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Ermüdung, plastische Verformung und Temperatur im Spaltzug-Schwellversuch und dessen Auswirkung auf Dimensionierung und Prognose der Nutzungsdauer von Asphalttragschichten

The effect of fatigue, plastic deformation and temperature on the results of indirect tensile tests, pavement design and prediction of service life time of asphalt base courses

Dr.-Ing. C. Weise, Dr.-Ing. A. Zeißler, Prof. Dr.-Ing. habil. F. Wellner, Dresden

Mit dem Spaltzug-Schwellversuch kann gemäß TP Asphalt-StB Teil 24 [1] die Ermüdungsfunktion von Asphaltgemischen im Labor ermittelt werden, um diese im Rahmen der rechnerischen Dimensionierung gemäß den RDO Asphalt 09 [4] zur Schichtdickenfestlegung bzw. Nutzungsdauerberechnung verwenden zu können. Die TP Asphalt- StB geben für die versuchstechnische Bestimmung der Ermüdungsfunktion mithilfe der Spaltzug-Schwellversuche einen Prüftemperaturbereich von -15 bis +20 °C vor. Es wird jedoch empfohlen, die Spaltzug-Schwellversuche bei einer Prüftemperatur von +20 °C durchzuführen. Grund für die Temperaturbegrenzung auf max. +20 °C ist,  dass bei allen Versuchen mit schwellender Belastung zusätzlich zur Materialermüdung auch plastische Verformungen auftreten. Diese plastischen Verformungen, die in  zunehmendem Maße in Abhängigkeit vom Belastungsniveau bei höheren Temperaturen auftreten, sollen auf ein solches Maß begrenzt werden, dass während der Ermüdungsversuche vorwiegend elastische Verformungen in Probekörpern entstehen. Anhand von Versuchsergebnissen wird in der Veröffentlichung gezeigt, inwieweit das Erreichen des Makrorisskriteriums bei Prüftemperaturen von +20 °C vorwiegend durch Ermüdung bzw. vorwiegend durch plastische Verformungen hervorgerufen wird und welche Konsequenzen sich daraus für die rechnerische Dimensionierung von Asphaltbefestigungen ableiten lassen.

The fatigue curves for asphalt mixes can be determined using the results of Cyclic Indirect Tensile Tests (CITT) according to TP Asphalt-StB Part 24 [1]. These fatigue curves are required for the mechanistic empirical design procedure of pavements according to RDO Asphalt 09 [4]. The test procedure for the determination of the fatigue curves specifies a temperature range between -15 and +20 °C. However, it is recommended that the indirect tensile tests for the asphalt mixes be carried out at a  temperature of +20 °C. The reason for the maximum temperature limitation of +20 °C is that in all tests when a swelling load is applied on the sample, plastic  deformation occurs in addition to fatigue. These plastic deformations, which increasingly occur as a function of the stress level at higher temperatures, should be limited  to such an extent that during the fatigue tests predominantly elastic deformations occur in the specimen. On the basis of the laboratory test results, the paper  demonstrates the extent to which the macro-crack criterion at test temperatures of +20 °C is achieved mainly due to fatigue instead of plastic deformation, along with  presenting outcomes which can be derived for implementation into mechanistic-empirical design procedure of asphalt pavements.

 

 

 

 

Abschätzung der Performance von Asphalt anhand von Bitumenprüfungen

Estimating Asphalt Mixture Performance with Asphalt Binder Tests

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. M. P. Wistuba, J. Schrader, M. Sc., Braunschweig

Im Labor kann das Gebrauchsverhalten von Asphalt (Performance) mit entsprechenden Performance-Prüfungen charakterisiert werden, insbesondere mit statischen und zyklischen Prüfungen an verdichteten Asphaltprobekörpern. Jedoch ist der Prüfaufwand aufgrund der Komplexität von Performance-Prüfungen und des damit verbundenen Bedarfs an aufwendigen Prüfgeräten hoch im Vergleich zu einfachen volumetrischen Prüfungen (Sieblinie, Hohlraumgehalt, usw.) und eignet sich deshalb kaum für Routineuntersuchungen. Die Vereinfachung von Performance-Prüfungen ist daher von Interesse. Dieser Beitrag berichtet von laufenden Forschungsarbeiten an der TU Braunschweig mit dem Ziel, systematische Zusammenhänge zwischen der Performance von Bitumen bzw. Mastix (Bitumen-Füller-Gemisch) und der Asphalt-Performance zu identifizieren. So soll mittelfristig ein Weg gefunden werden, die Performance-Prüfungen in Form einer vereinfachten Prüfmethodik auch in der Baupraxis zu etablieren.

