Vorgehensweise: Im Forschungsprojekt werden zwei voneinander abhängige Verfahren entwickelt: 1. Ableitung von Tragfähigkeitskennwerten auf der Grundla

Ermittlung von Strukturparametern an Straßenverkehrsflächenbefestigungen in Asphaltbauweise

Vorgehensweise: Im Forschungsprojekt werden zwei voneinander abhängige Verfahren entwickelt: 1. Ableitung von Tragfähigkeitskennwerten auf der Grundlage der Wellenausbreitung in der Fahrbahnkonstruktion unter impulsförmiger Belastung anhand von wellenphysikalischen Gesetzmäßigkeiten [Universität Siegen] 2. Ableitung der Steifigkeit von Asphaltgemischen und von Asphaltschichtensystemenanhand von Körperschallfeldern [Hochschule Mittweida]

Vorgehensweise: Institut für Straßenwesen der Universität Siegen: 1. Messverfahren mit dem Falling Weight Deflectometer 2. Wellentypen 3. Auswertung anhand von Wellenausbreitungen 4. Untersuchungsergebnisse an den bestehenden Fahrbahnkonstruktionen unter Laborbedingungen und in-situ

Messverfahren FWD Fallgewicht Fallhöhe Gummipuffer Geophone OK Fahrbahn D1(t) D2(t) D3(t) D4(t) D5(t) D6(t) D7(t) D8(t) D9(t)

Messverfahren FWD schematischer Aufbau eines Geophons

Messverfahren FWD Eigenschaften des Geophons SM 6 bei den verwendeten Geophonen beträgt der Proportionalitätsfaktor ab einer Frequenz von 20 Hz ca. 28 V/m/s die untere Grenzfrequenzbeträgt 4,5 Hz, unterhalb dieser Frequenz sind die Messwerte nur bedingt nutzbar zwischen 4,5 und 20 Hz ist die induzierte Spannung und somit die gemessene Amplitude frequenzabhängig

Messverfahren FWD Messwertaufbereitung

Messverfahren FWD Messwertaufbereitung extern erfasste Messwerte (Rohdaten) Amplituden-Frequenz-Spektrum Bauklasse V, Zeile 3 unbelastet Amplitude real messbares Signal aufgrund der Dämpfung nur noch teilweise im Signal enthalten Frequenz [Hz]

Messverfahren FWD Messwertaufbereitung extern erfasste Messwerte (Rohdaten) Amplituden-Frequenz-Spektrum Bauklasse V, Zeile 3 belastet Amplitude real messbares Signal aufgrund der Dämpfung nur noch teilweise im Signal enthalten Frequenz [Hz]

Messverfahren FWD

Wellentypen Wellentypen Körperwellen Oberflächenwellen Kompressionswelle Scherwelle Rayleigh-Welle Love-Welle

Wellentypen Wellenausbreitung unter impulsförmiger Belastung Kompressionswelle

Wellentypen Wellenausbreitung unter impulsförmiger Belastung: im Zuge einer impulsförmigen Belastung, wie sie durch das FWD ausgeübt wird, entsteht in der Befestigung im Lastzentrum eine vertikal gerichtete P-Welle außerhalb des Lastzentrums eine Rayleigh-Welle

Wellentypen Kompressionswelle

Wellentypen Rayleigh-Welle k = Wellenzahl (Kreisfrequenz/Geschwindigkeit)

Wellentypen Externe Messwerterfassung

Wellentypen Bildung von Sensorpaaren geometrisches Verhältnis Wellenlänge Wirktiefe

Wellentypen Bildung von Sensorpaaren a 2 [m] 0,20 0,30 0,45 0,60 0,90 1,20 1,50 1,80 0,20 0,08 m - 0,70 m 0,11 m - 1,00 m 0,14 m - 1,30 m 0,18 m - 1,60 m 0,30 0,00 m - 0,15 m 0,10 m - 0,90 m 0,13 m - 1,20 m 0,17 m - 1,50 m a 1 [m] 0,45 0,00 m - 0,23 m 0,15 m - 1,35 m 0,60 0,00 m - 0,30 m 0,90 0,00 m - 0,45 m

Auswertungsverfahren Vergleich der Phasenverschiebung Rayleigh-Welle

Auswertungsverfahren Vergleich der Phasenverschiebung Rayleigh-Welle Frequenz [Hz] Phasenwinkel [ ]

Untersuchungsergebnisse

Messungen auf Straßenbefestigungen: mit dem veränderten Messsystem und dem entwickelten Auswerteverfahren wurden Untersuchungen an realen Verkehrsbefestigungen durchgeführt: 1. auf der Modellstraße der Bundesanstalt für Straßenwesen an Befestigungen unterschiedlicher Bauklassen gleicher Bauweise an Befestigungen unterschiedlicher Bauweise gleicher Bauklasse an einer Befestigung mit und ohne simulierter Verkehrsbelastung 2. auf einer Straßenbefestigung in-situ

