VSVI - Seminar „Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“
VSVI - Seminar Nr. 5„Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“
Dipl.-Ing. Christian GottautLehrstuhl für Verkehrswegebau
Ruhr-Universität Bochum15. Februar 2011
Untersuchungen zur Tragfähigkeit, Wasserdurchlässigkeit und Frostempfindlichkeit
von ungebundenen Schichten
VSVI - Seminar „Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“
• Einführung (Schadensbilder)
• Vergleichende Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten von
Gesteinskörnungsgemischen
• Einflussfaktoren und Prüfverfahren für die Wasserdurchlässigkeit
und die Frostempfindlichkeit
• Aktuelle und zukünftige Anforderungen des Regelwerkes
Ungebundene BaustoffgemischeTragfähigkeit - Wasserdurchlässigkeit - Frostempfindlichkeit
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Schadensbilder
Kleinflächige Absackungen, mangelnde Tragfähigkeit
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Schadensbilder
Auswaschung zerriebener Pflasterbettung
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Schadensbilder
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Schadensbilder
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Schadensbilder
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Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11
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Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11
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Entwurf RStO 11
Keine Anforderungen trotz hoher Tragfähigkeiten !
- Vergleich Kornfestigkeit mit der Festigkeit am gesamten Korngemisch
- Festigkeitsprüfverfahren für ein Korngemisch (Labor)- Labor- bzw. Feldverfahren zur Bestimmung der
Wasserdurchlässigkeit- Frosthebungsverhalten ungebundener Schichten
Verwendete Forschungsvorhaben
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rechnerischer Zusammenhang nach Ballmann:
SZ = 3,62*LA0,5569
Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich
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Beanspruchungsart bestehender Verfahren
Schlagzertrümmerung Los Angeles Micro-Deval
Schlagbeanspruchung Schlag/Reibbeanspruchung(ca. 20% Schlaganteil) Reibbeanspruchung
Proctorversuch
Schlagzertrümmerung
Los Angeles
Schlagzertrümmerung
Micro-Deval
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• Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich, daher teilweise unterschiedliche Einstufungen möglich
• LA ist das Referenzverfahren (im Schiedsfall maßgebend)• Auf lange Sicht erlaubt die Europäische Kommision nur ein
Prüfverfahren für eine Eigenschaft
SZ18 LA20
SZ22 LA25
SZ26 LA30
SZ32 LA40
SZ35 LA50
SZNR LANR
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Kornverfeinerung nach Schreiber:
di = Siebdurchgang vor BeanspruchungDi = Siebdurchgang nach Beanspruchungk = Anzahl der Fraktionen
Verwendet u. a. in TP Gestein-StB 2008:Schlagprüfung an Gesteinskörnungen der Kornklasse 2/11 mm
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nicht gewertet:RC-B 2 mit 30 % Kalksandstein, Putze und Mauerwerksmörtel
0,06
3
0,12
5
0,25 0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
16,0
31,5
45,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sieb
durc
hgan
g [M
.-%]
Korngrößen [mm]
RCK 0/31 mm
Ausgangskorngrößenverteilung nach einfachen Proctor nach modifizierten Proctor nach Proctor DBS
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Übersicht über die Verfeinerungsgrade 0/45
LA10/14 zu V am 0/45 Gemisch
Korngrößenverteilung
grob mittel fein Ø
einfacher Proctor 0,41 0,45 0,12 0,33
modifizierter Proctor 0,88 0,33 0,02 0,41
ø 0,65 0,39 0,07
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0,06
3
0,12
5
0,25 0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
16,0
31,5
45,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sieb
durc
hgan
g [M
.-%]
Korngrößen [mm]
Korngrößenverteilungsbereiche 0/32 mm
Ausgangssiebung nache einfachen Proctor nach modifiziertem Proctor nach Proctor DBS
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Vergleich Lagerungsdichte „in situ“ / Labor
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Vergleich Kornverfeinerung „in situ“ / Labor
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Bewertung der Versuchsmaterialien über:
• Tragfähigkeit
• Frostbeständigkeit
• Wasserdurchlässigkeit
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Bestimmung des Frosthebungsverhaltensnach TP BF-StB Teil FHV (Entwurf)
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Kurzbeschreibung des Frosthebungsverfahrens (nach TP BF-StB Teil FHV)
- 1 Tag Vortemperierung, konstanten Umlufttemperatur 1,5 °C - Probenmitte erreicht eine Temperatur von 0 °C innerhalb von 4 Tagen
(Befrostungsgeschwindigkeit beträgt 0,38 K/Tag. )- Die 0 °C-Isotherme wird 3 Tage in Probenmitte gehalten - Auftauprozess bei einer Oberflächentemperatur von 10 °C für weitere 24 h
Schematische Darstellung des Frosthebungsversuchs
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-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Zeit [d]
Tem
pera
tur [
°C]
0,00
0,33
0,67
1,00
1,33
1,67
2,00
2,33
2,67
3,00
3,33
3,67
4,00
4,33
4,67
5,00
Hebung [m
m]Probentemperatur
Solltemperatur
Wasserbadtemperatur
Hebung
Kühlkopftemperatur
