten Einflußgrößen. Grundsätzlich gilt für die dargestellten Untersuchungsergebnisse, daß sie nur eine Grundtendenz wiedergeben können. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollten Untersuchungen an ausgewählten Geräten mit größerem Probenumfang erfolgen und zu-

22 sätzliche Geräteparameter erfaßt werden. Hier ist vor allem der Scherbackeneinsatz zu nennen. Die Einsätze unterschiedlicher Durchmesser oder die Verwendung einer stufenlosen Anpassung an den Bohrkern lassen einen Einfluß auf das Prüfergebnis erwarten Überprüfung der Einhaltung der Vorschubgeschwindigkeit Laut Arbeitsanleitung (FGSV, 1999) ist vorgeschrieben, die Prüfung des Schichtenverbundes bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 ± 3 mm/min durchzuführen. Um gerätetechnische Schwankungen ausschließen zu können, muß überprüft werden, ob diese Vorschubgeschwindigkeit über die Dauer der Prüfung eingehalten wird. Mit Hilfe einer speziellen Software ist es möglich, an jedem Meßpunkt die Scherkraft und den dazugehörigen Scherweg zu erfassen. Aus der Kenntnis der Anzahl der Meßpunkte pro Sekunde ist die Ermittlung der Versuchszeit und somit der Vorschubgeschwindigkeit möglich. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Ergebnisse für vier verschiedene maximal ermittelte Scherkräfte (10 40 kn) am Beispiel eines Gerätes. Es sind die ermittelte Vorschubgeschwindigkeit, die Kraft und der dazugehörige Scherweg über die gesamte Meßdauer dargestellt (Abbildung 5-11). Abbildung 5-11: Kontrolle der Einhaltung der Vorschubgeschwindigkeit bei steigender Scherkraft

23 Mit zunehmender Scherkraft ( 20 kn) fällt die Vorschubgeschwindigkeit über die gesamte Meßdauer leicht ab. Diese Tendenz ist um so größer, je höher die maximale Scherkraft ist. Bei einer maximalen Scherkraft von 10 kn liegt eine kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm/min vor. Für die Vorschubgeschwindigkeit wird über die gesamte Versuchsdauer ein Mittelwert aller berechneten Vorschubgeschwindigkeiten ermittelt. Dieser Mittelwert beträgt im Minimum 47 mm/min, d.h. die zulässige Toleranz gemäß Arbeitsanleitung wird nicht unterschritten. Diese Kontrolle der Vorschubgeschwindigkeit konnte nur bei zwei Geräten durchgeführt werden. Alle anderen Prüfgeräte waren nicht mit der erforderlichen Software ausgestattet. Das zweite Gerät zeigte teilweise eine Überschreitung der Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm/min. Insgesamt lagen aber auch hier die dazugehörigen Mittelwerte innerhalb der zulässigen Toleranz gemäß Arbeitsanleitung (FGSV,1999). Um den Einfluß der Vorschubgeschwindigkeit auf die Scherkraft labortechnisch untersuchen zu können, wurden gleichartige Asphaltprobekörper (AB 0/5 auf AB 0/5) analog der Probekörper für die Ringanalyse hergestellt und die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER mit variierten Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 35 und 50 mm/min durchgeführt. Vorschubgeschwindigkeiten über 50 mm/min sind gerätetechnisch nicht einstellbar. Eine Versuchsserie bestand aus sechs Probekörpern. Die dabei ermittelten Scherkräfte und ihre Abweichungen untereinander sind in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Scherkraft [kn] Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Probe 6 Mittelwert Vorschub 50 mm/min Vorschub 40 mm/min Vorschub 45 mm/min Vorschub 35 mm/min Abbildung 5-12: Scherkraft in Abhängigkeit variierter Vorschubgeschwindigkeiten Die Abbildung verdeutlicht, daß im Bereich der gewählten Vorschubgeschwindigkeiten kein Einfluß auf das Meßergebnis erkennbar ist. Die hier ermittelten Abweichungen der Mittelwerte untereinander um ca. ± 3 kn sind als gering einzustufen. Die Streuungen

24 der Scherkräfte innerhalb einer Versuchsserie (Standardabweichung 4,0 kn) sind genauso groß wie die Streuungen aller Scherkräfte untereinander (Standardabweichung 3,9 kn). Die Betrachtung aller Einzelwerte zeigt ebenfalls keine Abhängigkeit zwischen der Scherkraft und der Vorschubgeschwindigkeit zwischen 35 und 50 mm/min. Diese Aussage trifft lediglich für den hier untersuchten Bereich der Vorschubgeschwindigkeiten zu. Wesentlich höhere und niedrigere Vorschubgeschwindigkeiten als die hier untersuchten besitzen Einfluß auf das Prüfergebnis. 5.5 Zusammenfassung der Ergebnisse zur Ermittlung der Präzision Die Abschätzung der Präzision für die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER wurde an zweilagigen Asphaltprobekörpern im Rahmen einer Ringanalyse durchgeführt. Die Probekörper wurden im Labor der Versuchsanstalt hergestellt. Auf diese Weise erfolgte eine gleichmäßige Herstellung gleichartiger Probekörper, mit deren Hilfe die Erfassung der Gerätestreuung möglich war. Die Probekörper wiesen Scherkräfte auf, die der Bandbreite der praktisch möglichen Scherkräfte entsprachen. Für die Scherkraft wurde ein statistischer Zusammenhang zwischen der Standardabweichung S r und S R und dem Zahlenwert des Ergebnisses ermittelt. Die Standardabweichung nimmt mit steigender Scherkraft zu. Für die untersuchten Meßbereiche (10 bis 40 kn) wurde ein mathematischer Zusammenhang ermittelt. Für den Scherweg wurde kein statistischer Zusammenhang zwischen der Standardabweichung S r und S R und dem Zahlenwert des Ergebnisses ermittelt. Das Ergebnis stellt den Mittelwert aus den fünf untersuchten Meßniveaus dar. Mit Hilfe von einfachen Varianzanalysen konnte nachgewiesen werden, daß die Einflußgrößen Pressetyp (maximale Bruchkraft), Abmessungen des Schergerätes und Häufigkeit der durchgeführten Prüfungen keinen signifikanten Einfluß auf das Meßergebnis zeigen. Die Abweichungen der Stichprobenmittelwerte sind demzufolge auf rein zufällige Streuungen zurückzuführen. Eine Ausnahme bildet der Datensatz Häufigkeit der durchgeführten Messungen für die ermittelten Scherwege. Sie zeigten signifikante Unterschiede bei den Prüfstellen, die gelegentlich die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER durchführen. Da die Ergebnisse auf relativ geringen Datenumfängen basieren, sind sie als Grundtendenz zu interpretieren. Die Kontrolle der Einhaltung der gemäß Arbeitspapier (FGSV, 1999) geforderten Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm/min ergab, daß bei den zwei untersuchten Geräten die geforderte Toleranz eingehalten wird. Anhand von Laboruntersuchungen konnte nachgewiesen werden, daß der Einfluß geringer Abweichungen der vorgeschriebenen Vorschubgeschwindigkeit auf das Ergebnis der Scherkraft vernachlässigbar klein ist.

25 Erstellung eines Bewertungshintergrundes 6.1 Zusammenhang zwischen Asphaltkenndaten, Oberflächenstruktur und Schichtenverbund Zusammenhang zwischen Asphaltkenndaten und maximaler Scherkraft Die Bestimmung der Asphaltkenndaten erfolgte bei jeder Baumaßnahme anhand von zwei Bohrkernen jeden Profils (siehe Abbildung 3.9). Dies ergibt einen Probenumfang von ca. 250 Bohrkernen. Wie bereits in mehreren Forschungsarbeiten nachgewiesen, gibt es zahlreiche Größen, die den Schichtenverbund positiv oder negativ beeinflussen können. CODJIA (1994) wies in seiner Forschungsarbeit die signifikante Wirkung verschiedener Asphaltkenndaten auf den Schichtenverbund mit Hilfe der multiplen linearen Regressionsrechnung nach. Die folgenden Abbildungen zeigen die Auftragung der Hohlraumgehalte Hohlraumgehalt am Ausbaustück und Verdichtungsgrad über der erzielten Scherkraft am Beispiel der ermittelten Asphaltkenndaten für die Asphaltdeckschicht (Abbildungen 6-1 und 6-2). Abbildung 6-1: Hohlraumgehalt am Ausbaustück über max. Scherkraft (Asphaltdeckschicht) Die Abbildung 6-1 verdeutlicht, daß die meisten ermittelten Scherkräfte zwischen 20 und 35 kn (grauer Bereich) liegen. Gemäß ZTV Asphalt-StB wird ein Hohlraumgehalt am Ausbaustück von 6,0 Vol.-% (bzw. 7,0 Vol.-% für AB 0/11) gefordert. Ca. 70 % der untersuchten Bohrkerne erfüllen diese Anforderung. Ein Zusammenhang zwischen Hohlraumgehalt am Ausbaustück und Scherkraft läßt sich anhand dieser Abbildung

