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WSV 2.0 – Optimierte Herstellung von WSV-Probekörpern für Performance-Prüfungen

WSV 2.0 – Optimised Production of WSV-Samples for Performances Tests

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. R. Roos; Dr.-Ing. P. Plachkova-Dzhurova; N. Stelzenmüller, M. Sc., Karlsruhe

Im Rahmen der europäischen Asphaltspezifikationen werden vermehrt Anforderungen an performanceorientierte Asphaltkennwerte gestellt. Diese Kennwerte werden an im Labor hergestellten Probekörpern ermittelt, womit deren Qualität einen erheblichen Einfluss auf die Performance-Prüfungen hat. Die Probekörper werden aus Platten gewonnen, welche mittels Walzsektor-Verdichtungsgerät nach den TP Asphalt-StB, Teil 33 hergestellt werden. Bei dem im Regelwerk verankerten Verdichtungsregime  werden die mischgutspezifischen Verdichtungswiderstände bisher nicht berücksichtigt. Deshalb wurde durch die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. im Jahr 2015 das Forschungsprojekt FGSV-Nr. 1/2015: „Optimierte Herstellung von WSVProbekörpern für Performance-Prüfungen“ initiiert. Sein Ziel war, die  Verdichtung von Asphalt-Probeplatten und den daraus gewonnenen Probekörpern für verschiedene Asphaltmischgutsorten zu optimieren und individuell anzupassen. Dafür wurden insgesamt drei Asphaltdeckschichtmischgüter (AC 11 D S, SMA 8 S, PA 8), zwei Asphaltbinder (AC 16 B S, SMA 16 B S) und ein Asphalttragschichtmischgut (AC 32 T S) in die Untersuchungen einbezogen. Als Zielwerte für den Verdichtungserfolg wurden Verdichtungsgrade sowie Hohlraumgehalte ähnlicher Asphalte aus zahlreichen Kontrollprüfungen herangezogen, um eine möglichst realitätsnahe und praxisorientierte Verdichtung der Probekörper zu erreichen. Für jedes Mischgut wurden  konventionelle Asphalteigenschaften (Bindemittelgehalt, Korngrößenverteilung, Rohdichte, Raumdichte, Hohlraumgehalt, Verdichtungsgrad) bestimmt sowie Performance-Prüfungen an Probekörpern, die mit dem aktuellen Regime und mit dem neuen, optimierten Verdichtungsregime hergestellt wurden, durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass für fünf der sechs Asphaltsorten ein neues, mischgutspezifisches Regime erforderlich ist.

As part of the European asphalt specifications demands are increasingly being put on performance-oriented asphalt characteristic values. These characteristic values are determined from samples produced in the laboratory whereby their quality has a significant impact on the performance tests. The samples are made out of plates that are produced by segmented roller compaction according to TP Asphalt-StB, part 33. Until now, the German Standard is not considering the specific mix compaction resistances. Therefore, in 2015 the Road and Transportation Research Association (FGSV) initiated the research project FGSV-No. 1/2015 “Optimized Production of WSV-Samples for Performance Tests” („Optimierte Herstellung von WSV-Probekörpern für Performance-Prüfungen“). Its goal was to optimize the compaction of asphalt test plates and the samples made out of them for different asphalt mix types and to adapt them individually. For this purpose, three asphalt surface courses (AC 11 DS, SMA 8 S and PA 8), two asphalt binders (AC 16 B S, SMA 16 B S) and one asphalt base course (AC 32 T S) were included in the research. Compaction degrees, as well as voids content of similar asphalts from numerous check tests, were used as target values for the compaction success to achieve the most realistic and practice-oriented compaction as possible. For every mix, conventional asphalt properties (binder content, grain size distribution, bulk density, space density, voids content, degree of compaction) were determined and performance tests were conducted on samples with the current regime and with the new optimised compaction regime. The studies show that five of the six types of asphalt require a new mix-specific regime.

