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Griffigkeitsprognosen an offenporigen Asphalten (OPA) – Teil 2: Neue Baumaßnahmen
BASt-Bericht S 72
Dirk Jansen, Martin Pöppel-Decker, Bundesanstalt für Straßenwesen
51 Seiten
Erscheinungsjahr: 2011
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Ziel des Forschungsprojektes "Griffigkeitsprognose an offenporigen Asphalten (OPA)" ist die Weiterentwicklung und Optimierung der Messverfahren und die Entwicklung einer Vorgehensweise zur Griffigkeitsprognose für OPA. Hierzu wurde das Projekt aufgeteilt in den Projektteil 1 "Bestandsaufnahme an vorhandenen Strecken" und den Projektteil 2 "Neue Baumaßnahmen". Im ersten Projektteil wurden die Grundlagen für die Griffigkeitsprognose erarbeitet und Erfahrungen mit dem Seitenkraftmessverfahren (SKM) auf offenporigen Asphalten gewonnen. Hierzu wurden Streckenabschnitte von Bundesfernstraßen zur Untersuchung ausgewählt, die bereits mehrere Jahre unter Verkehr lagen. Ziel des zweiten Projektteils ist die Verifizierung und Weiterentwicklung der im ersten Teil hergeleiteten Vorgehensweise zur Griffigkeitsprognose für offenporige Asphaltdeckschichten.
Hierzu wurden Streckenabschnitte auf Bundesautobahnen ausgewählt, die zu Projektbeginn mit offenporigen Asphaltdeckschichten erneuert beziehungsweise instandgesetzt worden sind. Diese Streckenabschnitte wurden, beginnend unmittelbar vor der Verkehrsfreigabe, für einen Zeitraum von vier Jahren beobachtet. Zur Feststellung des Nullzustandes wurden unmittelbar vor oder nach der Verkehrsfreigabe Bohrkerne entnommen und Messungen mit dem Skid-Resistance-Tester (SRT) durchgeführt. An den Bohrkernen und an Bohrkernen aus Walzsegmentplatten, die im Labor anhand von Rückstellproben der Baumaßnahmen hergestellt wurden, erfolgten Griffigkeitsprognosen nach dem Polierverfahren Wehner/Schulze (PWS). Die Ergebnisse der bauvertraglichen SKM Abnahmeprüfungen ergänzten die Datenbasis. Nach zwei und vier Jahren Verkehrsbelastung erfolgten weitere SKM-Messungen, SRT-Messungen sowie Bohrkernentnahmen für PWS-Messungen (ohne Polierbeanspruchung). Anhand der so gewonnenen Datenbasis wurden die Griffigkeitsentwicklungen dokumentiert und die Ergebnisse der unterschiedlichen Messverfahren vergleichend ausgewertet.
In Voruntersuchungen zum Verfahren PWS wurden Einflüsse auf die Präzision aus der Lagerung und Montage der Probekörper in die Prüfeinrichtung untersucht. Probekörper mit deutlichem Bindemittelüberschuss und solche mit künstlichen Gesteinskörnungen zeigten dabei deutliche Veränderungen während längerer Lagerungsdauer. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass der Einfluss der Probenvorbehandlung (Sandstrahlen) auf die Ergebnisse der Prognoseprüfung ab einer Beanspruchung von circa 45.000 Überrollungen zu vernachlässigen ist.
Hinsichtlich der Prognose der Griffigkeit mit dem PWS-Verfahren wurde festgestellt, dass ein Endpolierwert nach circa 180.000 Überrollungen erreicht wird. Die Prognosekurven der verschiedenen Streckenabschnitte zeigen dabei einen sehr ähnlichen Verlauf, wenn auch auf verschiedenen Griffigkeitsniveaus. Signifikante Abhängigkeiten von der Wahl der Gesteinsart, Bindemittelart oder Mischgutart konnten dabei nicht festgestellt werden. Ebenso sind keine Unterschiede zu erkennen zwischen Bohrkernen, die in situ entnommen wurden und denen, die aus den im Labor gefertigten Walzsegmentplatten stammen. Mithilfe der PWS- und SRT-Messungen konnte der deutlich griffigkeitsmindernde Einfluss des Bindemittelüberschusses unmittelbar vor bzw. nach der Verkehrsfreigabe dokumentiert werden. Die Messungen nach zwei Jahren Verkehrsbelastung zeigen einen deutlichen Griffigkeitsanstieg. Nach vier Jahren ist eine leichte Griffigkeitsabnahme festzustellen.
Wie auch schon die Ergebnisse ähnlicher Forschungsprojekte gezeigt haben, gelingt der unmittelbare Bezug der PWS-Überrollungen zur realen Verkehrsbelastung nicht. Die Angabe eines Endpolierwertes und evtl. die qualitative Beurteilung der Prognosekurve sind daher für die Prognose entscheidend.