26 nicht erkennen. Unterhalb dem von CODJIA (1994) geforderten Mindestverbund von 14 kn liegen lediglich vereinzelte Prüfergebnisse. Abbildung 6-2 zeigt analog die Auftragung der Verdichtungsgrade über der Scherkraft. Im grau hinterlegten Bereich, zwischen 20 kn und 35 kn, liegt der Hauptanteil der ermittelten Scherkräfte. Die gestrichelte Linie entspricht dem nach CODJIA (1994) geforderten Mindestverbund von 14 kn für die Schichtgrenze ADS-ABI. Nur ein Bruchteil der ermittelten Scherkräfte (ca. 5 %) liegt unterhalb dieses geforderten Wertes. Abbildung 6-2: Verdichtungsgrad über maximaler Scherkraft (Asphaltdeckschicht) Ein Zusammenhang zwischen dem Hohlraumgehalt am Ausbaustück, dem Verdichtungsgrad und der Scherkraft lassen sich anhand dieser beiden Abbildungen nicht nachweisen. Die Ursache liegt vermutlich darin, daß immer mehrere Einflüsse die Höhe des Schichtenverbundes bestimmen. Im Rahmen der Laboruntersuchungen zur Vorbereitung der Ringanalyse konnte an homogenen Asphaltprobekörpern nachgewiesen werden, daß mit Variation des Verdichtungsgrades und Hohlraumgehaltes 4 gezielt Einfluß auf die Höhe der Scherkraft genommen werden kann (Abbildung 6-3). Mit zunehmendem Hohlraumgehalt nimmt die Scherkraft ab. Analog dazu steigt die Scherkraft mit steigendem Verdichtungsgrad. 4 In Laborversuchen wurde der Verdichtungsgrad variiert und damit Einfluß auf den Hohlraumgehalt genommen. In der Praxis kann in Abhängigkeit der Sieblinie des Mineralstoffgemisches ein hoher Hohlraumgehalt am Ausbaustück bei gleichzeitig hohem Verdichtungsgrad ermittelt werden. Dieser Fall wurde in den Laborversuchen nicht untersucht.

27 Abbildung 6-3: Zusammenhang zwischen Hohlraumgehalt,Verdichtungsgrad und maximaler Scherkraft - Laborversuche Auf eine Darstellung des Zusammenhanges zwischen Bindemittelgehalt und Scherkraft wird verzichtet, da keine Abhängigkeit festgestellt werden konnte. Ursache dafür kann die Betrachtung der absoluten Bindemittelgehalte sein. Da für jede Asphaltmischung der optimale Bindemittelgehalt entsprechend dem verwendeten Mineralstoffgemisch gefunden werden muß, ist ein Einfluß des Bindemittelgehaltes auf den Schichtenverbund nur bei Betrachtung der Abweichungen vom Sollwert gemäß Eignungsprüfung (ZTV Asphalt-StB) denkbar. Aus analogen Überlegungen ergab sich, daß auch keine Abhängigkeit zwischen dem Füller-Bitumen Gehalt zum Schichtenverbund gefunden wurde. Auf entsprechende grafische Darstellungen wird deshalb verzichtet. Die Auswertung der Ergebnisse für die Asphaltbinderschicht und Asphalttragschicht ergibt ähnliche Ergebnisse. Es sind keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen den ermittelten Asphaltkenndaten 5 Bindemittelgehalt, Hohlraumgehalt am Ausbaustück und Verdichtungsgrad erkennbar. Die signifikante Wirkung der einzelnen Größen auf den Schichtenverbund wurde von CODJIA (1994) bereits nachgewiesen. Es muß davon ausgegangen werden, daß der Schichtenverbund immer durch das Zusammenwirken mehrerer Größen beeinflußt wird. Da in der Schichtgrenze immer mehrere Einflüsse gleichzeitig auftreten, scheint eine gemeinsame Bewertung aller Einflußmerkmale sinnvoll. 5 Untersuchungen am Bohrkern

28 Zusammenhang zwischen Oberflächen- und Asphaltkenndaten und maximaler Scherkraft Der Schichtenverbund wird durch Verzahnung und Verklebung bestimmt. In der Gegenüberstellung der Oberflächen- und Asphaltkenndaten mit den Scherkräften der Schichtgrenzen werden die Verzahnung und Verklebung durch folgende Einflußgrößen angesprochen: Verzahnung: Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Struktur (Grobrauheit) Rauhtiefe Verklebung: Bindemittelgehalt Bindemittelsorte Haftklebermenge Anhand von fünf ausgewählten Baumaßnahmen, die die gesamte Bandbreite der ermittelten Scherkräfte aufweisen, sollen exemplarisch die Oberflächen- und Asphaltkenndaten in Abhängigkeit von den Scherkräften untersucht werden. In Tabelle 6-1 sind die ausgewählten Baumaßnahmen aufgeführt. Tabelle 6-1: Ausgewählte Baumaßnahmen für Untersuchung Zusammenhang Oberflächen- und Asphaltkenndaten und Scherkraft Baumaßnahme maximale Scherkraft (Mittelwert) [kn] Schichtgrenze ADS - ABI 8 23,0 25,7 9 39,8 32, ,7 25, ,7 16, ,0 23,4 Schichtgrenze ABI - ATS Der Vergleich der einzelnen Oberflächen- und Asphaltkenndaten mit den Scherkräften der Schichtgrenzen gibt die Möglichkeit, die Abhängigkeit jedes einzelnen Einflußmerkmales auf den Schichtenverbund aufzuzeigen. Jedoch treten in der Schichtgrenze mehrere Einflüsse gleichzeitig auf, weshalb eine gemeinsame Bewertung aller Einflußmerkmale erfolgen muß. Hierzu werden Verdichtungsgrad, Bindemittelgehalt und Hohlraumgehalt der untersuchten Bohrkerne der jeweiligen Baumaßnahmen bewertet. Die Beurteilung der Oberflächenkenndaten (Struktur, Haftklebermenge und Rauhtiefe) erfolgt anhand einer Klassifizierung. Die Werte der Oberflächenkenndaten werden

29 werden hierzu in drei Bereiche mit geringen (-), mittleren (+) oder hohen (++) Kenndatenwerten eingestuft. Ihre zahlenmäßige Abgrenzung erfolgt bei der Beurteilung der Oberflächeneigenschaften Struktur und Haftklebermenge augenscheinlich anhand eines Benotungsschemas (Anlage 2.4). Die Asphaltkenndaten sind nach dem gleichen Bewertungsschema einzuordnen. Die Ermittlung der unzulässigen Abweichungen der Asphaltkenndaten nach ZTV Asphalt- StB (FGSV, 1998) ermöglichen hierbei die Einteilung der drei Bereiche. Die Unterschreitung der Toleranzbereiche der Bindemittelgehalte und Hohlraumgehalte ist mit geringen Werten und die Überschreitung dieser Toleranzbereiche mit hohen Werten gleichzusetzen. Die mittleren Werte der Bindemittelgehalte und Hohlraumgehalte liegen in den jeweiligen Toleranzbereichen. Für die Bewertung des Verdichtungsgrades gibt es nach der ZTV Asphalt-StB (FGSV, 1998) lediglich einen unteren Grenzwert. Die Verdichtungsgrade, die diesen Grenzwert unterschreiten, bekommen die Note gering (-). Ein mittlerer Verdichtungsgrad (Note +) liegt bei k = 97 % - 99 %. Die Verdichtungsgrade, welche Werte über 99 % aufzeigen, erhalten die Note hoch (++). Tabelle 6-2: Bewertung der Asphalt- und Oberflächenkenndaten Bewertung Kenndaten geringe Werte mittlere Werte hohe Werte Struktur- Grobrauheit [-] < 1,5 1,5-2,5 > 2,5 Haftklebermenge [-] < 1,5 1,5-2,5 > 2,5 Rauhtiefe [cm] < 0,15 0,15-0,25 > 0,25 Bindemittelgehalt [Gew.-%] unzulässige Abweichung nach Toleranzbereich nach unzulässige Abweichung nach Hohlraumgehalt [Vol.-%] ZTV Asphalt - StB ZTV Asphalt - StB ZTV Asphalt - StB bzw. ZTVT - StB bzw. ZTVT - StB bzw. ZTVT - StB Verdichtungsgrad [%] < > 99 Die tabellarische Darstellung (Tabelle 6-2) ermöglicht eine qualitative Bewertung des Schichtenverbundes unter Berücksichtigung aller Einflußgrößen. Für die Ergebnisse der Scherkraft werden vier Bereiche aufgestellt, mit denen der Schichtenverbund qualitativ bewertet werden soll. Die aufgestellten Meßbereiche orientieren sich an den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes und Ergebnissen aus der Literatur. Sie decken die gesamte Bandbreite an praktisch auftretenden Scherkräften ab.