 

 

 

 

Prüfung der Längsebenheit mit dem Bewerteten Längsprofil WLP (Weighted Longitudinal Profile)

Assessment of the longitudinal evenness by means of the Weighted Longitudinal Profile (WLP)

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Steinauer; Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. M. Oeser; Dr.-Ing. A. Ueckermann, Aachen
Dr.-Ing. U. Stöckert; Dipl.-Ing. C. Gottaut, Bergisch Gladbach
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. T. Riedl, Berlin

In Deutschland wird die Längsebenheit bauvertragsrechtlich mit den berührend messenden Systemen 4-m-Richtlatte bzw. Planograf ermittelt. Das relevante Anregungsspektrum einer Straße für den Menschen, das Ladegut und die Fahrbahn liegt zwischen 0,2 m und 50 m. Dieser Bereich kann durch die berührenden Messsysteme nicht vollständig erfasst werden. Mit schnellfahrenden Messsystemen kann das Anregungsspektrum abgedeckt werden. Zur Bewertung werden dabei die Indikatoren des WLP hinzugezogen. Das WLP erkennt zuverlässig sowohl unregelmäßige (stochastische) Unebenheiten, Periodizitäten als auch Einzelhindernisse. Im  vorliegenden Beitrag werden das Berechnungsverfahren WLP vorgestellt, Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt, die Messtechnik beschrieben und ein Ausblick auf die Implementierung in das Technische Regelwerk gegeben.

In Germany the pavement evenness criteria prescribed in contracts are still determined by Straight Edge or Planograph – both representing contacting measurement methods based on a reference length of 4 meters. However, the wavelengths relevant to road users, cargo and pavement loading extend from about 0.2 m to 50 m, a range that cannot be assessed by the abovementioned devices. There are non-contacting devices on the market which are able to cover the whole wavelength range needed for a comprehensive assessment of the evenness. The Weighted Longitudinal Profile (WLP) is a proper method to evaluate the longitudinal evenness based on the data delivered by those measurement systems. It is capable to reliably distinguish between irregular, periodical and transient shapes of unevenness. This paper is intended to describe the method, show potential applications, describe the measurement principle and provide perspectives for the implementation into future regulations.

 

 

Einfluss von Aufgrabungen auf die Dauerhaftigkeit des Straßenoberbaus

The influence of excavation works on the durability of road structure

Prof. Dr.-Ing. H.-H. Weßelborg; M. Sc. M. Gierse, Münster

Arbeiten am Versorgungsnetz erfordern oftmals einen Eingriff in kommunale Verkehrsflächen. Die Anforderungen an den hierzu nötigen Aufbruch, das Herstellen und Verfüllen der Leitungsgräben sowie das Wiederherstellen des Oberbaus sind in den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Aufgrabungen in Verkehrsflächen (ZTV A-StB 12) beschrieben. Ein im Auftrag der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) durchgeführtes Forschungsvorhaben befasste sich mit der Fragestellung, inwieweit sich Aufgrabungen auf den baulichen Zustand von Straßen auswirken. Hierzu wurden in den Jahren 2016 bis 2018 in Münster Aufgrabungsflächen aus Asphalt auf mögliche Einflüsse auf die Dauerhaftigkeit des Straßenoberbaus untersucht. Die Auswahl dieser  Aufgrabungsflächen erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Tiefbauamt der Stadt Münster. Zur Beurteilung des Langzeitverhaltens wurde ein Untersuchungsprogramm erstellt. Dieses beinhaltet messtechnische und visuelle Zustandserfassungen und -bewertungen (ZEB), Georadarmessungen, Bohrkernuntersuchungen und Tragfähigkeitsmessungen (FWD). Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen wurden zur Beurteilung des Ist-Zustandes der Aufgrabungen eine Bewertungsmatrix entwickelt sowie Empfehlungen für die Praxis eruiert.

Work on the supply system often requires an encroachment in municipal traffic areas. The requirements for the necessary excavation, the construction and the backfilling of the utility trenches as well as the restoration of the superstructure are described in the Additional Technical Conditions of Contract and Directives for Excavation Works in Traffic Zones (ZTV A-StB 12). A research project commissioned by the Road and Transportation Research Association (FGSV) addressed the question to what extent excavation works impact the struc-tural condition of roads. From 2016 to 2018, asphalt excavation areas were examined for a possible influence on the durability of the road superstructure. The selection of these excavation areas was carried out in cooperation with the civil engineering office of Münster. A research programme was formed for the evaluation of the long-term behaviour. It includes metrological and visual pavement condition surveys and assessments (ZEB), Groundpenetrating radar (GPR) measurements, drill core analyses and falling weight deflectometer (FWD) testing. Based on the results of the investigations, an evaluation matrix was developed to assess the actual state of the excavation works and recommendations for practical use were determined.

