VSVI - Seminar Nr. 5 Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik

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1 VSVI - Seminar Nr. 5 Untersuchungen zur Tragfähigkeit, Wasserdurchlässigkeit und Frostempfindlichkeit von ungebundenen Schichten Dipl.-Ing. Christian Gottaut Lehrstuhl für Verkehrswegebau Ruhr-Universität Bochum 15. Februar 2011

2 Ungebundene Baustoffgemische Tragfähigkeit - Wasserdurchlässigkeit - Frostempfindlichkeit Einführung (Schadensbilder) Vergleichende Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Gesteinskörnungsgemischen Einflussfaktoren und Prüfverfahren für die Wasserdurchlässigkeit und die Frostempfindlichkeit Aktuelle und zukünftige Anforderungen des Regelwerkes

3 VSVI Seminar Schadensbilder Kleinflächige Absackungen, mangelnde Tragfähigkeit

4 VSVI Seminar Schadensbilder Auswaschung zerriebener Pflasterbettung

5 VSVI Seminar Schadensbilder

6 VSVI Seminar Schadensbilder

7 VSVI Seminar Schadensbilder

8 Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11

9 Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11

10 Entwurf RStO 11 Keine Anforderungen trotz hoher Tragfähigkeiten!

11 Verwendete Forschungsvorhaben - Vergleich Kornfestigkeit mit der Festigkeit am gesamten Korngemisch - Festigkeitsprüfverfahren für ein Korngemisch (Labor) - Labor- bzw. Feldverfahren zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit - Frosthebungsverhalten ungebundener Schichten

12 rechnerischer Zusammenhang nach Ballmann: SZ = 3,62*LA 0,5569 Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich

13 Beanspruchungsart bestehender Verfahren Schlagzertrümmerung Los Angeles Micro-Deval Schlagbeanspruchung Schlag/Reibbeanspruchung (ca. 20% Schlaganteil) Reibbeanspruchung Proctorversuch Schlagzertrümmerungmerung Los Angeles Micro-Deval

14 Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich, daher teilweise unterschiedliche Einstufungen möglich LA ist das Referenzverfahren (im Schiedsfall maßgebend) Auf lange Sicht erlaubt die Europäische Kommision nur ein Prüfverfahren für eine Eigenschaft SZ 18 LA 20 SZ 22 LA 25 SZ 26 LA 30 SZ 32 LA 40 SZ 35 LA 50 SZ NR LA NR

15 Kornverfeinerung nach Schreiber: d i = Siebdurchgang vor Beanspruchung D i = Siebdurchgang nach Beanspruchung k = Anzahl der Fraktionen Verwendet u. a. in TP Gestein-StB 2008: Schlagprüfung an Gesteinskörnungen der Kornklasse 2/11 mm

16 100 RCK 0/31 mm Siebdurchgang [M.-%] ,063 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 Korngrößen [mm] 4,0 8,0 16,0 31,5 45,0 Ausgangskorngrößenverteilung nach einfachen Proctor nach modifizierten Proctor nach Proctor DBS nicht gewertet: RC-B 2 mit 30 % Kalksandstein, Putze und Mauerwerksmörtel

mittel fein Ø einfacher Proctor 0,41 0,45 0,12 0,33

18 Übersicht über die Verfeinerungsgrade 0/45 LA 10/14 zu V am 0/45 Gemisch Korngrößenverteilung grob mittel fein Ø einfacher Proctor 0,41 0,45 0,12 0,33 modifizierter Proctor 0,88 0,33 0,02 0,41 ø 0,65 0,39 0,07

19 100 Korngrößenverteilungsbereiche 0/32 mm Siebdurchgang [M.-%] ,063 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 Korngrößen [mm] 4,0 8,0 16,0 31,5 45,0 Ausgangssiebung nache einfachen Proctor nach modifiziertem Proctor nach Proctor DBS

20 Vergleich Lagerungsdichte in situ / Labor

21 Vergleich Kornverfeinerung in situ / Labor

22 Bewertung der Versuchsmaterialien über: Tragfähigkeit Frostbeständigkeit Wasserdurchlässigkeit

23 Bestimmung des Frosthebungsverhaltens nach TP BF-StB Teil FHV (Entwurf)

24 Schematische Darstellung des Frosthebungsversuchs Kurzbeschreibung des Frosthebungsverfahrens (nach TP BF-StB Teil FHV) - 1 Tag Vortemperierung, konstanten Umlufttemperatur 1,5 C - Probenmitte erreicht eine Temperatur von 0 C innerhalb von 4 Tagen (Befrostungsgeschwindigkeit beträgt 0,38 K/Tag. ) - Die 0 C-Isotherme wird 3 Tage in Probenmitte gehalten - Auftauprozess bei einer Oberflächentemperatur von 10 C für weitere 24 h

25 Temperatur [ C] Kühlkopftemperatur Wasserbadtemperatur Hebung Ermittelbare Kennwerte - Quellung in der Temperierphase - maximale Frosthebung - verbleibende Resthebung - maßgebende Frosthebungsgeschwindigkeit - Zeitpunkt der Eislinsenbildung - stationärer Zustand - Höhe der Eislinsenbildung Probentemperatur Zeit [d] Solltemperatur 5,00 4,67 4,33 4,00 3,67 3,33 3,00 2,67 2,33 2,00 1,67 1,33 1,00 0,67 0,33 0,00 Hebung [mm]