30 In den folgenden Tabellen sind die Ergebnisse der Untersuchungen der fünf Baumaßnahmen für die Schichtgrenzen Asphaltdeckschicht Asphaltbinderschicht (ADS ABI) und Asphaltbinderschicht Asphalttragschicht (ABI ATS) zusammengestellt. Die Einzelergebnisse der Asphaltuntersuchungen sind in Anlage 2.3, die der Bewertung der Oberflächeneigenschaften in Anlage 2.5 zusammengetragen. Tabelle 6-3: Bewertung der Baumaßnahme 8 Bewertung Profil Baumaßnahme 8 Schichtgrenze ADS - ABI Schichtgrenze ABI - ATS Deckschicht Binderschicht Binderschicht Tragschicht Asphaltkenndaten Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Oberflächenkenndaten Struktur-Grobrauheit Haftklebermenge Rauhtiefe Inhomogenitäten Verschmutzung keine keine keine keine verwittert/mörtelfrei keine keine keine keine Entmischungsfehlstellen keine keine keine keine Kornausbrüche keine keine keine keine Scherkraft [KN] Die Kenndaten der Baumaßnahme 8 (Tabelle 6-3) weisen mittlere Werte auf. Es können keine unzulässigen Abweichungen der Asphaltkenndaten gemäß ZTV Asphalt-StB (FGSV, 1998) bzw. ZTVT-StB (FGSV, 1995) festgestellt werden. In der Schichtgrenze treten keine Inhomogenitäten auf. Die ermittelten Scherkräfte liegen sowohl für die Schichtgrenze Deckschicht Binderschicht als auch für die Schichtgrenze Binderschicht Tragschicht zwischen 20 und 30 kn. Die ermittelten Asphaltkenndaten der Baumaßnahme 8 sind in den Tabellen 1 bis 3 der Anlage 2.3 aufgeführt. Tabelle 6-4 enthält die Bewertung der Baumaßnahme 9. Sowohl die Schichtgrenze Deckschicht Binderschicht, als auch die Schichtgrenze Binderschicht Tragschicht zeichnen sich durch sehr hohe Scherkräfte (30-40 kn) aus. Die Verdichtungsgrade aller Schichten weisen sehr hohe (> 99 %), die übrigen Asphaltkenndaten mittlere Werte auf. Die zulässigen Toleranzen gemäß ZTV Asphalt-StB (FGSV, 1998) bzw. ZTVT-

31 StB (FGSV, 1995) werden eingehalten (siehe Tabellen 4 bis 6 in Anlage 2.3). Hinsichtlich der Oberflächenstruktur wurde bei allen Scherflächen eine niedrige Grobrauheit und Rauhtiefe ermittelt. Es wurden keine Inhomogenitäten festgestellt. Tabelle 6-4: Bewertung der Baumaßnahme 9 Bewertung Profil Baumaßnahme 9 Schichtgrenze ADS - ABI Schichtgrenze ABI - ATS Deckschicht Binderschicht Binderschicht Tragschicht Asphaltkenndaten Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Oberflächenkenndaten Struktur-Grobrauheit Haftklebermenge Rauhtiefe Inhomogenitäten Verschmutzung keine keine keine keine verwittert/mörtelfrei keine keine keine keine Entmischungsfehlstellen keine keine keine keine Kornausbrüche keine keine keine keine Scherkraft Der Verdichtungsgrad der Asphaltdeckschicht der Baumaßnahme 10 (Tabelle 6-5) liegt mit 91 % unterhalb des gemäß ZTV Asphalt-StB (FGSV, 1998) geforderten Verdichtungsgrades von 97 %. Der Hohlraumgehalt liegt mit 14 Vol.-% weit über der zulässigen Toleranz gemäß ZTV Asphalt-StB. Der Schichtenverbund ist mit Scherkräften zwischen 10 und 20 kn als niedrig zu bewerten. Dagegen weist die Schichtgrenze Binderschicht Tragschicht sehr hohe Scherkräfte auf. Die Anforderungen gemäß ZTV Asphalt-StB (FGSV, 1998) bzw. ZTVT-StB (FGSV, 1995) sind eingehalten, wobei sehr hohe Verdichtungsgrade (100 %) festgestellt wurden. Die Asphaltkenndaten für die Deck-, Binder- und Tragschicht sind in den Tabellen 7 bis 9 der Anlage 2.3 aufgeführt.

32 Tabelle 6-5: Bewertung der Baumaßnahme 10 Bewertung Profil Baumaßnahme 10 Schichtgrenze ADS - ABI Schichtgrenze ABI - ATS Deckschicht Binderschicht Binderschicht Tragschicht Asphaltkenndaten Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Oberflächenkenndaten Struktur-Grobrauheit Haftklebermenge Rauhtiefe Inhomogenitäten Verschmutzung keine keine keine keine verwittert/mörtelfrei keine keine X X Entmischungsfehlstellen keine keine keine keine Kornausbrüche keine keine keine keine Scherkraft X = vorhanden Tabelle 6-6 enthält die Bewertung der Baumaßnahme 13. Der Schichtenverbund zwischen Asphaltdeckschicht und Asphaltbinderschicht kann mit Scherkräften zwischen 20 und 30 kn als gut bewertet werden. Bindemittelmenge und Grobrauheit sowohl der Deckschicht als auch der Binderschicht weisen Werte mittlerer Größenordnung auf. Die Rauhtiefe ist auf der Unterseite und der Oberseite der Schichtgrenze hoch (> 0,25 cm). Bei der Deckschicht wurde ein niedriger Verdichtungsgrad (96,7 %) und hoher Hohlraumgehalt (6,3 Vol.-%) ermittelt (siehe Tabellen 10 bis 12 der Anlage 2.2). Inhomogenitäten in Form von Entmischungsfehlstellen und verwitterte/mörtelfreie Anteile der Mineralstoffe konnten beobachtet werden. Die Asphalttragschicht weist in ihren Oberflächenkenndaten niedrige Werte auf. Mit Scherkräften unter 10 kn ist der Verbund zwischen Binderschicht - Tragschicht als mangelhaft einzustufen.

33 Tabelle 6-6: Bewertung der Baumaßnahme 13 Bewertung Profil Baumaßnahme 13 Schichtgrenze ADS - ABI Schichtgrenze ABI - ATS Deckschicht Binderschicht Binderschicht Tragschicht Asphaltkenndaten Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Oberflächenkenndaten Struktur-Grobrauheit Haftklebermenge Rauhtiefe Inhomogenitäten Verschmutzung keine keine keine keine verwittert/mörtelfrei X X X X Entmischungsfehlstellen X X keine keine Kornausbrüche keine keine keine keine Scherkraft < 10 X = vorhanden Baumaßnahme 20 (Tabelle 6-7) zeigt in der Schichtgrenze ADS - ABI Scherkräfte, die als gut bewertet werden können. Die Asphaltkenndaten der Binderschicht entsprechen den Anforderungen gemäß Technischem Regelwerk, wobei der Verdichtungsgrad sehr hoch ist. Die Asphaltdeckschicht dagegen weist gemäß Anforderung der ZTV Asphalt- StB (FGSV, 1998) einen zu niedrigen Verdichtungsgrad auf. Es konnten Inhomogenitäten in Form von verwitterten / mörtelfreien Anteilen der Mineralstoffe festgestellt werden. Der Schichtenverbund an der Schichtgrenze ABI - ATS ist hinsichtlich der ermittelten Scherkräfte als sehr niedrig zu bewerten. Teilweise wurden Bohrkerne entnommen, die keinen Verbund aufwiesen.

34 Tabelle 6-7: Bewertung der Baumaßnahme 20 Bewertung Profil Baumaßnahme 20 Schichtgrenze ADS - ABI Schichtgrenze ABI - ATS Deckschicht Binderschicht Binderschicht Tragschicht Asphaltkenndaten Bindemittelgehalt Hohlraumgehalt Verdichtungsgrad Oberflächenkenndaten Struktur-Grobrauheit Haftklebermenge Rauhtiefe Inhomogenitäten Verschmutzung keine keine keine keine verwittert/mörtelfrei X X keine keine Entmischungsfehlstellen keine keine keine keine Kornausbrüche keine keine keine keine Scherkraft X = vorhanden Der Vergleich der ermittelten Asphalt- und Oberflächenkenndaten der fünf Baumaßnahmen zeigt, daß sich die einzelnen Einflußmerkmale sehr unterschiedlich auswirken und immer mehrere Kriterien einen Einfluß auf den Schichtenverbund besitzen. Kornausbrüche, die in den Schichtgrenzen durch inhomogenes Mischgut und ungenügende Verdichtung auftreten können, sind nicht immer ein Maß für mangelhafte Verzahnung. Die Oberflächenstruktur eines abgescherten Bohrkerns ist nicht mit der Asphaltoberfläche vor dem Einbau der nächsten Asphaltlage zu vergleichen. Nach dem Abscheren ergeben sich in den Schichtgrenzen durch die bereits eingetretene Verzahnung wesentlich größere Rauhtiefen. Die Verzahnung bewirkt beim Abscheren ein Herausreißen von Mineralstoffkörnern, was sich in einer grobrauhen Oberflächentextur der Schichtgrenzen widerspiegelt. Da jedoch in den Schichtgrenzen Inhomogenitäten aufgrund von Entmischungsfehlstellen, Kornausbrüchen oder ungenügender Verdichtung zusätzlich zu Gefügelockerungen führen, können höhere Rauhtiefen auch einen geringeren Schichtenverbund bewirken. Letztlich ist es nur schwer möglich, die Erkenntnisse einer Baumaßnahme zu verallgemeinern, da sich die Oberflächen der Schichtgrenzen und auch die Mischgutzusammensetzungen jeder Baumaßnahme unterscheiden. Insgesamt kann jedoch beur-

35 teilt werden, daß mit einem niedrigen Verdichtungsgrad und einem hohen Hohlraumgehalt der Schichten oftmals kein guter Schichtenverbund erreicht werden kann. 6.2 Analyse zur Qualität des erzielten Schichtenverbundes Anhand ausgewählter Beispiele mit hohem und niedrigem Schichtenverbund soll aufgezeigt werden, wie ein guter Schichtenverbund erzielt werden kann und Ursachen benannt werden, die zu fehlendem Schichtenverbund führen. Ein hoher Schichtenverbund wird erzielt durch eine gute Verzahnung (hohe Verdichtungsgrade und niedrige bis mittlere Hohlraumgehalte beider Schichten) sowie eine gute Verklebung (hohe Bindemittelgehalte, mittlere Haftklebermenge). Die folgende Abbildung zeigt die Schichtgrenzenoberflächen von zwei Bohrkernen mit Scherkräften über 35 kn. Die genannten Merkmale werden von diesen Bohrkernen eingehalten. Es sind keine mörtelfreien Bereiche oder Verschmutzungen erkennbar. Abbildung 6-4: Schichtgrenzenoberflächen von Bohrkernen mit hohem Schichtenverbund Im Rahmen der Bohrkernentnahme wurden vereinzelt Bohrkerne ohne Schichtenverbund entnommen. Die Ursachen für fehlenden oder schlechten Schichtenverbund zwischen den Asphaltschichten liegen oftmals begründet in: einer Verschmutzung der zu überbauenden Oberfläche durch den Baustellenverkehr zu hohe oder zu niedrige Dosierung des Anspritzmittels unzureichende Verdichtung bzw. Entmischungen. Abbildung 6-5 zeigt exemplarisch Schichtgrenzenoberflächen, die keinen bzw. sehr schlechten Verbund aufwiesen.

