Nguyen, Anh Duc (2023)
Weiterentwicklung der zerstörungsfreien Bewertung struktureller Substanz von Asphaltschichten mit dem Falling Weight Deflectometer.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023373
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Aufgrund des bereits gut ausgebauten Straßennetzes und der gesellschaftspolitischen Aspekte des Umweltschutzes ist in Industrieländern wie Deutschland von einem hohen Anteil an Erhaltungs- und Sanierungsmaßnahmen an den straßenbezogenen Aufwendungen auszugehen. In diesem Zusammenhang ist die Bewertung der strukturellen Substanz von Asphaltschichten von großer Bedeutung. Infolge des hohen Aufwands zerstörender Methoden wie Bohrkern-entnahme ist es notwendig, eine schnelle und zerstörungsfreie Methode zu entwickeln, die mit geringem Aufwand Ergebnisse liefern kann.

Seit Anfang der 2000er Jahre erforscht das Institut für Straßenwesen (nun Institut für Verkehrswegebau) der Technischen Universität Darmstadt die zerstörungsfreie Bewertung der strukturellen Substanz und Tragfähigkeit von Asphaltstraßen mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD). Als Ergebnis von zehn Jahren Forschung wurde 2009 im Rahmen der Habilitation von GRÄTZ an der Technischen Universität Darmstadt ein Verfahren entwickelt. Untersuchungen in der Praxis zeigten jedoch die Notwendigkeit für eine Weiterentwicklung des GRÄTZ-Verfahrens.

Ziel dieser Arbeit ist es, das GRÄTZ-Verfahren weiterzuentwickeln, um strukturelle Substanz von Asphaltschichten durch FWD-Messungen zu bewerten und daraus die Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer der Straße zerstörungsfrei zu ermitteln.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde zunächst die Entwicklung des Verfahrens von GRÄTZ [2009] analysiert. Anschließend wurden verschiedene Punkte des Verfahrens in Frage gestellt, welche potenzielle Schwachstellen aufzeigen können. Um diese Punkte zu klären, wurde anschließend das Tragverhalten von Asphaltstraßen systematisch mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht.

Den Schwerpunkt der Ergebnisse der FEM-Untersuchungen dieser Arbeit stellt die Aufklärung des Tragverhaltens von Straßen in Abhängigkeit vom Schichtenverbund der Asphaltschichten dar, was zur Einführung einer neuen Kennzahl für die strukturelle Substanz der Straße führte ‒ die so genannten wirksame Dicke der lastverteilenden Asphaltschichten (hwirksam). Damit konnte festgestellt werden, dass die Schwachstelle des GRÄTZ-Verfahrens in der Vernachlässigung des Schichtenverbunds von Asphaltschichten liegt und daher die Rückrechnung des Steifigkeitsmoduls des Asphalts |E|Asphalt nicht zielführend ist.

Die weiteren Ergebnisse der FEM-Untersuchungen dieser Arbeit, mit denen die Überlagerung der Platten- und Halbraumtragwirkung von Asphaltschichten im Lastangriffsbereich festgestellt wurde, zeigten auch, dass die in vielen Literaturstellen dargestellte rechnerische Ermittlung der Restnutzungsdauer der Straße, z.B. in [COST 333, 1999], in Bezug auf die Rissbildung an der Unterseite der Asphaltschichten nicht ausreicht.

Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde festgelegt, dass die FWD-Messungen zur Bewertung der wirksamen Dicken von Asphaltschichten hwirksam sowie deren Schichtenverbund herangezogen werden sollen. Die Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer der Straße werden mit den bewerteten hwirksam auf der Grundlage der Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen 12 [FGSV, 2012] bewertet.

Mit dieser Festlegung hat der Verfasser die „Darmstädter Methode“ zur Interpretation der FWD-Messungen neu entwickelt. Verifizierungen in der Praxis haben die Methode bestätigt. Durch die in dieser Arbeit empfohlenen Punkte kann die „Darmstädter Methode“ im Hinblick auf Funktionsbauverträge weiterentwickelt werden.

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