Ermittelbare Kennwerte- Quellung in der Temperierphase- maximale Frosthebung- verbleibende Resthebung- maßgebende Frosthebungs-geschwindigkeit
- Zeitpunkt der Eislinsenbildung- stationärer Zustand- Höhe der Eislinsenbildung
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Zusammenfassung Frosthebungsversuch
Probenbezeichnung
anfängliche Hebung
maßgebliche Hebungsgeschwindigkeit
maximale Frosthebung
verbleibende Resthebung
[mm] [mm/d] [mm} [mm]
DIA -0,052 0,317 4,000 0,711
DIS 0,541 0,082 2,383 0,053
BAS 0,386 0,202 2,050 0,387
LAV -0,007 0,006 0,373 0,067
QUA 0,577 0,604 7,326 1,509
KAL 0,087 0,090 4,209 0,619
RCB1 -0,048 0,307 8,246 2,393
RCB2 0,180 0,354 7,554 1,803
RCZ 0,018 0,201 3,051 0,776
RCK 0,046 0,3421 8,528 2,074
RCP 0,011 0,222 4,727 0,693
RPG 0,372 0,357 5,383 1,437
HMV 0,490 0,107 6,166 1,301
Nach ÖNorm B 4811:• max. 15 mm Frosthebung• max. 1 mm/d maßgebliche
Frosthebungsgeschwindigkeit
nach Floss für F1-Böden:• max. 5 mm Frosthebung
und max. 2 mm verbleibende Resthebung
• geringe Festigkeitsabnahme
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Einteilung der untersuchten Gemische in die Frostempfindlichkeitsklassen
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Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung
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Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung
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Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Hebungsgeschwindigkeit
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Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Ant. < 0,063
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Vergleich der Tragfähigkeit vor und nach Befrostung
ProbenbezeichnungDiabas
Diabas mit 10 % NatursandBasaltlava
LavaschlackeQuarzsandstein
KalksteinRC‐Beton 1RC‐Beton 2
RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und SteinzeugRC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel
RC‐B 2 mit 5 % PorenbetonPraxisgemisch
Hausmüllverbrennungsasche
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rm.............Radius des Standrohres in m, (= 0,017 m)r0..............Radius der Ausströmfläche in m, (= 0,07 m)h1,h2.........hydraulische Druckhöhe in m zum Zeitpunkt
t1, t2 (h1= 0,4m, h2= 0,3 m)∆t............ Zeitintervall t2 - t1α..............Temperaturkorrektur gemäß DIN 18130-1
2
1
0
2
10 ln88,0 h
htr
rk m ⋅Δ⋅⋅
⋅=α
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Probenbezeichnung einfacher Proctor modifizierter Proctor
DIA 5,10E-06 6,30E-06
DIS 1,30E-05 8,69E-06
BAS 2,17E-05 2,46E-06
LAV 1,79E-05 1,24E-05
QUA 1,86E-05 1,30E-06
KAL 7,73E-06 3,51E-06
RCB1* 2,36E-06 2,01E-07
RCB2 2,20E-06 1,00E-06
RCZ 5,77E-05 4,10E-06
RCK 6,00E-07 < 5,00E-07
RCP 1,50E-07 3,60E-07
RPG < 5,00E-07 < 5,00E-07
HMV 1,10E-05 1,40E-06
Durchlässigkeitsbereiche:unter 10-8 sehr schwach durchlässig10-8 bis 10-6 schwach durchlässigüber 10-6 bis 10-4 durchlässigüber 10-4 bis 10-2 stark durchlässigüber 10-2 sehr stark durchlässig
ProbenbezeichnungDiabas
Diabas mit 10 % Natursand
Basaltlava
Lavaschlacke
Quarzsandstein
Kalkstein
RC‐Beton 1
RC‐Beton 2
RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug
RC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel
RC‐B 2 mit 5 % Porenbeton
Praxisgemisch
Hausmüllverbrennungsasche
Wasserdurchlässigkeit
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Vergleich Trockendichte „in situ“ / Infiltration
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Grenze des
Tropfinfiltrometers
Vergleich Durchlässigkeit im Labor / Infiltration
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7
35
40
47
60
68
85
99 100
0
5
9
16
22
35
55
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Korngrößen [mm]
Sieb
durc
hgan
g [M
.-%]
Kiessand 0/32 fein: kf-Wert 2,9 x 10-4 m/s
Kiessand 0/32 mittel: kf-Wert 2,7 x 10-4 m/s
Kiessand 0/32 grob: kf-Wert 8,3 x 10-4 m/s
Kiessand 0/32 mittel + 5 M.-% Feinanteil: kf-Wert 4,4 x 10-6 m/s 0,
063
0,5
1,0
5,6
8,0
11,2
16,0
22,4
31,54,0
2,0
45,0
Einfluss des Sandanteils auf die Durchlässigkeit
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Probenbezeichnung
CBR 0
Fros
theb
ung
Fros
theb
ungs
-ge
schw
indi
gkei
t
Verb
leib
ende
R
esth
ebun
g
CBR
FH
V
∆ C
BR
Was
ser-
durc
hläs
sigk
eit
Diabas
Diabas mit 10 % Natursand
Basaltlava
Lavaschlacke
Quarzsandstein
Kalkstein
RC‐Beton 1
RC‐Beton 2
RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug
RC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel
RC‐B 2 mit 5 % Porenbeton
Praxisgemisch
Hausmüllverbrennungsasche
Zusammenfassung
Wasserdurchlässigkeit:- modifizierter Einbau am realistischen, aber oftmals kritisch!
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Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE GESTEINSKÖRNUNGEN, UNGEBUNDENE BAUWEISEN
Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau
TP Gestein-StB
Teil 8.2.1
Bestimmung des InfiltrationsbeiwertesLaborverfahren
Entwurf Ausgabe 2011
Teil 8.2.2
Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes In situ-Verfahren
Entwurf Ausgabe 2011
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Optimierung der Materialien für ToBs im Labor
• Prüfung am Baustoffgemisch unerlässlichKornverfeinerung und/oder WasserdurchlässigkeitFrostempfindlichkeit
• Anforderungen für Performance-Prüfungen zwingend notwendig
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!