Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von AsphaltstraßenSubstanzbewertung von Asphaltstraßen

Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 24.11.2009D I C t K h d Di l I Pl Pl hk

INSTITUT FÜR STRASSEN UND EISENBAHNWESEN

Dr.-Ing. Carsten Karcher und Dipl.-Ing. Plamena Plachkova

INSTITUT FÜR STRASSEN- UND EISENBAHNWESEN

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

Gliederungg

Hintergrund / Motivation

Ausgewählte Ansätze

Ansatz des Instituts für Straßen- und Eisenbahnwesen

Beispiele und Möglichkeiten

Ausblick

Fazit

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen2 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Begriffe/Definitioneng

Substanzwert (Oberfläche) nach ZTV ZEB-StB:RiRisseFlickstellenEbenheitEbenheit(Ausbrüche)(Offene Arbeitsnähte)(Bindemittelanreicherungen)

Strukturelle Substanz:Eigenschaften oder Zustand der einzelnen Schichten und deren Zusammenwirken als gesamtederen Zusammenwirken als gesamte Fahrbahnkonstruktion mit dem Untergrund/-bau

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen3 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Hintergrund / Motivationg

Finanzielle Aspekte zum Investitionsgut Straße

Systematische Erhaltungsplanung

Abschätzung der Restnutzungsdauer

Neue Vertragsformen F kti b t ä PPP P j kt– Funktionsbauverträge, PPP-Projekte

Ü ÜÜbergabe / Übernahme von Fahrbahnkonstruktionen

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen4 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Hintergrund / Motivationg

Mit Hilfe einer zuverlässigen Untersuchungsmethodik soll ein hinreichender Aufschluss über den tatsächlichen Zustand

der strukturellen Substanz gegeben werden.

Somit soll unter Berücksichtigung von möglichst vielen relevanten Faktoren und Randbedingungen eine

h itli h B t d tganzheitliche Bewertung der gesamten Fahrbahnkonstruktion erreicht werden.

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen5 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Ausgewählte Ansätzeg

Auf der Grundlage des Schichtenaufbaus der Befestigung: Erweitern des streckenbezogenen Substanzwertes im„Erweitern des streckenbezogenen Substanzwertes im

System ZEB um die Kriterien wie Belastung, Aufbau, Alter und Tragfähigkeit“und Tragfähigkeit OEFNER et al., BMVBW 2000

Auf Grundlage von Ermüdungsversuchen:„Konzept, Bestimmung und Bewertung der Struktureigenschaften – Teil 2: Beurteilung der strukturellen Substanz anhand von Ermüdungsversuchen im Labor“im Labor“ZANDER, 2000

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen6 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Ausgewählte Ansätzeg

Auf Grundlage von Temperatur-Steifigkeits- und Ermüdungsfunktionen in Verbindung mit einemErmüdungsfunktionen in Verbindung mit einem Dimensionierungsprogramm (PaDesTo): „Vergleichende Bewertung der Restsubstanz von„Vergleichende Bewertung der Restsubstanz von Asphaltbefestigungen nach langjähriger Verkehrsnutzung“: RESSEL, WELLNER et al.; FE 04.199/2004/ARB, 2008

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen7 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Kombination verschiedener Eingangsgrößen

Streckendokumentation/ -informationenZustandserfassung und -bewertung (Oberfläche)Tragfähigkeitsuntersuchungen, zerstörungsfrei mit dem FWD b d HWDFWD bzw. dem HWDMaterialuntersuchungen an BohrkernenG d t h tö f iGeoradaruntersuchungen, zerstörungsfrei

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen8 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Kombination verschiedener Eingangsgrößen

Streckendokumentation/ -informationenZustandserfassung und -bewertung (Oberfläche)Tragfähigkeitsuntersuchungen, zerstörungsfrei mit dem FWD b d HWDFWD bzw. dem HWDMaterialuntersuchungen an BohrkernenG d t h tö f iGeoradaruntersuchungen, zerstörungsfrei

WISSEN, VERSTAND UND ERFAHRUNG VON INGENIEUREN

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen9 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Streckendokumentation/-informationen

Baujahr, LiegedauerBauabschnitteAufbau (Bauweise und Schichtdicken)VerkehrsbeanspruchungKlimaVorgeschichte (z.B. durchgeführte Erhaltungsmaßnahmen) Lage der Gradiente, EntwässerungseinrichtungenMaterialien (Qualität der Baustoffe zum Zeitpunkt der Herstellung sowie aktuell)