36 Deutlich erkennbar ist eine Verschmutzung der Oberfläche. Der Schmutz ist teilweise tief in den Hohlräumen eingeschlossen. Die Oberfläche erscheint stark glänzend und weist einen hohen Anteil an Feinkornanreicherungen bei insgesamt geringer Grobrauheit auf. Die Oberfläche der Schichtgrenze weist mörtelfreie Bereiche auf. Die Mineralstoffe sind teilweise schlecht mit Bitumen umhüllt. Insgesamt erscheint die Oberfläche sehr matt, was ein Indiz für wenig Bitumen und Haftkleber ist. Hier sind Kornausbrüche erkennbar. Der Bohrkern wies einen sehr niedrigen Schichtenverbund auf. Die erscheint schlecht verdichtet. Abbildung 6-5: Schichtgrenzenoberflächen von Bohrkernen mit fehlendem bzw. niedrigem Schichtenverbund

37 Insgesamt gibt die Schichtgrenzenoberfläche oftmals Aufschluß über den erzielten Schichtenverbund. Eine Beurteilung sollte deshalb immer erfolgen. Kriterien zur Beschreibung der Oberflächenstrukturen liefern das Arbeitspapier Schichtenverbund (FGSV, 1995) und die Arbeitsanleitung ALP- A, Teil 4 (FGSV, 1999). Die Kriterien sind in Kapitel aufgelistet. Schwierig zu verallgemeinern sind die hier untersuchten Kriterien Grobrauheit und Rauhtiefe. Es konnten sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Werten für die Grobrauheit und Rauhtiefe ein hoher Schichtenverbund ermittelt werden. Obwohl diese Erkenntnisse nicht neu sind, stellen sie bei allen Baumaßnahmen mit teilweise fehlendem Schichtenverbund die Hauptursache dar. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, daß ein fehlender Schichtenverbund durch das Zusammenwirken mehrerer Einflußgrößen verursacht wird. Diese stellen oftmals eine zwangsläufige Verkettung dar: z.b. ungünstige Witterungsverhältnisse (niedrige Temperaturen und Regen) niedriger Verdichtungsgrad, geringe Haftklebermenge. Die Einhaltung der Anforderungen der ZTV Asphalt-StB bzw. ZTVT-StB hinsichtlich der Asphaltkenndaten Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt und die Beachtung der notwendigen Einbaubedingungen sind Garant für einen hohen Schichtenverbund.

38 Bewertungshintergrund Grundlage der Erarbeitung des Bewertungshintergrundes bilden die Prüfergebnisse der entnommenen Bohrkerne (ca. 500) aus 31 untersuchten Neubaustrecken bzw. Strecken mit Grunderneuerung. Anhand statistischer Kennziffern, wie dem arithmetischen Mittelwert, Median, der Standardabweichung und Schiefe erfolgt eine Einschätzung des Meßdatenkollektives. Aufbauend auf den Summenhäufigkeiten wird für jede Schichtgrenze ein Bewertungshintergrund erarbeitet und ein Anforderungswert vorgeschlagen Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht Scherkraft In Abbildung 6-6 sind für die untersuchten 31 Baumaßnahmen die Mittelwerte der Scherkraft zwischen Asphaltdeckschicht (ADS) und Asphaltbinderschicht (ABI) dargestellt. Die ermittelten Scherkräfte werden in drei Bereiche unterteilt: - 15 bis 25 kn (weiß) - 25 bis 35 kn (grau) - > 35 kn (schwarz). Bei der überwiegenden Zahl der Baumaßnahmen werden Scherkräfte zwischen 25 und 35 kn ermittelt. Lediglich bei den Baumaßnahmen 10, 18 und 22 werden Mittelwerte unter 20 kn berechnet. Abbildung 6-6: Scherkräfte Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht (Mittelwerte)

39 In Abbildung 6-7 sind die Baumaßnahmen, deren Deckschicht aus Asphaltbeton besteht, dunkelgrau hervorgehoben. Bei den übrigen Baumaßnahmen handelt es sich um Splittmastixasphalte. Es zeigt sich, daß beide Deckschichtarten ähnliche maximale Scherkräfte aufweisen. Der Mittelwert der Scherkräfte aller Baumaßnahmen mit Splittmastixasphalt als Deckschicht liegt bei 28,4 kn. Im Vergleich dazu liegt der Mittelwert aller Baumaßnahmen mit Asphaltbeton als Deckschicht bei 26,6 kn. Zu diesen Ergebnissen kommen auch RAAB und PARTL (1994) in ihren Untersuchungen. Beide Belagsarten können hinsichtlich der Beurteilung des Schichtenverbundes als gleichartig betrachtet werden. Abbildung 6-7: Vergleich der Scherkräfte zwischen Splittmastixasphalt- und Asphaltbetondeckschicht und Asphaltbinderschicht (Mittelwerte) Aufgrund der hohen Einbautemperaturen und Mischgutzusammensetzung sind beim Gußasphalt keine Probleme hinsichtlich des Schichtenverbundes zu erwarten. Bei einer Baumaßnahme wurden Bohrkerne mit einer Gußasphaltdeckschicht entnommen. Es war nicht möglich, mit einer Prüfpresse, die eine maximale Bruchkraft von 50 kn besitzt, die Gußasphaltschicht von der Binderschicht abzuscheren. Abbildung 6-8 zeigt die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Scherkräfte für die Schichtgrenze ADS - ABI und die dazugehörigen statistischen Kennziffern.

40 ,0-6,0 6,0-11,0 11,0-16,0 16,0-21,0 21,0-26,0 26,0-31,0 Häufigkeit [-] 31,0-36,0 36,0-41,0 41,0-46,0 46,0-51, Kraft [kn] gültige Ergebnisse 403 Perzentile [%] Scherkraft [kn] Mittelwert 28,3 5 14,9 Median 28, ,8 Modus 20, ,8 Standardabweichung 8, ,9 Schiefe - 0, ,2 Abbildung 6-8: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ADS - ABI (Scherkraft) Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen sehr dicht beieinander, so daß auf ein hohes Maß der Symmetrie der zugrundeliegenden Werte geschlossen werden kann. Dafür spricht auch die Schiefe, die mit einem negativen Vorzeichen und einem Wert von 0,3 eine leichte Rechtssteilheit der zugehörigen Häufigkeitsverteilung erkennen läßt. Die Werte auf der rechten Seite (höhere Scherkräfte) streuen stärker als die auf der linken Seite. Bei exakt symmetrischer Verteilung nimmt die Schiefe den Wert Null an. Die Perzentilwerte sind Werte, unterhalb derer ein bestimmter Anteil aller Werte liegt. Es ist ersichtlich, daß nur 5 % aller Werte kleiner als 14,9 kn sind. Abbildung 6-9 zeigt den Vorschlag eines neuen Bewertungshintergrundes und Anforderungswertes auf der Grundlage der relativen Summenhäufigkeit aller ermittelten Scherkräfte für die Schichtgrenze Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht.

