Čičković, Marko ; Bald, J. Stefan ; Middendorf, Moritz
Hrsg.: Bundesanstalt für Straßenwesen (2023)
Analyse von Auswertungs- und Bewertungsverfahren für die Anwendung des Traffic-Speed-Deflectometers auf Asphaltbefestigungen.
Buch, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Das Traffic Speed Deflectometer (TSD) wurde Ende des letzten Jahrhunderts in Dänemark entwickelt, mit dem Ziel, Verformungen bei hoher Geschwindigkeit zu erfassen. Dabei ist das Messsystem auf einem Lkw verbaut (inkl. aller zugehöriger Instrumentierung). So ist die Erfassung der Tragfähigkeit bei einer Geschwindigkeit von ca. 80 km/h möglich. Der Messbalken muss biege- und verwindungssteif und möglichst gleichmäßig temperiert sein, um gleiche Rahmenbedingungen bei der Korrektur der einzelnen Doppler-Laser-Daten zu gewährleisten. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es, geeignete Ansätze zur Aus- und Bewertung von Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zu finden, diese zu beschreiben und zu evaluieren. In einem ersten Schritt wird mithilfe einer ausgedehnten, internationalen Literaturstudie der aktuelle Kenntnisstand bzgl. Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zusammengetragen. Dabei wird zunächst das Messprinzip möglichst detailliert beleuchtet. Ein weiterer Fokus liegt zudem auf bisherigen Erfahrungen mit dem TSD. Angefangen mit Untersuchungen zu Wiederholgenauigkeit und Vergleichbarkeit bis hin zu ersten Anwendungsfällen. Dies wird als Überleitung zur Einführung möglicher Tragfähigkeitskennwerte, die mit TSD-Messungen erfasst oder berechnet werden können, verwendet. Hierbei werden insgesamt 26 Tragfähigkeitskennwerte identifiziert, die in der internationalen Fachliteratur als Kennwerte der strukturellen Substanz von Verkehrsflächenbefestigungen verwendet werden. Die weitergehende Analyse der Auswerte- und Berechnungsverfahren stützte sich zuerst auf eine Analyse des Einflusses von Rahmenbedingungen und Korrekturverfahren auf die quantitative Ausprägung von Tragfähigkeitskennwerten. Dabei kann festgestellt werden, dass die Messgeschwindigkeit im üblichen Geschwindigkeitsfenster kaum Einfluss hat (v > 20 km/h). Die Radlast hat einen Einfluss, jedoch kann dieser, sofern sich die Radlast im üblichen Wertebereich befindet, über einen linearen Korrekturansatz abgefangen werden. Die Temperatur hat einen maßgeblichen Einfluss, die vorgestellten Korrekturansätze können auch z.T. den Einfluss abfedern, jedoch gilt es diese für den TSD-Messungsablauf zu verfeinern. Gleichzeitig werden auch die Verformungsmuldenberechnungsverfahren analysiert. Dabei werden das Area-under-the-Curve-Verfahren (AUTC) und das Verfahren nach PEDERSEN (2013) verglichen. Mittels der Parameterstudie in 3D-Move können Slope- und Verformungswerte berechnet werden. Die Slope-Werte wurden dann verwendet, um anhand der beiden genannten Verfahren Verformungswerte zu berechnen und diese mit den „realen” Daten aus 3D-Move zu vergleichen. Ergebnis ist, dass das AUTC-Verfahren aufgrund des Tailtaming-Ansatzes bei steifen Verkehrsflächenbefestigungen Abweichungen aufweist, während der Ansatz nach PEDERSEN (2013) durchgehend sehr gute Übereinstimmungen zeigt. In 3D-Move wurde eine Vielzahl an Simulationen durchgeführt, bei denen verschiedenste Parameter variiert wurden. Hierzu werden auch alle zugehörigen Tragfähigkeitskennwerte berechnet, sodass eine Sensitivitätsanalyse entsteht, die Aussagen über den jeweiligen Tragfähigkeitskennwert zulässt. So wird deutlich, dass die Parameter der SCI-Familie, also Oberflächenkrümmungsindizes, sehr zuverlässige Kennwerte sind zur Beschreibung der Steifigkeiten der jeweils betrachteten Schicht. Gleiches gilt aber auch für die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode. Zudem wird anhand einer Vielzahl an realen Messdaten untersucht, wie gut die Wiederholgenauigkeit der einzelnen Tragfähigkeitskennwerte ist – ebenfalls werden die Temperatur- und Konstruktionsabhängigkeit und die Korrelation zu ZEB-Daten (auf Ebene der Zustandsgrößen) untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Kennwerte der SCI-Familie sehr zuverlässig sind, während die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode höheren Streuungen ausgesetzt sind. Dies liegt aber an der Berechnungsart: Der zugehörigen Regressionsfunktion liegen beim TSD-Versuchsaufbau nur zwei bis drei Doppler-Laser zugrunde, sodass diese nicht prozesssicher parametrisiert werden kann. Die Werte der SCI-Familie hingegen als einfache Subtraktion zweier Verformungswerte können sicherer bestimmt werden. Die Korrelationsanalye zeigt, dass keinerlei Korrelation o.ä. zwischen Zustandsgrößen und Tragfähigkeitskennwerten vorliegt – der Schluss von Zustandsgrößen der ZEB auf die Tragfähigkeit der Untersuchten Verkehrsflächenbefestigung scheint daher unzulässig. Abschließend lässt sich feststellen, dass mit dem TSD und den aufgeführten Tragfähigkeitskennwerten die Tragfähigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen zuverlässig und schnell erfasst und bewertet werden kann. Es ist aber Augenmerk auf die vorherrschenden Temperaturverhältnisse zu legen, da kleinste Inhomogenitäten zu falschen Ergebnissen führen können.

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