Informationssysteme zur permanenten Einschätzung des Straßenzustands

Information systems for continuously assessing the road condition

Dipl.-Ing. S. Villaret, Hoppegarten
Dr.-Ing. M. Wieland, Bergisch Gladbach

Zunehmende Belastungen insbesondere der Bundesstraßen durch Schwerverkehr und Witterungsextrema führen dazu, dass viele Straßenabschnitte vor Ablauf der geplanten Nutzungsdauer erneuert werden müssen. Hinzu kommt die Herausforderung der Beseitigung von Investitionsstaus, d. h. die Erneuerung von Straßenabschnitten, deren substanzieller Zustand durch Überschreiten der geplanten Nutzungsdauer nicht mehr wirtschaftlich ist. Insbesondere bei extremen Witterungsbedingungen zeigen sich unter Umständen die Schwächen der verschiedenen Bauweisen. So kann es bei hohen Temperaturen und Stop-and-go-Verkehr bei Asphaltbauweisen zu erhöhter Spurrinnenbildung oder zur Schädigung der Längsnähte kommen. In der Betonbauweise können unter Umständen Hitzeschäden auftreten, wenn größere Imperfektionen – die direkt aus der Herstellung oder mangelnder/fehlerhafter Erhaltung resultieren – vorliegen. Aufgrund außergewöhnlicher klimatischer Situationen (Hitzeperioden) im Jahr 2013 kam es insbesondere im Bundesland Bayern zu einem vermehrten Auftreten von Hitzeschäden. Deshalb wurde im gleichen Jahr eine „Expertengruppe Hitzeschäden“ gegründet, die aus Vertretern des BMVI, der BASt, der Straßenbauverwaltungen und externer Experten besteht. Ziel war es, die Ursachen und Mechanismen von Hitzeschäden zu eruieren, um geeignete Maßnahmen zu deren Vermeidung ergreifen zu können. In diesem Zusammenhang wurde eine spezielle Messstation entwickelt, um die Temperatur über den Betondeckenquerschnitt, die Fugenbewegungen und weitere relevante Klimadaten ermitteln zu können. In enger Zusammenarbeit mit dem Bund und den Ländern wurden bisher 15 derartige Stationen aufgebaut. Somit besteht die Möglichkeit, in der Praxis auftretende witterungsinduzierte Spannungszustände im Kontext mit den verschiedenen Bauweisen sowie den zunehmend auftretenden Witterungsextrema zu analysieren. Die genaue Kenntnis über den Temperaturverlauf im Betonquerschnitt und zur Fugenbewegung im zeitlichen und örtlichen Kontext zu den Witterungsbedingungen ist notwendig, um das Spannungsniveau im Deckensystem ableiten und prognostizieren zu können. Zudem ist die Kenntnis über konstruktive und materialtechnische Parameter aus dem zu betrachtenden Straßenoberbau erforderlich. Um Aussagen zur zeitlichen Entwicklung des Verhaltens des Plattensystems im Lebenszyklus treffen zu können, ist die kontinuierliche Erfassung, Speicherung und Analyse relevanter Daten von Bedeutung. Für die temporäre Spannungsprognose
(z. B. über den Zeitraum einer Hitzeperiode) ist jedoch eine Analyse der Ausgangsdaten innerhalb weniger Stunden notwendig, um entsprechende Handlungsempfehlungen (z. B. Einrichtung von Tempolimits) treffen zu können. Durch die Verknüpfung mit weiteren Daten können ferner Aussagen zur Entwicklung wichtiger zeitlich veränderlicher Parameter über den Nutzungszeitraum gewonnen werden.