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen10 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Messtechnische Zustandserfassung und -bewertung (ZEB)

Unterteilung in vier Teilprojekte (TP)TP 1 Eb h iTP 1 EbenheitTP 2 GriffigkeitTP 3 Substanzmerkmale (Oberfläche)TP 3 Substanzmerkmale (Oberfläche)TP 4 Bewertung und standardisierte Auswertung

Ermittlung der Teilwerte: Gebrauchswert (TWGEB) und Substanzwert (Oberfläche) (TWSUB) mit Hilfe von G i ht f ktGewichtungsfaktorenVerknüpfung zum Gesamtwert

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen11 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Tragfähigkeitsmessungen mit dem FWD

Ermöglicht den relativen V l i h d T fähi k itVergleich der Tragfähigkeit verschiedener FlächenErfassung desErfassung desTragverhaltensdie Festlegung vondie Festlegung von Flächen gleicher Tragfähigkeitg g

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen12 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Tragfähigkeitsmessungen mit dem FWD

Gute Wiederholbarkeit der Messergebnisse9 Geofone – genaue DeflexionsmuldeUnterschiedliche Auswertemöglichkeiten; B t hi t d h dBewertungshintergrund vorhandenVariation der Größe des Kraftstoßesdes Kraftstoßes und der ImpulsdauerTiefenwirkungTiefenwirkung

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen13 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Materialuntersuchungen an Bohrkernen

Visuelle BewertungB S hi h di k S hi h b dz.B. Schichtdicke, Schichtenverbund,

Risse, Fehlstellen

MaterialuntersuchungenMaterialuntersuchungenz.B. Schichtenverbund, Zusammensetzung,

fBindemitteleigenschaften, Hohlraumgehalt, Verdichtungsgrad

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen14 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Untersuchungsmethodik des ISEg

Materialuntersuchungen an Bohrkernen

Gebrauchseigenschaften der AsphalteV f id dVerformungswiderstandSteifigkeit und ErmüdungseigenschaftenKälteflexibilitätKälteflexibilität

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen15 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Möglichkeiten und Beispiele

Begutachtung und Überprüfung von ZEB-Daten

g p

Dynamische Betrachtungsweise –U t h d E t i klUntersuchung der EntwicklungAktueller Zustand und Umfeld vor Ort

4

5

1

2

3

TWSU

B

1

TW SUB 1997TW SUB 2001

TW SUB 2005

0

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen16 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Möglichkeiten und Beispieleg p

Tragfähigkeitsmessungen –Zustandsindikatoren nach JendiaZustandsindikatoren nach Jendia

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen17 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Möglichkeiten und Beispieleg p

Tragfähigkeitsmessungen –Zustandsindikatoren nach Jendia

UI-Tz-Diagramm nach JENDIA 1,5

Tz [-

]

Tragfähigkeitinsgesamt

Tragfähigkeit desUntergrundes/Zustandsindikatoren nach Jendia

Deflexionsmuldenbereiche0,5

1,0

gfäh

igke

itsza

hl T

Tragfähigkeit dergebundenen

Schichten

insgesamtgewährleistet

Tragfähigkeitinsgesamt

gUnterbaueszu gering

DeflexionsmuldenbereicheReferenzmaßzahlen 0,0

0 20 40 60 80 100 120 140Untergrund-/Unterbauindikator UI [µm]

Trag Schichten

zu gering mangelhaft

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen18 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Möglichkeiten und Beispieleg p

Tragfähigkeitsmessungen

Klassifizierte Bewertung der Zustandsindikatoren nach JENDIAJENDIA

sehr gutbrauchbarkritischmangelhaft

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen19 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

g

Möglichkeiten und Beispieleg p

Zustand ISErissfrei

vereinzelt Häufung

D0 UI Tzxx xx xx sehr gut

RStO 01, Tafel 1, Zeile 1, Bauklasse II, Temperaturbereich 17...25 °C (Messlinie „R")FWD-Referenzmaßzahlen

vereinzelt Häufung Längsrisse L LQuerrisse Q QNetzrisse N NFlicken F F

xx xx xx sehr gutxx xx xx brauchbarxx xx xx kritischxx xx xx mangelhaft

von B.-Km bis B.-Kmr A

DS

[cm

]

r AB

S [c

m]

r ATS

[cm

]

r FSS

[cm

]