41 Abbildung 6-9: Vorschlag Bewertungshintergrund und Anforderungswert für den Schichtenverbund (Scherkraft) Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht Grau hinterlegt ist der Bereich der am häufigsten auftretenden Scherkräfte zwischen 25 und 35 kn. Arithmetischer Mittelwert und Median aller ermittelten Scherkräfte liegen bei 28,3 bzw. 28,8 kn. Die Differenz zwischen Median und Standardabweichung unter Vergleichbedingungen (± 3,7 kn) ergibt einen Wert von 25,1 kn. Es wird ein Anforderungswert von 25 kn als Mindestverbund für die Schichtgrenze Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht empfohlen. Dies entspricht dem 35 %-Perzentil der Summenhäufigkeit, d.h. 65 % aller Scherkräfte liegen über diesem Wert. Hinsichtlich des Bewertungshintergrundes nach CODJIA (1994) ist festzuhalten, daß ca. 5 % der ermittelten Scherkräfte unterhalb des geforderten Mindestwertes von 14 kn liegen. Die Ergebnisse zeigen, daß bei Einhaltung der gemäß ZTV Asphalt-StB 94/98 gestellten Anforderungen hinsichtlich Hohlraumgehalt und Verdichtungsgrad höhere Scherkräfte erzielt werden und ein höheres Niveau für einen Anforderungswert formuliert werden kann. Um den vorgeschlagenen Bewertungshintergrund zu verifizieren, wurden ca. 350 zusätzliche Daten aus dem Forschungsbericht der Universität Karlsruhe (CODJIA, 1994) und dem Westfälischen Prüfamt für Baugrund und Straßenbaustoffe Münster ausgewertet. Abbildung 6-10 zeigt den Vergleich der ermittelten Summenhäufigkeit der Meßergebnisse der TU Darmstadt (ca. 400 Daten) mit vorgeschlagenem Anforderungswert und die Summenhäufigkeit der Meßwerte aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster (ca. 750 Daten). Deutlich erkennbar ist der fast identische Verlauf beider Summenhäufigkeiten. Durch die zusätzlichen Daten ist eine Stabilisierung des Kurvenverlaufes ein-

42 getreten. Der vorgeschlagene Anforderungswert von 25 kn entspricht dem 29 %- Perzentil der Summenhäufigkeit der Meßdaten aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster. Die dazugehörigen statistischen Kenndaten sind in Anlage 2.6 aufgeführt. Auch die Häufigkeitsverteilung der Daten der drei Institutionen zusammen zeigt ein ähnliches Bild wie die ermittelten Daten der TU Darmstadt allein. Der Mittelwert der insgesamt 750 untersuchten Scherkräfte liegt mit 29.4 kn etwas über dem Mittelwert der Meßwerte der TU Darmstadt (28,3 kn). Daraus läßt sich ableiten, daß die für den Bewertungshintergrund zugrunde gelegte Datenmenge als repräsentativ betrachtet werden kann. Abbildung 6-10: Summenhäufigkeit der Meßwerte Darmstadt im Vergleich zur Summenhäufigkeit der Meßwerte Darmstadt, Karlsruhe und Münster (ADS - ABI) Scherweg Abbildung 6-11 zeigt die statistischen Kennziffern des untersuchten Datenkollektives für den Scherweg. Die drei Mittelwertmaßzahlen (arithmetischer Mittelwert, Median und Modus) liegen sehr dicht beieinander, was wiederum für ein hohes Maß an Symmetrie spricht. Ein weiterer Indikator dafür ist die Schiefe von 0,1. Aus dem positiven Vorzeichen der Schiefe läßt sich eine leichte Linkssteilheit ableiten, d.h. die Werte auf der linken Seite (niedrige Scherwege) streuen etwas stärker als die auf der rechten Seite.

43 Häufigkeit [-] 60 40,6-1,1 1,1-1,6 1,6-2,1 2,1-2,6 2,6-3,1 3,1-3,6 3,6-4,1 4,1-4,6 4,6-5, Weg [mm] gültige Ergebnisse 396 Perzentile [%] Scherweg [mm] Mittelwert 3,1 5 1,9 Median 3,0 25 2,5 Modus 2,6 50 3,0 Standardabweichung 0, ,7 Schiefe 0, ,5 Abbildung 6-11: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ADS - ABI (Scherweg) Die Häufigkeitsverteilung der zusätzlich ausgewerteten Daten der Universität Karlsruhe und Münster ist in Anlage 2.6 aufgeführt. In Abbildung 6-13 ist die relative Summenhäufigkeit der ermittelten Scherwege dargestellt. Mit Hilfe des Scherweges ist die Beschreibung des Kurvenverlaufes und damit eine Aussage zum Bruchverhalten möglich. Sehr kleine Scherwege kennzeichnen einen Sprödbruch, große Scherwege dagegen einen Duktilbruch (Abbildung 6-12). Beide Extreme sind für das Verformungsverhalten und die Rißbildungsgefahr von Straßenkonstruktionen als ungünstig zu betrachten.

44 Abbildung 6-12: Beispiele für Spröd- und Duktilbruch Für den Scherweg werden keine Anforderungswerte formuliert. Es wird ein Bereich von 2,0 bis 4,0 mm empfohlen, in dem der ermittelte Scherweg liegen soll. Dieser ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Der steilste Kurvenanstieg entspricht den am häufigsten auftretenden Scherwegen. Sie liegen zwischen 2,1 und 3,1 mm (grauer Bereich). Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen bei 3,0 bzw. 3,1 mm. Unter Berücksichtigung des ermittelten Wertes für die Standardabweichung unter Vergleichbedingungen (± 0,8 mm) ergibt sich die oben empfohlene Spannweite für die ermittelten Scherwege. Bei Ermittlung von Scherwegen außerhalb dieses Bereiches sollte nachgeprüft werden, ob andere Indizien für eine mindere Qualität des Schichtenverbundes sprechen (Hohlraumgehalt, Verdichtungsgrad etc.). Abbildung 6-13: Relative Summenhäufigkeit der ermittelten Scherwege (ADS - ABI)

45 Schichtgrenze Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht Scherkraft In Abbildung 6-14 sind die ermittelten Scherkräfte für die Schichtgrenze ABI - ATS der 31 untersuchten Baumaßnahmen dargestellt. Die Baumaßnahmen wurden in die drei Bereiche kn, kn und kn unterteilt. Den größten Anteil machen Baumaßnahmen im Bereich 20 bis 30 kn aus. Abbildung 6-14: Scherkräfte Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht (Mittelwerte) Abbildung 6-15 zeigt die Häufigkeitsverteilung der ermittelten Scherkräfte für die Schichtgrenze ABI - ATS und die statistischen Kennziffern. Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen auch hier sehr dicht beieinander, so daß von einem hohen Maß an Symmetrie der Verteilung ausgegangen werden kann. Dafür spricht auch die Schiefe mit einem Wert von 0,2. Das negative Vorzeichen läßt auch bei dieser Verteilung eine leichte Rechtssteilheit erkennen.

46 ,0-6,0 6,0-11,0 11,0-16,0 16,0-21,0 21,0-26,0 26,0-31,0 31,0-36,0 36,0-41,0 41,0-46,0 46,0-51,0 Häufigkeit [-] Kraft [kn] gültige Ergebnisse 456 Perzentile 5 7,1 Mittelwert 24, ,3 Median 25, ,1 Standardabweichung 10, ,9 Schiefe - 0, ,3 Abbildung 6-15: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ABI - ATS (Scherkraft) Abbildung 6-16 stellt den neuen Bewertungshintergrund der Schichtgrenze Asphaltbinder - Asphalttragschicht dar. Der Bereich der am häufigsten auftretenden Scherkräfte ist grau hinterlegt. Er liegt zwischen 20 und 30 kn. Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen bei 25 kn. Die Differenz zwischen Median und Standardabweichung unter Vergleichbedingungen (± 3,3 kn) ergibt einen Wert von 21,8 kn. Es wird ein Anforderungswert von 20 kn als Mindestverbund für die Schichtgrenze Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht vorgeschlagen. Dies entspricht ebenfalls dem 35 %- Perzentil der Summenhäufigkeit wie bereits der vorgeschlagene Anforderungswert der Schichtgrenze Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht. Hinsichtlich des Bewertungshintergrundes nach CODJIA (1994) ist festzuhalten, daß lediglich 10 % der ermittelten Scherkräfte unterhalb des geforderten Mindestwertes von 10 kn liegen.

47 Abbildung 6-16: Vorschlag Bewertungshintergrund und Anforderungswert für den Schichtenverbund (Scherkraft) Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht Abbildung 6-17 zeigt den Vergleich der ermittelten Summenhäufigkeit der Meßergebnisse der TU Darmstadt (ca. 460 Daten) mit vorgeschlagenem Anforderungswert und die Summenhäufigkeit der Meßwerte aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster (ca. 680 Daten). Auch diese beiden Summenhäufigkeiten zeigen einen fast identischen Verlauf. Der vorgeschlagene Anforderungswert von 20 kn entspricht dem 31 %-Perzentil der Summenhäufigkeit der Meßdaten aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster. Die statistischen Kenndaten sind in Anlage 2.6 aufgeführt. Die Häufigkeitsverteilung der Daten der drei Institutionen zusammen zeigt ein ähnliches Bild wie die ermittelten Daten der TU Darmstadt allein. Der Mittelwert der insgesamt 680 Scherkräfte liegt mit 25,3 kn etwas über dem Mittelwert der Meßwerte der TU Darmstadt von 24,5 kn.

48 Abbildung 6-17: Summenhäufigkeit der Meßwerte Darmstadt im Vergleich zur Summenhäufigkeit der Meßwerte Darmstadt, Karlsruhe und Münster (ABI - ATS) Scherweg Abbildung 6-18 zeigt die ermittelten statistischen Kennziffern des untersuchten Datenkollektives für den Scherweg Häufigkeit [-] ,4 -,9,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9 3,9-4,4 Weg [mm] gültige Ergebnisse 452 Perzentile [%] Scherweg [mm] Mittelwert 2,2 5 1,0 Median 2,3 25 1,8 Modus 2,0 50 2,3 Standardabweichung 0, ,7 Schiefe 0, Abbildung 6-18: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ABI-ATS (Scherweg) Arithmetischer Mittelwert, Median und Modus liegen sehr dicht beieinander. Für die Schiefe ergibt sich ein Wert von 0,1. Diese Ergebnisse lassen auf ein sehr hohes Maß

49 an Symmetrie der Verteilung schließen. Die Häufigkeitsverteilung weist eine leichte Linkssteilheit auf. Abbildung 6-19 zeigt die Summenhäufigkeit der ermittelten Scherwege. Grau hinterlegt ist der Bereich der am häufigsten auftretenden Scherwege zwischen 1,9 und 2,9 mm. Abbildung 6-19: Relative Summenhäufigkeit der ermittelten Scherwege (ABI - ATS) Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen bei 2,2 mm bzw. 2,3 mm. Unter Berücksichtigung der ermittelten Präzision ergibt sich ein Bereich von 1,5 bis 3,0 mm, in dem der Scherweg zwischen der Schichtgrenze Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht liegen sollte. Bei Ermittlung von Scherwegen außerhalb dieses Bereiches sollte nachgeprüft werden, ob eine mindere Qualität des Schichtenverbundes vorliegt. Die Ergebnisse der statistischen Auswertung der zusätzlichen Daten der Universität Karlsruhe und Münster ist in Anlage 2.6 aufgeführt. Die Summenhäufigkeit zeigt im Vergleich zu den Daten der TU Darmstadt einen ähnlichen Verlauf.

