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
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