1997

2001

2005

ISE

Aufbau

age

sfre

igab

e

Hauptfahrstreifen

Dic

ke d

er

Dic

ke d

er

Dic

ke d

er

Dic

ke d

er

TW S

UB

TW S

UB

2

TW S

UB

2

Zust

and

I

Foto

s

D0

UI

Tz

22,954 23,054 D 1 1,06 5 L 72 14 5,5622,854 22,954 B 1,15 3,67 5 Brücke22,754 22,854 D 4,1 1,23 5 L 83 16 4,3122,654 22,754 3,5 1 5

Gel

ände

l

Verk

ehr s

22,554 22,654 2,57 1 2,6722,454 22,554 1 1 4,3 L 64 12 5,02622,354 22,454 1 1,04 5 L 81 16 4,2222,254 22,354 1 1,08 5 L 66 12 5,19522,154 22,254 1 1,24 5 L 72 13 3,8922,054 22,154 1,1 1,27 5 L 106 20 2,59221,954 22,054 2,16 1,32 5 L 86 17 3,86921 854 21 954 E 5 1 38 5 L 83 16 3 865

18

19904 8 40

EG

21,854 21,954 E 5 1,38 5 L 83 16 3,86521,754 21,854 3,96 1,23 5 Q 72 13 3,8721,654 21,754 5 1,34 5 Q 82 15 3,4421,554 21,654 4,23 1,33 5 L 75 14 4,22121,454 21,554 4,36 2,16 5 F 72 13 4,1221,354 21,454 2,94 2,26 5 L 82 15 3,69221,254 21,354 1,76 1,06 5 L 101 18 2,42921,154 21,254 2,04 1,05 5 L, Q 94 18 3,438

DE

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen20 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

21,054 21,154 1,61 1,06 5 L 115 20 2,08820,954 21,054 1,48 1,04 5 L 80

E

Untersuchungsmethodik des ISE - Schemag

Zusammenstellen von Streckeninformationen

Zustandserfassung und -bewertung Zerstörungsfreie Tragfähigkeitsmessungen

Auswerten des Datenmaterials

Zerstörungsfreie Tragfähigkeitsmessungen inZerstörungsfreie Tragfähigkeitsmessungen inausgewählten Bereichen zur Verdichtung desDatenmaterials im Hinblick auf erforderlichen Ergänzungen von auffälligen Bereicheng g g

Ergänzende zerstörende Untersuchungen (Bohrkernentnahmen)

Zusammenfassung aller Ergebnisse und Bewertung der Substanz

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen21 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Erweiterung Untersuchungsmethodik des ISEg g

Rückrechnung von Schichtmoduln für gebundene Schichten und den Untergrund/ bauSchichten und den Untergrund/-bauBerechnung des Ermüdungsstatus der Konstruktion mittels Dimensionierungsprogramm und Eingangsgrößenmittels Dimensionierungsprogramm und Eingangsgrößen aus dem Labor (Ermüdungsfunktion( gund Steifigkeitsmodul-Temperatur-Funktion)

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen22 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Ausblick

Zusammenführung von verschiedenen Methoden zu einem integrativen Verfahrenintegrativen Verfahren

I ti d BAStInnovationsprogramm der BASt

Zi l d ISEZiel des ISE:Abschätzen der Restnutzungsdauer des gesamten Fahrbahnkonstruktion bezogen auf das Nutzungsende undFahrbahnkonstruktion bezogen auf das Nutzungsende und damit Bewertung der strukturellen Substanz zum aktuellen Zeitpunkt.

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen23 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Fazit

Mit der Untersuchungsmethodik des ISE ist eine Erfassung g gund Bewertung der strukturellen Substanz von Fahrbahnkonstruktionen möglich.

Individuelle Lösungsansätze und das Fachwissen für hi d F t ll i d h dverschiedene Fragestellungen sind vorhanden.

f fUmfangreiche Erfahrungen aus Forschung und Praxis liegen vor.

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen24 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Vielen Dank für Ihr Interesse!

Q ll htt //l ti h d /bild / t / t h d /

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen25 24.11.2009 Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von Asphaltstraßen

Quelle: http://lustich.de/bilder/autos/strassenschaeden/

Ansätze und Möglichkeiten zur strukturellen Substanzbewertung von AsphaltstraßenSubstanzbewertung von Asphaltstraßen

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