50 Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht Scherkraft Für die Untersuchung der Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht standen zehn der insgesamt 31 Baumaßnahmen zur Verfügung. Abbildung 6-20 zeigt die ermittelten Scherkräfte, eingeteilt in die drei Bereiche: 10 bis 20 kn, 20 bis 30 kn und 30 bis 40 kn. Abbildung 6-20: Scherkräfte Asphalttragschicht - Asphalttragschicht (Mittelwerte) In Abbildung 6-21 sind die statistischen Kennziffern für die Schichtgrenze ATS - ATS zusammengefaßt. Im Vergleich zu den anderen beiden analysierten Schichtgrenzen liegen hier der arithmetische Mittelwert und der Median weiter auseinander, d.h. die Häufigkeitsverteilung weist kein so hohes Maß an Symmetrie auf. Anhand des positiven Vorzeichens der Schiefe läßt sich erkennen, daß eine Linkssteilheit vorliegt. Die Werte auf der linken Seite streuen etwas stärker, als die Werte auf der rechten Seite.

51 ,0-9,0 9,0-14,0 14,0-19,0 19,0-24,0 24,0-29,0 29,0-34,0 34,0-39,0 39,0-44,0 44,0-49,0 Häufigkeit [-] 10 0 Kraft [kn] gültige Ergebnisse 138 Perzentile 5 6,6 Mittelwert 22, ,0 Median 20, ,5 Standardabweichung 11, ,2 Schiefe 0, ,8 Abbildung 6-21: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ATS - ATS (Scherkraft) Abbildung 6-22 zeigt die Summenhäufigkeiten der Scherkräfte für die Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht der TU Darmstadt (ca. 140 Daten) und der Meßwerte aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster zusammen (ca. 190 Daten). Insgesamt stehen für die Erarbeitung eines Bewertungshintergrundes wesentlich weniger Daten zur Verfügung als bei den Schichtgrenzen ADS - ABI und ABI - ATS. Die Differenz zwischen Median und Standardabweichung unter Vergleichbedingungen (± 2,8 kn) ergibt einen Wert von 17,7 kn. Bezogen auf die vorgeschlagenen Anforderungswerte der beiden anderen Schichtgrenzen beim 35 %-Perzentil der Summenhäufigkeit wird für die Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht ein Mindestverbund von 16 kn vorgeschlagen. Der Vergleich beider Summenhäufigkeiten zeigt einen ähnlichen Verlauf der Kurven. Der vorgeschlagene Anforderungswert von 16 kn entspricht dem 31 %-Perzentil der Summenhäufigkeit der Meßdaten aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster. Die statistischen Kenndaten sind in Anlage 2.6 aufgeführt. Der Mittelwert der insgesamt 190 Scherkräfte liegt mit 22,8 kn etwas über dem Mittelwert der Meßwerte der TU Darmstadt von 22,0 kn.

52 Abbildung 6-22: Vorschlag Bewertungshintergrund Schichtenverbund Asphalttragschicht - Asphalttragschicht. Scherweg In Abbildung 6-23 sind die statistischen Kenngrößen für den Scherweg der Schichtgrenze ATS - ATS aufgeführt. Die Mittelwertmaßzahlen liegen sehr dicht beieinander, was wiederum für ein hohes Maß an Symmetrie der Häufigkeitsverteilung spricht. Die Schiefe weist eine leichte Rechtssteilheit auf, d.h. die Werte auf der rechten Seite zeigen größere Streuungen als auf der linken Seite. Analog zu den Schichtgrenzen ADS - ABI und ABI - ATS wird auch für die Schichtgrenze ATS - ATS kein Anforderungswert für den Scherweg formuliert (Abbildung 6-24). Der arithmetische Mittelwert und der Median liegen bei 1,9 mm bzw. 2,0 mm. Unter Berücksichtigung der ermittelten Präzision (S R ± 0,8 mm) ergibt sich ein Bereich zwischen 1,0 und 3,0 mm, in dem der Scherweg bei der Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht liegen sollte.

53 Häufigkeit [-] ,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-3,5 Weg [mm] gültige Ergebnisse 134 Perzentile [%] Scherweg [mm] Mittelwert 1,91 5 0,71 Median 1, ,41 Modus 1, ,97 Standardabweichung 2,0 75 2,41 Schiefe -0, ,99 Abbildung 6-23: Statistische Kenngrößen Schichtgrenze ATS - ATS (Scherweg) Abbildung 6-24: Relative Summenhäufigkeit der ermittelten Scherwege (ATS - ATS) Die Summenhäufigkeit der zusätzlich ausgewerteten Daten der Universität Karlsruhe und der Prüfstelle Münster ist in Anlage 2.6 aufgeführt. Sie zeigen auch bei den ermit-

54 telten Scherwegen zwischen der Schichtgrenze ATS - ATS einen ähnlichen Kurvenverlauf Einfluß des Abstandes der Bohrkernprofile auf das Ergebnis Einen Gesamtüberblick über die Streuungen der ermittelten Scherkräfte und -wege der untersuchten Strecken geben die statistischen Kennziffern in den Tabellen 1 bis 6 der Anlage 2.7. Pro Baumaßnahme wurden insgesamt 16 Bohrkerne aus vier Entnahmeprofilen entnommen (siehe Abbildung 4-4). Der Abstand der Profile war variabel. Er richtete sich nach der Länge der Neubaumaßnahme und der Fahrbahngeometrie. Die Bohrkerne sollten möglichst in Bereichen gleicher Längsneigungen und auf geraden Streckenabschnitten entnommen werden. Aus dem Datenkollektiv der ermittelten Scherkräfte zwischen der Schichtgrenze ADS - ABI wurden sechs Strecken mit einem Profilabstand von ca. 70 m² herausgesucht und mit sechs Strecken verglichen, bei denen der Abstand der Entnahmeprofile den Stationen der Kontrollprüfung (6000 m²) entsprachen. Die Streuung der Scherkräfte innerhalb der Strecken soll anhand der ermittelten Standardabweichungen und dem Variationskoeffizienten beurteilt werden (Abbildung 6-25). Abbildung 6-25: Vergleich der Streuungen von Strecken mit einer Bohrkernentnahme im 70 m² und 6000 m² Abstand (Schichtgrenze ADS - ABI) Die Abbildung zeigt, daß die Strecken mit wesentlich größeren Abständen der Entnahmeprofile (6000 m²) untereinander keine deutlich größeren Streuungen zeigen als

55 die Strecken mit sehr dicht beieinander liegenden Entnahmeprofilen (70 m²). Standardabweichung (4,1 kn) und Variationskoeffizient (0,13 %) der Strecken mit einem Profilabstand der Bohrungen von 70 m² sind im Mittel etwas niedriger als bei den Strecken, bei denen der Abstand der Entnahmeprofile 6000 m² beträgt (5,7 kn / 0,19 %). Die gleiche Tendenz kann bei der Untersuchung der Schichtgrenze ABI - ATS festgestellt werden. Ein Vergleich der Strecken mit einer Bohrkernentnahme im 6000 m² Abstand untereinander zeigt, daß die ermittelten Standardabweichungen und Variationskoeffizienten weniger streuen als die ermittelten Werte der Strecken mit einem Profilabstand von 70 m². Daran ist zu erkennen, daß der Abstand der Bohrprofile keinen Einfluß auf die Meßergebnisse hat. Um eine spätere zeitliche Entwicklung des Schichtenverbundes untersuchen zu können, wurden die Bohrkerne nach Fertigstellung der Neubaumaßnahme in der rechten Rollspur (abgeschätzt) und in der Fahrstreifenmitte entnommen. Die folgende Untersuchung dient der Überprüfung, ob in Abhängigkeit des Probenahmenortes im Querschnitt stärkere Streuungen der Ergebnisse auftreten. Tabelle 6-8: Vergleich der Bohrkernentnahme in rechter Rollspur und Fahrstreifenmitte rechte Rollspur Fahrstreifenmitte Gesamt (alle Werte) Scherkraft [kn] Scherweg [mm] Scherkraft [kn] Scherweg [mm] Scherkraft [kn] Scherweg [mm] Mittelwert 28,4 3,1 28,6 3,1 28,5 3,1 Standardabweichung 7,39 0,81 7,73 0,78 7,55 0,79 Tabelle 6-8 zeigt, daß keine Unterschiede zwischen den ermittelten Ergebnissen in Abhängigkeit vom Probenahmenort bestehen. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Übertragung der vorgeschlagenen Anforderungswerte in die Praxis, bei der gemäß ZTV Asphalt - StB (FGSV, 1998) bzw. ZTVT - StB (FGSV, 1995) alle 6000 m² ein Bohrkernpaar für die Kontrollprüfungen entnommen werden, möglich ist.