Increasing loads, especially on federal highways in Germany due to heavy traffic and extreme weather conditions, mean that many road sections have to be renewed before the planned useful life expires. In addition, there is the challenge of eliminating investment backlogs, i.e. renewing road sections whose substantial condition is no longer economically viable when the planned useful life is exceeded. Particularly under extreme weather conditions, the weaknesses of the various construction methods may become apparent. For example, with asphalt construction methods, high temperatures and stop-and-go traffic can result in increased rutting or damage to the longitudinal seams. With concrete construction methods, heat damage can occur under certain circumstances if there are major imperfections – which result directly from construction or from inadequate/faulty maintenance. Due to exceptional climatic situations (heat waves) in 2013, there was an increase in heat damage, particularly in the federal state of Bavaria. In the same year, a ‘heat damage expert group’ was founded, consisting of representatives of the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI), the Federal Highway Research Institute (BASt), road construction authorities and external experts. The aim was to determine the causes and mechanisms of heat damage in order to be able to take appropriate measures to prevent it. In this context, a special measuring station was developed to determine the temperature across the concrete pavement cross-section, joint movements and other relevant climate data. In close cooperation with the Federal Government and the federal states, 15 such stations have so far been set up. It is therefore possible to analyse weatherinduced stress conditions occurring in practice within the context of the various construction methods and the increasingly occurring weather extremes. Precise knowledge of the temperature curve in the concrete cross-section and the joint movement, in the temporal and local context of the weather conditions is necessary in order to derive and forecast the stress level in the pavement system. In addition, knowledge of construction and material parameters from the road superstructure to be considered is required. The continuous collection, storage and analysis of relevant data is important in order to make statements on the temporal development of the behaviour of the slab system during its life cycle. For the temporary stress forecast (e.g. over a heat wave), however, an analysis of the initial data within a few hours is necessary in order to be able to make appropriate recommendations
for action (e.g. setting speed limits). By linking the data to other data, it is also possible to obtain information on the development of important parameters that change over the period of use.

Das neue „Merkblatt über den Finanzbedarf der Straßenerhaltung in den Kommunen“ – und wie geht es weiter?

The new Leaflet on the Financial requirements of Road Maintenance in municipalities -and what is the next step?

Dr.-Ing. A. Buttgereit; Dipl.-Betriebswirt S. Gomolluch, Münster

Die öffentlichen Straßenbaulastträger sind gesetzlich verpflichtet, im Rahmen ihrer Leistungsfähigkeit dauerhaft die Sicherheit und Leichtigkeit des Verkehrs sicherzustellen. Neben dem Neu-, Um- und Ausbau von Straßen leistet die Straßenerhaltung einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Bereitstellung der öffentlichen Verkehrsflächen. Aus finanzpolitischer Sicht stellt die Verkehrsinfrastruktur zugleich ein enormes Anlagevermögen dar. Diesen Wert gilt es, nachhaltig zu erhalten. Um diese Daseinsvorsorge generationengerecht zu gewährleisten, ist eine ausreichende Finanz- und Personalausstattung erforderlich. Im „Merkblatt über den Finanzbedarf der Straßenerhaltung in den Gemeinden“ (FGSV, Ausgabe 2004) ist erstmals versucht worden, eine Antwort auf diese Frage zu geben. Im Rahmen der Fortschreibung des Merkblattes (FGSV, Ausgabe 2019) sind Lebenszyklusbetrachtungen mit dem Ziel der Funktions- und Werterhaltung der Straßen neu hinzugekommen. Durch die Veröffentlichung des überarbeiteten Merkblatts über den Finanzbedarf der Straßenerhaltung in Kommunen steht nunmehr deutschlandweit ein Regelwerk zur Verfügung, welches sowohl die technischen Aspekte eines Straßenerhaltungsmanagements als auch die kaufmännischen Aspekte darstellt. Somit ist das Merkblatt nunmehr eine solide Grundlage, um den Finanzbedarf einer Kommune zu ermitteln, die Effizienz der Straßenerhaltung verschiedener Kommunen zu vergleichen und daraus Optimierungspotenzial abzuleiten. Die Anwendung der Systematik ist im kameralen und doppischen Haushaltswesen bundesweit für alle Straßennetze möglich.

The public road construction authorities are legally obliged to ensure the safety and efficiency of traffic on a permanent basis within the scope of their performance. In addition to the construction, conversion and extension of roads, road maintenance makes a significant contribution to the sustainable provision of public transport infrastructure. From a financial policy point of view, the transport infrastructure also represents an enormous fixed asset. It is important to maintain this value in the long term. Adequate financial and personnel resources are required to ensure that these services of general interest are provided on a generational basis. In the "Merkblatt über den Finanzbedarf der Straßenerhaltung in den Gemeinden" (FGSV, 2004 edition) an attempt was made for the first time to provide an answer to this question. As part of the updating of the information sheet (FGSV, 2019 edition), life cycle analyses have been added with the aim of preserving the function and value of roads. With the publication of the revised information sheet on the financial requirements of road maintenance in local authorities, a set of rules is now available throughout Germany which represents both the technical aspects of road maintenance management and the commercial aspects. Thus, the information sheet is now a solid basis to determine the financial needs of a municipality, to compare the efficiency of road maintenance of different municipalities and to derive optimization potential from it. The application of the methodology is independent of each budget system nationwide for all road networks possible.