Modellstraße der Bundesanstalt für Straßenwesen

Messungen auf der Modellstraße: 4 8 22 4 5 13 4 10 56 68 76 Planum -90 cm

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse SV Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse III Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse V Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ATS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: 15.000 MPa 9.500 MPa 250 MPa 230 MPa 200 MPa 126 MPa 135 MPa 116 MPa Planum -90 cm

Untersuchungsergebnisse Zwischenfazit: aufgrund der Sensoranordnung liegt der derzeitige Messbereich zwischen 0,15 1,35 m somit kann die gebundene Befestigung gemäß Zeile 1 der Bauklasse V nicht detektiert werden für die gebundene Befestigungen gemäß Zeile 1 der Bauklasse III und SV kann ein Steifigkeitsmodul aufgrund der Wellenausbreitung detektiert werden

Messungen auf der Modellstraße: 4 5 13 4 4 5 5 9 9 22 15 20 56 68 76 Planum -90 cm

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse III Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse III Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS STS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse III Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS KTS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: 4 5 4 5 9.500 MPa 13.000 MPa 13.500 MPa 4 5 22 55015 MPa 650 20MPa 158 MPa 144 MPa 76 230 MPa 280 68 MPa 280 MPa 56 135 MPa 126 MPa 128 MPa Planum -90 cm

Messungen auf der Modellstraße: Zwischenfazit: anhand des Verfahrens ist eine Unterteilung der ungebundenen Schichten hinsichtlich der Bauweisen Zeile 1, Zeile 3 und Zeile 4 möglich die Steifigkeiten liegen deutlich höher als die E V2 -Werte der jeweiligen Schicht

Messungen auf der Modellstraße: 4 5 9 4 5 9 20 20 76 76 unbelastet belastet Planum -90 cm

Messungen auf der Modellstraße: Messergebnis für Bauklasse III, auf Kiestragschicht Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm Messbereich ABi ATS KTS FSS T = 20 C

Messungen auf der Modellstraße: 4 5 13.500 9 MPa 4 5 8.8009 MPa 650 20 MPa 850 20 MPa 280 76 MPa 290 76 MPa unbelastet belastet Planum -90 cm

Messungen auf der Modellstraße: Zwischenfazit: Veränderungen in einzelne Schichten aufgrund von strukturell zerstörenden Einflüssen (hier Impulsgeberbelastung) können anhand der Steifigkeitsänderung detektiert werden die Ergebnisse zeigen eine Versteifung der ungebundenen Schichten während der Belastungsdauer können diese Effekte auch in der Realität detektiert werden?

Untersuchungsergebnisse in-situ

Messungen in situ:

Messungen in situ: Messergebnis auf einer Bundesstraße der Bauklasse II Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm 10.200 MPa 9.000 MPa 750 MPa Messbereich ABi ATS FSS T = 20 C

Messungen in situ:

Messungen in situ: Messergebnis auf einer Bundesstraße der Bauklasse II Steifigkeit [MPa] 100 1.000 10.000 ADS Tiefe unter Fahrbahnoberfläche e -10 cm -100 cm 11.000 MPa 9.000 MPa 750 MPa Messbereich E v2 mit mittelschwerem Gerät: ca. 300 MPa ABi ATS FSS T = 20 C

Messungen in situ: Messergebnis auf einer Bundesstraße der Bauklasse II Laborergebnisse FWD Binderschicht FWD Tragschicht

Messungen in situ: Zwischenfazit: in-situ kann die Tiefenbegrenzung von 0,15 m auf 0,08 m unterhalb der Oberkante der gebundenen Befestigung verringert werden die aufgrund der Wellentheorie abgeleiteten Steifigkeitsmoduln können in einen funktionalen Zusammenhang zu der im Labor ermittelten Master Curve gesetzt werden

Zusammenfassung: die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass auf der Grundlage der Wellenausbreitung die Schichtgrenzen zwischen ungebundene Schichten unterschiedlichen Materialverhaltens zwischen ungebundenen und gebundenen Schichten zwischen gebundenen Schichten unterschiedlichen Materialverhaltens detektiert werden können.

Zusammenfassung: die bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass auf der Grundlage der Wellenausbreitung die Steifigkeitsmoduln in den ungebundene Schichten in den gebundenen Schichten ermittelt werden können. der Bewertungshintergrund ist aber noch nicht ausreichend unbekannt sind diesbezüglich insbesondere die Streuungen der Messwerte die Einflussparameter und deren Sensitivität

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!