Zur weiteren Interpretation der gemessenen Griffigkeiten und den einflussnehmenden Wirkmechanismen wurden Texturaufnahmen mit dem T3D-Messystem (Prinzip der Streifenprojektion) und einem Digitalmikroskop gemacht. Zusätzlich wurden mit dem Digitalmikroskop noch Aufnahmen der Gesteinsoberflächen in verschiedenen Vergrößerungsstufen gemacht. Für die Herstellung eines Zusammenhanges von Griffigkeit und Textur stellten sich die aus der Textur abgeleiteten Rauheitskenngrößen nur bedingt geeignet dar. Die Parameter Flächen- und Kantenschärfe zeigen einen deutlichen Zusammenhang zu den gemessenen Griffigkeiten. Die Formulierung dieser Zusammenhänge ist Teil eines laufenden Forschungsprojektes.
Zur Beantwortung der Frage, ob die Einführung von OPA-Deckschichten auf BAB einen Einfluss auf das Unfallgeschehen hat, wurde bereits im Teil "Bestandsaufnahme" eine Auswertung der Unfallentwicklung durchgeführt. Diese Auswertung mit den Daten der Strecken aus dem vorliegenden Projektteil ergänzt. Hierzu wurde die Unfallentwicklung der OPA-Streckenabschnitte mit der Unfallentwicklung auf Kontrollstrecken, die andere Deckschichtarten aufweisen, verglichen. Sowohl auf den OPA-Strecken als auch auf den Kontrollstrecken ist eine rückläufige Unfallentwicklung eingetreten. In der Summe zeigt sich, dass die offenporigen Asphaltdeckschichten keinen negativen Einfluss auf das Unfallgeschehen haben.
Road grip predictions for porous asphalts (PA) - Part 2: New construction measures
The research project "Road grip prediction for porous asphalts (PA)" was aimed at further development and optimisation of measuring methods and the development of a method for predicting road grip on PA. The project was divided into Part 1 "Taking stock of existing routes" and Part 2 "New construction measures". The first part of the project was used to develop the basics for the road grip prediction and to gain experience with the lateral force coefficient routine investigation machine (SCRIM) on porous asphalts. Appropriate road sections of federal arterial roads that had already been exposed to traffic for several years were selected for this purpose. The second part of the project was aimed at the verification and further development of the procedure for road grip prediction on porous asphalt pavements that was introduced in the first part of the project.
Appropriate sections of federal motorways were selected and resurfaced or repaired with porous asphalt pavements at the beginning of the project. These sections were observed for a period of four years, starting shortly before the release of the sections for traffic. Drill cores were taken and measurements with the skid resistance tester (SRT) were performed immediately before or after opening the road to traffic. These drill cores and drill cores taken from rolled segment plates, which were produced in the laboratory from reserve samples taken during the construction measures, were used for road grip predictions according to the Werner/Schulze (PWS) polishing method. The results of SCRIM acceptance tests that had to be performed according to the construction contract were used to supplement the database. Additional SCRIM measurements, SRT measurements and drill core samples for PWS measurements (without polishing stress) were taken after two and four years. The resulting database was used to document, compare and evaluate the road grip development and the results of the different measuring methods.
Preliminary investigations concerning the PWS method were used to determine the influence of storage and the way the test samples are installed in the test device on the accuracy of the results. Test samples with a clear excess of binder and those with artificial aggregate showed clear changes during prolonged storage. It could also be shown that the effect of the sample preparation (sand blasting) on the results of the prediction can be neglected after stress exposure of approx. 45 000 overrolling cycles.
Road grip investigations according to the PWS method showed that the final polishing value is reached after approx. 180 000 overrolling cycles. The prediction graphs for the different sections showed very similar progressions at different road grip levels. Significant dependencies, for example on the aggregate selected, the binder or mixture type, could not be found. There were also no differences between the drill cores taken in situ and the ones obtained from rolled segment plates made in the laboratory. The PWS and SRT measurements immediately before and after opening the road to traffic clearly showed that excess of binder reduces road grip. The measurements after two years of exposure to traffic showed a clear increase in grip. After four years, the grip had slightly decreased.
No direct relationship between PWS overrolling and the actual traffic stress was found. These results confirm the results of previous, similar research projects. Specification of a final polishing value and possibly a qualitative evaluation of the prediction graph are therefore essential for the prediction.
Additional texture measures were performed with the T3D measuring system (principle of strip projection) and a digital microscope to allow better interpretation of the road grip measured and the mechanisms affecting it. Also images of the aggregate surfaces in different magnifications were made with the digital microscope. The roughness indicators derived from the texture were only of limited value for establishing a relationship between road grip and texture. The surface and edge structure parameters show a clear correlation with the road grip measured. The investigation of these correlations is part of the current research project.
An evaluation of the accident situation was already performed in the "Taking stock of existing routes" part of the project to determine whether the introduction of PA pavements on federal motorways has an effect on accidents. This evaluation was supplemented with data from routes observed in the current part of the project. The accident development on the PA sections was compared with the accident development on control sections that have different types of pavements. The PA sections as well as the control sections showed a decrease in the accident rate. It can therefore be concluded that porous asphalt pavements do not have a negative impact on the accident rate.