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Modellstraßen

Versuchshallen für dynamische Untersuchungen. Hier können im Maßstab 1:1 das Tragverhalten unterschiedlicher Straßenkonstruktionen und Baustoffe unter Simulation der Verkehrsbelastung zeitraffend untersucht werden.

Das Bild zeigt die Asphalt-Modellstraße in der Halle für dynamische Untersuchungen der BASt Die Asphalt-Modellstraße in der Halle für dynamische Untersuchungen der BASt

Die Straße ist eine mehrschichtige Konstruktion aus verschiedenen Baustoffen. Um die Verkehrslasten in den Untergrund abzuleiten, sind die richtige Wahl des Schichtsystems, die Schichtdicken sowie die Qualität und Verarbeitung der Baustoffe maßgebend. Für Untersuchungen der gesamten Straßenkonstruktionen oder auch einzelner Materialien wurden zwei Großversuchsstände, die so genannten „Modellstraßen“, in zwei Versuchshallen der BASt eingerichtet.

Die Versuchsanlagen ermöglichen den Einbau kompletter Straßenkonstruktionen praxisnah unter Verwendung konventioneller Straßenbaumaschinen. Die hier eingebauten Fahrbahnkonstruktionen können unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt werden. Zur Simulation des Grundwasserstandes können die Betonwannen mit einem frei wählbaren Wasserstand gefüllt werden. Mit Hilfe von Infrarotstrahlern, die an den Portalen befestigt werden, kann die Oberfläche zur Simulation heißer Sommertage aufgeheizt werden. Die Simulation von Frostperioden und Frost/Tauwechseln erfolgt mithilfe von Kühlregistern, die über der Straße unter einer Isolationshaube angebracht werden.

Die zeitraffende Simulation der Verkehrsbelastung wird durch hydraulisch betriebene Druckstempel erreicht. Mit jedem Einzelimpuls wird die Straßenkonstruktion mit 5,75 Tonnen belastet. Dieser Wert entspricht der Radlast der maximal zulässigen Achslast für angetriebene Achsen von 11,5 Tonnen. Die Impulsgeberbelastung der Modellstraßen erfolgt konzentriert in den Rollspuren der Fahrstreifen der Modellstraßen gemäß einer kontrollierten Querverteilung.

In die einzelnen Schichten der Straßenkonstruktion werden je nach Ziel der Untersuchung Messinstrumente eingebaut. Üblicherweise handelt es sich dabei um Temperatur- und Dehnungsmesser in den Asphalt- und Betonschichten und Druckmessdosen in den ungebundenen Schichten.

Die bleibende Verformung der Fahrbahnoberfläche wird mit Hilfe von Laserscannern erfasst. Zur Erfassung der Tragfähigkeit und der Schichtsteifigkeiten sowie eventueller Fehlstellen im Aufbau werden zerstörungsfreie Messungen mit dem Falling Weight Deflektometer (FWD) und dem Georadar (GPR) durchgeführt.

Die beiden Modellstraßen der Bundesanstalt unterscheiden sich durch ihre Größe und Messtechnik. Prinzipiell werden unterschiedlichen Konstruktionen in Asphalt- und Betonbauweise getestet.

Das Bild zeigt den Längsschnitt durch die Modellstraße als Skizze Längsschnitt durch die Modellstraße – Beispiel unterschiedlicher Straßenaufbauten

Asphalt-Modellstraße

Die Wannentiefe von 3 m ermöglicht es, durch den gezielten Aufbau eines gleichmäßigen Untergrundes gewünschte definierte Eigenschaften des Planums zu schaffen. Die Anordnung und die Wahl der Dicken der darüber liegenden Schichten können gemäß Untersuchungsziel variiert werden.
Die zeitraffende Simulation der Verkehrsbelastung erfolgt mithilfe hydraulischer Impulsgeber. Sie fahren auf parallelen Spuren eine Belastungszone mit einer Geschwindigkeit in Längsrichtung von 2 mm/s ab.

Das Bild zeigt einen Lkw in einer Halle Lkw-Überfahrten

Die relativen Häufigkeiten der Belastungsmengen in den Spuren entsprechen der auf einer realen Verkehrsstrecke anzutreffenden Spurverteilung. Die Belastungsdauer eines Belastungszyklus beträgt 690 Stunden. Bei einer Impulsfrequenz von 145 Impulsen/Minute wird die Modellstraße während des Belastungszeitraumes mit ungefähr 6 Millionen Impulsen belastet, dies entspricht ungefähr der Einwirkung einer Million Radüberrollungen.

Vor dem Nordtor der Halle befindet sich eine Beschleunigungsstrecke, wodurch je nach Untersuchungsziel auch Überfahrten mit Fahrzeugen des Schwerverkehrs über die Modellstraße mit gleichzeitiger Messung der Beanspruchung im Straßenaufbau stattfinden können.

Technische Daten

Betonwanne

  • Länge: 38,00 m
  • Breite: 7,50 m
  • Tiefe: 3,00 m

Impulsgeber

  • Bewegungsgeschwindigkeit: 2 mm/s
  • Impulsrate: 145 Impulse/min
  • Schrittweite: 0,8 mm
  • Impulsdauer: 0,025 s
  • Dauer der Pause: 0,414 s

Beton-Modellstraße

Ebenfalls werden in der BASt Großversuche im Maßstab 1:1 an einer zweiten Modellstraße in Betonbauweise durchgeführt.

Im Betonstraßenbau ist die Fuge zwischen zwei Betonplatten die Schwachstelle im System. Maßgebende Ursache für Fahrbahnschäden ist Wasser, das durch die Fugen in die Konstruktion eindringt. Unter die Betondecke gelangtes Wasser führt zur Erosion der ungebundenen Tragschichten und damit zu Unterspülungen der Betonplatten. Die Qualität der Auflagerung der Platte wird dadurch verringert, und dies führt unter Verkehrsbelastung zu Eckabbrüchen und Rissen.

Zur Simulation einer Radüberrollung der Fuge im Betonstraßenbau ist ein besonderer Impulsgeber erforderlich.

Das Bild zeigt einen Impulsgeber (links) und Doppelimpulsgeber (rechts) Impulsgeber (links) und Doppelimpulsgeber (rechts)

Durch sich überlappende seitlich versetzte Impulse wird erst die eine, dann die andere Betonplatte belastet. Ein Doppelimpuls simuliert in diesem Fall eine Radüberrollung der Fuge.

Die Dehnungen im Beton werden mit Dehnungsmesselementen und die Spannungen in den ungebundenen Tragschichten mit Druckmessdosen aufgenommen. Anhand der gemessenen Spannungen und Dehnungen lässt sich das Tragverhalten verschiedener Baustoffe und Bauweisen vergleichen und mögliche Veränderungen über die Zeit verfolgen.

Zusätzlich können über Feuchte- und Drucksensoren im Fugenbereich Informationen zur Schadensursache sowie zu den Schadensmechanismen bei eindringendem Wasser in die Fugenkonstruktion bei unterschiedlichen Bauweisen gesammelt werden.

Technische Daten

Betonwanne

  • Länge: 15,00 m
  • Breite: 7,50 m
  • Tiefe: 2,30 m

Impulsgeber

  • Impulsdauer: 0,025 s
  • Impulsrate: ca. 120 Doppelimpulse/min
  • Pause zwischen 2 Doppelimpulsen: 0,5 s
  • Impulsgeber arbeitet stationär an der Fuge
Fachbetreuung: Dr. Dirk Jansen