27 Zusammenfassung Frosthebungsversuch Probenbezeichnung anfängliche Hebung maßgebliche Hebungsgeschwindigkeit maximale Frosthebung verbleibende Resthebung [mm] [mm/d] [mm} [mm] DIA -0,052 0,317 4,000 0,711 DIS 0,541 0,082 2,383 0,053 BAS 0,386 0,202 2,050 0,387 Nach ÖNorm B 4811: max. 15 mm Frosthebung max. 1 mm/d maßgebliche Frosthebungsgeschwindigkeit LAV -0,007 0,006 0,373 0,067 QUA 0,577 0,604 7,326 1,509 KAL 0,087 0,090 4,209 0,619 RCB1-0,048 0,307 8,246 2,393 RCB2 0,180 0,354 7,554 1,803 nach Floss für F1-Böden: max. 5 mm Frosthebung und max. 2 mm verbleibende Resthebung geringe Festigkeitsabnahme RCZ 0,018 0,201 3,051 0,776 RCK 0,046 0,3421 8,528 2,074 RCP 0,011 0,222 4,727 0,693 RPG 0,372 0,357 5,383 1,437 HMV 0,490 0,107 6,166 1,301

28 Einteilung der untersuchten Gemische in die Frostempfindlichkeitsklassen

29 Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung

30 Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung

31 Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Hebungsgeschwindigkeit

32 Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Ant. < 0,063

Beton 1 RC Beton 2 RC B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug RC B 2 mit 30 %

33 Vergleich der Tragfähigkeit vor und nach Befrostung Probenbezeichnung Diabas Diabas mit 10 % Natursand Basaltlava Lavaschlacke Quarzsandstein Kalkstein RC Beton 1 RC Beton 2 RC B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug RC B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel RC B 2 mit 5% Porenbeton Praxisgemisch Hausmüllverbrennungsasche

35 2 rm h k10 = α ln 0, 8 8 r Δ t h 0 r m...radius des Standrohres in m, (= 0,017 m) r 0...Radius der Ausströmfläche in m, (= 0,07 m) h 1,h 2...hydraulische Druckhöhe in m zum Zeitpunkt t 1, t 2 (h 1 = 0,4m, h 2 = 0,3 m) t... Zeitintervall t 2 -t 1 α...temperaturkorrektur gemäß DIN

36 Wasserdurchlässigkeit Probenbezeichnung einfacher Proctor modifizierter Proctor DIA 5,10E-06 6,30E-06 DIS 1,30E-05 8,69E-06 BAS 2,17E-05 2,46E-06 LAV 1,79E-05 1,24E-05 QUA 1,86E-05 1,30E-06 KAL 7,73E-06 3,51E-06 RCB1* 2,36E-06 2,01E-07 RCB2 2,20E-06 1,00E-06 RCZ 5,77E-05 4,10E-06 RCK 6,00E-07 < 5,00E-07 RCP 1,50E-07 3,60E-07 RPG < 5,00E-07 < 5,00E-07 HMV 1,10E-05 1,40E-06 Durchlässigkeitsbereiche: unter 10-8 sehr schwach durchlässig 10-8 bis 10-6 schwach durchlässig über 10-6 bis 10-4 durchlässig über 10-4 bis 10-2 stark durchlässig über 10-2 sehr stark durchlässig Probenbezeichnung Diabas Diabas mit 10 % Natursand Basaltlava Lavaschlacke Quarzsandstein Kalkstein RC Beton 1 RC Beton 2 RC B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug RC B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel RC B 2 mit 5% Porenbeton Praxisgemisch Hausmüllverbrennungsasche

37 Vergleich Trockendichte in situ / Infiltration

38 Vergleich Durchlässigkeit im Labor / Infiltration Grenze des Tropfinfiltrometers

39 Einfluss des Sandanteils auf die Durchlässigkeit Siebdurchgang [M.-%] Kiessand 0/32 fein: kf-wert 2,9 x 10-4 m/s Kiessand 0/32 mittel: kf-wert 2,7 x 10-4 m/s Kiessand 0/32 grob: kf-wert 8,3 x 10-4 m/s Kiessand 0/32 mittel + 5 M.-% Feinanteil: kf-wert 4,4 x 10-6 m/s ,063 0,5 1,0 2,0 4,0 5,6 8,0 11,2 16,0 22,4 31,5 45,0 Korngrößen [mm]

Zusammenfassung Probenbezeichnung CBR 0 Frosthebung Verbleibende Resthebung CBR FHV CBR Frosthebungsgeschwindigkeit Wasserdurchlässigkeit Diabas Diabas mit 10 % Natursand Basaltlava Lavaschlacke

40 Zusammenfassung Probenbezeichnung CBR 0 Frosthebung Verbleibende Resthebung CBR FHV CBR Frosthebungsgeschwindigkeit Wasserdurchlässigkeit Diabas Diabas mit 10 % Natursand Basaltlava Lavaschlacke Quarzsandstein Kalkstein RC Beton 1 RC Beton 2 RC B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug RC B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel RC B 2 mit 5% Porenbeton Praxisgemisch Hausmüllverbrennungsasche Wasserdurchlässigkeit: - modifizierter Einbau am realistischen, aber oftmals kritisch!

41 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE GESTEINSKÖRNUNGEN, UNGEBUNDENE BAUWEISEN Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau TP Gestein-StB Teil Teil Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes Laborverfahren Entwurf Ausgabe 2011 Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes In situ-verfahren Entwurf Ausgabe 2011

42 Optimierung der Materialien für ToBs im Labor Prüfung am Baustoffgemisch unerlässlich Kornverfeinerung und/oder Wasserdurchlässigkeit Frostempfindlichkeit Anforderungen für Performance-Prüfungen zwingend notwendig

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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