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Entwicklung dauerhafter Straßenbefestigungen

Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) haben sich bereits zur Straßenbefestigung auf Strecken mit hoher Verkehrsbelastung bewährt. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurden nun Vorgaben zur Dimensionierung von Tragschichten bei geringer Dicke des Asphaltpakets entwickelt. Die Ergebnisse sollen in die Regelwerke aufgenommen werden.

Das Bild zeigt drei Schritte der Herstellung eines Probekörpers für den Triaxialversuch Herstellung eines Probekörpers für den Triaxialversuch (Bilder: GWT-TUD GmbH)

Aufgabenstellung

Um Straßenbefestigungen dauerhaft zu gestalten, werden zur Optimierung sowohl gebundene als auch ungebundene Schichten verwendet. Bei Asphalt- und Betonbefestigungen haben sich bei hoher Verkehrsbelastung Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) bewährt. Da mit abnehmender Dicke des Asphaltpaketes die Tragwirkung der ToB an Bedeutung gewinnt, erscheint eine Anwendung der „Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht“ (RDO Asphalt 09) zur Bestimmung der Beschaffenheit von Asphaltbefestigungen auf ToB auch bei niedrigen Belastungen sinnvoll. Im Auftrag der BASt untersuchte die Gesellschaft für Wissens- und Technologietransfer (GWT-TUD), Dresden, welche Vorgaben dafür erforderlich sind. Berücksichtigt werden sollte das nichtlinear-elastische und plastische Verformungsverhalten von ToB in Straßenbefestigungen in Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen.

Untersuchungsmethode

Die Untersuchungen wurden im Labormaßstab mithilfe experimenteller Versuchsmethoden durchgeführt; maßgeblich dienten Triaxialversuche an ungebundenen Baustoffgemischen (UBG) zur Weiterentwicklung. Um das Beanspruchungsniveau von ToB bei Bauweisen nach RStO (Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen) als Grundlage für die Versuchsdurchführung zu ermitteln, wurden die Arbeiten durch Berechnungen mit der Finite Elemente Methode (FE-Methode) begleitet. Die Ergebnisse wurden in eine Datenbank eingepflegt, in der auch die Parameter geeigneter Stoffmodelle hinterlegt werden können. Ergänzend wurden bei gleichen Einbaubedingungen wie bei den Triaxialversuchen zyklische Ödometer-Versuche und Tests zum Tragfähigkeitsverhältnis (CBR-Versuche) unternommen. So sollte Klarheit geschaffen werden, ob mit dieser Variante eine vereinfachte Klassifizierung von UBG möglich ist. Weiterhin sollte die Häufigkeit des Auftretens der maßgebenden Lastfälle für die ToB hinsichtlich klimatischer Bedingungen ermittelt werden. Die daraus resultierende Möglichkeit, diese im Rahmen einer analytischen Dimensionierung mit den maßgebenden Verkehrsbelastungen zu überlagern, sollte eine Verbesserung der Genauigkeit des Verfahrens zur Ermittlung der Beschaffenheit ermöglichen.

Ergebnisse

Basierend auf den durchgeführten Versuchen sowie den Erkenntnissen aus vorangegangenen Projekten konnten Kennwerte zur Bestimmung des Materialverhaltens als Eingangsgrößen für das vorgestellte Dimensionierungsverfahren abgeleitet werden. Die Testprozedur basiert auf Stoffmodellen zur Beschreibung des elastischen und des plastischen Verformungsverhaltens von UBG. Die Beschreibung des elastischen Verformungsverhaltens von UBG mit einaxialen Ödometerversuchen lieferte im Vergleich zu den Triaxialversuchen annähernd gleiche Ergebnisse. Die CBR-Versuche zur Beschreibung des plastischen Verformungsverhaltens haben sich mit den derzeitigen Versuchsrandbedingungen als nicht zielführend erwiesen.

Um die entwickelten Dimensionierungsansätze zur Abschätzung einer möglichen Nutzungsdauer im Rahmen der Zustandsbewertung verwenden zu können, müssen im Rahmen einer Zustandserfassung Bestandsdaten zu den dem Verhalten zugrundeliegenden Kenngrößen erfasst werden. Erprobte Verfahren und Methoden zur Ermittlung repräsentativer Bestandsdaten für diese Anwendung sind gegenwärtig noch nicht vorhanden. Grundsätzlich ist die entwickelte Methodik geeignet, aufgrund einer entsprechenden Datengrundlage die Nutzungsdauer von Straßenbefestigungen abzuschätzen.

Folgerungen

Anhand der Ergebnisse des Forschungsvorhabens wurden Arbeitsschritte und Algorithmen zur Implementierung der Ergebnisse in die Verfahrensweise nach den RStO und RDO Asphalt und Beton als Grundlage für eine programmtechnische Umsetzung erarbeitet. Die Forschungsergebnisse sollen in das Regelwerk der FGSV einfließen. Das Verfahren der rechnerischen Dimensionierung von Straßenbefestigungen kann zudem mit dem Modul für Schichten ohne Bindemittel erweitert werden. Durch die ermittelten Grundlagen für eine programmtechnische Umsetzung kann zukünftig ein softwaregestütztes Verfahren zur Verfügung stehen, welches das Materialverhalten von Tragschichten ohne Bindemittel realitätsnäher beschreibt.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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