56 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse Aufbauend auf der statistischen Auswertung von ca. 500 Bohrkernen aus 31 Strecken mit Grunderneuerung bzw. Neubaustrecken wird ein Bewertungshintergrund erarbeitet und folgende Anforderungswerte für die Scherkraft vorgeschlagen: Schichtgrenze ADS ABI: 25 kn Schichtgrenze ABI ATS: 20 kn Schichtgrenze ATS ATS: 16 kn. Der Scherweg dient der Beschreibung des Bruchverhaltens und soll Extremzustände ausschließen. Es werden keine Anforderungswerte für den Schichtenverbund formuliert, sondern Bereiche empfohlen, in denen der Scherweg liegen sollte: Schichtgrenze ADS ABI: 2,0 bis 4,0 mm Schichtgrenze ABI ATS: 1,5 bis 3,0 mm Schichtgrenze ATS ATS: 1,0 bis 3,0 mm. Die Meßwerte sind nahezu normalverteilt. Die Auswertung von ca. 300 bis 350 zusätzlichen Daten aus dem Forschungsprojekt der Universität Karlsruhe (CODJIA, 1994) und dem Westfälischen Prüfamt für Erdbau und Straßenbaustoffe Münster untermauert den vorgeschlagenen Bewertungshintergrund. Der Vergleich der Summenhäufigkeitsverteilung der Meßdaten der TU Darmstadt mit der Summenhäufigkeitsverteilung der Meßdaten aus Darmstadt, Karlsruhe und Münster zusammen zeigt einen nahezu identischen Kurvenverlauf. Daraus läßt sich ableiten, daß der Probenumfang, der dem Bewertungshintergrund zugrunde liegt, als repräsentativ betrachtet werden kann. Die bisher vorgeschlagenen Anforderungswerte von CODJIA (1994) werden als zu niedrig betrachtet. Erfahrungen zeigen, daß ein schlechter Schichtenverbund seine Ursache häufig in schlechten Einbaubedingungen und unzulässigen Abweichungen der Asphaltkenndaten (Verdichtungsgrad bzw. Hohlraumgehalt etc.) hat. Eine Überschreitung des maximal zulässigen Hohlraumgehaltes am Ausbaustück der Deckschicht bei ca. 30 % aller untersuchten Bohrkerne zeigt, daß hier Verbesserungsmöglichkeiten liegen, die auch einem besseren Verbund dienen. Der Vergleich der hier vorgeschlagenen Anforderungswerte für den Schichtenverbund mit neueren Untersuchungen in Österreich und der Schweiz zeigt eine gute Übereinstimmung. RAAB (1999) schlug einen Anforderungswert für Bohrkerne aus Asphaltbe-

57 ton- bzw. Splittmastixasphaltdeckschichten von 23 kn vor. In Österreich werden Anforderungen von 1,0 N/mm² bzw. 1,5 N/mm² für Probekörper mit einem Durchmesser von 100 mm angegeben (RVS , 1997). Umgerechnet auf die hier untersuchten Probekörper mit 150 mm Durchmesser ergeben sich Werte zwischen 17,7 kn und 26,5 kn. 6.4 Zusätzliche Untersuchungen Die zeitliche Entwicklung des Schichtenverbundes An sieben der insgesamt 31 Baumaßnahmen wurde ein Jahr nach der Verkehrsübergabe erneut eine Bohrkernentnahme durchgeführt. Ziel war die Abschätzung einer möglichen zeitlichen Entwicklung des Schichtenverbundes und eine Aussage zum Zeitpunkt der Probenahme bei Einführung vertragsrelevanter Anforderungswerte. Um eine weitere Schädigung der Strecken durch zusätzliche Bohrungen möglichst gering zu halten, wurden für die Untersuchungen zur zeitlichen Entwicklung lediglich acht Bohrkerne aus zwei Profilen entnommen. Diese Vorgehensweise setzt eine möglichst geringe Streuung der Ergebnisse der Entnahmeprofile untereinander bei der Erstentnahme voraus. Anlage 2.8 führt die Ergebnisse der ermittelten Scherkräfte und -wege innerhalb der Profile für die Schichtgrenze ADS - ABI auf. Weitere Auswahlkriterien waren die Erfassung sehr hoher, mittlerer und niedriger Scherkräfte bis hin zu Strecken mit fehlendem Schichtenverbund. In Tabelle 6-9 sind die ausgewählten Baumaßnahmen aufgelistet. Tabelle 6-9: Ausgewählte Baumaßnahmen zur Untersuchung der zeitlichen Entwicklung Baumaßnahme Bauklasse Auswahlkriterium / Besonderheit BM 5 BM 6 BM 9 BM 10 BM 13 BM 11 BM 31 BK II BK III BK III BK I BK I BK II BK III mittlere Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS - ABI und ABI - ATS mittlere Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS - ABI und ABI - ATS sehr hohe Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS -ABI und ABI - ATS niedrige Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS -ABI, mittlere Scherkräfte zwischen ABI - ATS, überwiegen kein Verbund zwischen Schichtgrenze ATS -ATS mittlere Scherkräfte zwischen ADS - ABI, überwiegen kein Verbund zwischen Schichtgrenze ABI - ATS hohe Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS - ABI und ABI - ATS hohe Scherkräfte zwischen Schichtgrenze ADS - ABI und ABI - ATS

58 Die Entnahme der Bohrkerne für die Untersuchung der zeitlichen Entwicklung erfolgte analog der ersten Entnahme in der rechten Rollspur und der Fahrstreifenmitte. Die Profile wurden so angelegt, daß sie zwischen den Profilen der Erstentnahme lagen. Die Strecken weisen keine Besonderheiten hinsichtlich vorhandener Steigungen bzw. Gefälle auf. Es wurden gerade Streckenabschnitte für die Bohrkernentnahme gewählt. Schichtgrenze Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht Abbildung 6-26 zeigt den Vergleich der ermittelten Scherkräfte (Mittelwerte) vor und ein Jahr nach der Verkehrsübergabe für die Schichtgrenze Asphaltdeckschicht - Asphaltbinderschicht. Alle Baumaßnahmen zeigen eine Erhöhung der maximalen Scherkraft, die um so geringer ausfällt, je höher die Ausgangswerte der Scherkraft sind. Baumaßnahme 10 konnte nicht in die Auswertung einbezogen werden, da die Deckschicht inzwischen erneuert wurde. 50 Scherkraft [kn] Vorher 27,7 25,9 39,8 29,4 25,7 32,3 Nachher 32,6 36,1 40,5 32,7 31,8 33,3 Baumaßnahme Abbildung 6-26: Vergleich Scherkräfte vorher und ein Jahr nach Verkehrsübergabe (ADS - ABI) Die folgenden Abbildungen zeigen die ermittelten Scherkräfte vor und nach der Verkehrsübergabe, getrennt betrachtet nach rechter Rollspur (Abbildung 6-27) und Fahrstreifenmitte (Abbildung 6-28), exemplarisch für Baumaßnahme 5. Die Profile der Erstentnahme und Bohrkernentnahme für die zeitliche Entwicklung liegen ca. 10 m auseinander.

59 Scherkraft [kn] Profil 1 Profil 2 Vorher 26,1 24,8 29,0 25,1 Nachher 31,8 31,9 36,5 37,3 Abbildung 6-27: Vergleich Scherkräfte vorher und ein Jahr nach Verkehrsübergabe Baumaßnahme 5 (rechte Rollspur) 50 Scherkraft [kn] Profil 1 Profil 2 Vorher 25,0 23,8 35,4 31,4 Nachher 27,8 25,2 41,9 28,2 Abbildung 6-28: Vergleich Scherkräfte vorher und ein Jahr nach Verkehrsübergabe Baumaßnahme 5 (Fahrstreifenmitte) Die Bohrkerne, die in der rechten Rollspur entnommen wurden, zeigen einen Zuwachs des Schichtenverbundes zwischen 7 und 12 kn. Die ermittelten Scherkräfte der Fahrstreifenmitte vor und nach der Verkehrsbelastung sind nahezu gleich. Auch bei den übrigen sechs untersuchten Baumaßnahmen kann beobachtet werden, daß der Schichtenverbund in der Fahrstreifenmitte weniger ansteigt als in der rechten Rollspur.

60 Schichtgrenze Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht Abbildung 6-29 zeigt die ermittelten Scherkräfte vor und nach einem Jahr Verkehrsbelastung für die Schichtgrenze Asphaltbinderschicht - Asphalttragschicht. Die Baumaßnahmen 5, 6, 9 und 10 zeigen eine Erhöhung des Schichtenverbundes um 12 bis 15 kn. Auch hier wird die Tendenz beobachtet, je geringer die Scherkraft vor der Verkehrsübergabe, desto höher der Zuwachs des Schichtenverbundes. Die Prüfergebnisse der Baumaßnahmen 11, 13 und 31 zeigen dagegen keine Erhöhung der Scherkräfte, wobei Baumaßnahme 11 und 31 bereits vor der Verkehrsübergabe Scherkräfte ü- ber 30 kn aufwiesen. 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Vorher 25,1 18,3 32,3 25,5 32,3 16,4 34,2 Nachher 37,0 33,6 36,0 39,5 32,7 16,3 33,0 Abbildung 6-29: Vergleich Scherkräfte vorher und ein Jahr nach Verkehrsübergabe Baumaßnahme 5 (ABI - ATS) Abbildung 6-30 zeigt die ermittelten Scherkräfte in der rechten Rollspur vor und nach der Verkehrsübergabe exemplarisch für Baumaßnahme 6. Die Profile der Erstentnahme und Bohrkernentnahme für die zeitliche Entwicklung liegen ca. 70 m auseinander. In beiden Profilen ist eine Zunahme der Scherkräfte um 6 bis 15 kn festgestellt worden.

61 Scherkraft [kn] Profil 1 Profil 2 Vorher 29,7 26,9 23,5 19,2 Nachher 35,8 42,2 31,8 31,8 Abbildung 6-30: Vergleich Scherkräfte vorher und ein Jahr nach Verkehrsübergabe Baumaßnahme 6 (rechte Rollspur) In Abbildung 6-31 sind die ermittelten Scherkräfte in der Fahrstreifenmitte vor und nach der Verkehrsübergabe für Baumaßnahme 6 dargestellt. Insgesamt ist auch hier ein Zuwachs des Schichtenverbundes zu verzeichnen. Eine Ausnahme bildet ein Bohrkern aus Profil 2. Die ermittelten Scherkräfte vor der Verkehrsübergabe weisen relativ große Schwankungen auf, die sich bei den entnommenen Bohrkernen nach der Verkehrsübergabe etwas relativieren. 40 Scherkraft [kn] Profil 1 Profil 2 Vorher 25,1 17,0 29,1 14,6 Nachher 35,8 37,4 26,3 27,8 Abbildung 6-31: Vergleich Scherkräfte vor und nach einem Jahr Verkehrsbelastung baumaßnahme 6 (Fahrstreifenmitte)

62 Abbildung 6-32 zeigt die ermittelten Scherkräfte für Baumaßnahme 13 aus der rechten Rollspur. Diese Darstellung wurde ausgewählt, da die Baumaßnahme 13 zahlreiche Bohrkerne ohne Schichtenverbund nach ihrer Fertigstellung aufwies und gemäß Abbildung 6-29 nach einem Jahr Verkehrsbelastung keine Erhöhung des Verbundes zeigte. Anhand der Ergebnisse wird deutlich, daß der fehlende Schichtenverbund auch bei wiederholter Bohrkernentnahme nach Verkehrsbelastung festgestellt wurde. Bohrkerne, die eine sehr niedrige Scherkraft aufwiesen (< 10 kn), zeigen auch nach einer Belastung durch den Verkehr nur eine geringfügige Erhöhung. Die Feststellung, daß bei fehlendem Schichtenverbund vor der Verkehrsübergabe auch nach einem Jahr Verkehrsbelastung keine Verbesserung eingetreten ist, wurde durch Baumaßnahme 10 bestätigt. Hier wurde sowohl bei der Erstentnahme als auch bei der Bohrkernentnahme für die zeitliche Entwicklung zwischen der Schichtgrenze Asphalttragschicht - Asphalttragschicht fehlender Verbund festgestellt. Scherkraft [kn] Profil 1 Profil 2 Vorher 2,6 4,8 0,0 0,0 Nachher 7,6 12,0 0,0 0,0 Abbildung 6-32: Vergleich Scherkräfte vor und nach einem Jahr Verkehrsbelastung Baumaßnahme 13 (rechte Rollspur) Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß die untersuchten Strecken im allgemeinen eine Erhöhung der Scherkräfte nach einem Jahr Verkehrsbelastung zeigten. Profile, die bei der Erstentnahme Scherkräfte von ca. 20 kn aufwiesen, zeigten nach der Verkehrsbelastung Scherkräfte um kn. Sind die Scherkräfte vor der Verkehrsübergabe sehr hoch, ist nur noch ein geringer Zuwachs des Schichtenverbundes zu verzeichnen. Insgesamt liegen die Scherkräfte nach einem Jahr Verkehrsbelastung zwischen 30 und 35 kn. Erwartungsgemäß fiel diese Zunahme der Scherkräfte an Bohrkernen, die in der rechten Rollspur entnommen wurden, etwas höher aus als in

63 der Fahrstreifenmitte. Die Baumaßnahme 10 (Schichtgrenze ATS - ATS) und Baumaßnahme 13 (Schichtgrenze ABI - ATS) zeigen jedoch auch, daß, wenn unmittelbar nach Fertigstellung der Baumaßnahme kein Schichtenverbund vorhanden ist, auch nach einem Jahr Verkehrsbelastung kein Verbund vorliegt. Bohrkerne mit sehr niedrigen Scherkräften (< 10 kn), die in Bereichen mit überwiegend fehlendem Schichtenverbund entnommen wurden, zeigten bei erneuter Entnahme nach einem Jahr Verkehrsübergabe lediglich eine geringfügige Erhöhung der Scherkräfte. Der Schichtenverbund ist nach wie vor als schlecht zu bewerten. Hinsichtlich der Entnahme von Bohrkernen zur Überprüfung eines Anforderungswertes ist es sinnvoll, die Entnahme grundsätzlich vor der Verkehrsübergabe festzusetzen. Bei fehlendem Schichtenverbund können anhand der Scherflächen bereits Hinweise auf mögliche Ursachen (z.b. Verschmutzungen) gegeben werden. Außerdem wird die tatsächliche Einbauleistung bewertet und nicht die Leistung des überrollenden Verkehrs. Erfolgt die Probenahme zur Prüfung des Schichtenverbundes nach der Verkehrsübergabe, sollte dies vermerkt werden und die Probenahme außerhalb der Rollspuren stattfinden Schichtenverbund von Strecken mit Teilerneuerung An insgesamt sieben Strecken mit Teilerneuerung wurden Bohrkerne entnommen und der Schichtenverbund nach LEUTNER geprüft. Ziel war es, zu untersuchen, ob die Prüfung des Schichtenverbundes mit dem Schergerät nach LEUTNER möglich ist. Dabei wurden drei Typen von Grunderneuerungen ausgewählt: Überbauung bzw. Oberbauverstärkung Erneuerung der Deckschicht Erneuerung der gesamten Decke. Diese sind in Abbildung 6-33 schematisch dargestellt. Abbildung 6-33: Strecken mit Teilerneuerung

64 Abbildung 6-34 zeigt die ermittelten Scherkräfte der untersuchten Strecken. Diese stellen den Mittelwert aus acht Einzelmessungen dar Scherkraft [kn] BM I BM II BM III BM IV BM V BM VI BM VII Baumaßnahme Abbildung 6-34: Scherkräfte der Strecken mit Teilerneuerung (Mittelwerte) Baumaßnahme III zeigt den schlechtesten Schichtenverbund. Sechs der insgesamt acht Bohrkerne wiesen keinen Verbund zwischen Binder- und Tragschicht auf. Grundsätzlich ist die Prüfung des Schichtenverbundes an Bohrkernen, die eine gefräste Scherfläche aufweisen, möglich. Problematisch erwies sich die Durchführung der Prüfung, wenn die Schichtgrenze nicht orthogonal zur Mantelfläche verlief. Dieser Fall ist in den folgenden Abbildungen dokumentiert. Er tritt bei gefrästen Schichtgrenzen häufiger auf. In Abbildung 6-35 ist deutlich der unregelmäßige Verlauf der Schichtgrenze zu erkennen. Ein Anpassen der Schervorrichtung an die Schichtgrenze ist hier kaum möglich. Abbildung 6-35: Bohrkern mit gefräster Schichtgrenze zwischen Binder- und Tragschicht

65 Abbildung 6-36: Bohrkern mit gefräster Schichtgrenze zwischen Binder- und Tragschicht Abbildung 6-36 zeigt den Verlauf der Scherfläche nach dem Abschervorgang. Teilweise verläuft sie in der Schicht selbst. In der Arbeitsanleitung (FGSV, 1999) zur Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER ist jedoch bereits festgelegt, daß die Prüfung nicht durchgeführt werden darf, wenn die Schichtgrenzen eine Schräglage über 5 mm aufweisen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß die Prüfung des Schichtenverbundes nach LEUTNER an Bohrkernen, deren Scherfläche eine gefräste Unterlage aufweisen, prinzipiell möglich ist. Voraussetzung ist, daß die Schichtgrenze orthogonal zur Mantelfläche verläuft. Eine Beurteilung der Ergebnisse mit dem erarbeiteten Bewertungshintergrund für Neubaustrecken ist zunächst nicht möglich, da der Einfluß der Beschaffenheit der Scherflächen auf die Verbundeigenschaften untersucht werden muß. Da der Anteil an Strecken mit Teilerneuerungen immer größer wird, scheinen weiterführende Untersuchungen zu dieser Problematik sinnvoll. PÖS (1999) berichtet über erste Ergebnisse einer Diplomarbeit der FH Frankfurt zu dieser Thematik. Diese lassen keinen Einfluß der Fräsarbeiten auf die Verbundeigenschaften erkennen. Bis zur Klärung dieser Fragen sollte bei der Bohrkernentnahme darauf geachtet werden, daß die Fahrtrichtung - entsprechend der Arbeitsrichtung der Fräse - gekennzeichnet wird und anschließend in Fahrtrichtung abgeschert wird.