The performance and durability of asphalt pavements can be estimated by using performance tests on laboratory scale. However,these tests methods are very complex and elaborate. In comparison to conventional tests (sieving curve, void content, etc.)sophisticated and expensive cyclic testing instruments are required, which prevent the implementation of performance testsin routine testing until now. This article presents ongoing research of the TU Braunschweig regarding the simplification ofperformance tests. The goal of the research is to identify systematic correlations between the performances of asphalt bindersor rather asphalt mastics (binder-filler-mixtures) and asphalt mixtures. These correlations will help to establish performancetesting in the field by developing simplified test methods.

 

 

Kennzahlen als Ausdruck einer Asset Management Strategie bei öffentlicher Transportinfrastruktur – Teil 2

Key Performance indicators as part of the asset management strategy for public roads and motorways

Dr.-Ing. A. Speer, Darmstadt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. T. Kessel; J. Kutz, M. Sc., Braunschweig

Die Einführung eines Asset Managements der Bundesautobahnen in Deutschland ist erstrebenswert, um die Herausforderungen der neuen Autobahn-Charakteristik in Betrieb und Erhaltung der Bundesautobahnen auch zukünftig mit der „Autobahn GmbH des Bundes“ zu bewältigen. Diese neuen Strukturen stellen eine effiziente und volkswirtschaftlich sinnvolle Vorgehensweise sicher. Schlüsselfaktor für die Einführung eines Asset Managements ist die Etablierung von Kennzahlen bzw. Key Performance  Indikatoren (KPI), die das Leistungsvermögen des Bundesautobahnnetzes messbar machen und ein Controlling ermöglichen. Im ersten Teil dieses Fachbeitrags in der vorherigen Ausgabe wurden hierfür bereits Kernbereiche aufgezeigt, die diese KPI abdecken sollten. Eine  mögliche Ausgestaltung dieser wird auf Basis der bereits im  ersten Teil erarbeiteten Grundlagen für zwei ausgewählte KPI aus verschiedenen Kernbereichen nachfolgend aufgezeigt. Selbstverständlich kann dieses neue Asset Management Verständnis auch auf die Landes-, Gemeinde- und Kreisstraßen übertragen werden.

The introduction of asset management for the federal motorways in Germany is desirable in order to meet the challenges of the new motorway characteristics with regard to operating and maintaining the federal motorways in the future with the "Autobahn GmbH des Bundes". These new structures ensure an efficient and economically  sensible approach. A key factor for the introduction of Asset Management is the establishment of key performance indicators (KPI), which make the performance of the  federal motorway network measurable and enable controlling. In the first part in the previous issue, core areas for these KPI were already identified. A possible design of these KPI is shown below on the basis of the foundations already developed in the first part of this article for two selected KPI from different core areas. Naturally, the new Asset Management understanding – as developed in both articles – can be transferred to lower level roads (country, county and district roads) as well.

MAK-Wert für Bitumen – Eine Herausforderung für den Asphalt!

Maximum workplace-concentration for bitumen – a challenge for the asphalt!

Dipl.-Ing. A. Täube, Bonn

Die maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK-Wert) ist die höchstzulässige Konzentration eines Arbeitsstoffes,die die Gesundheit der Beschäftigten nicht beeinträchtigt. Für Dämpfe und Aerosole aus Bitumen wurde nun einMAK-Wert von 1 mg/m³ festgelegt. Dieser Wert stellt keinen Grenzwert dar, sondern vielmehr eine Empfehlung,die jedoch in der Zukunft zu einem verbindlich einzuhaltenden Arbeitsplatzgrenzwert führen könnte. Da jedochein solcher Grenzwert auf dem Niveau des MAK-Wertes derzeit beim Einbau von Asphaltmischgut nicht einzuhaltenwäre, stellt diese Entwicklung für die Asphaltindustrie eine große Herausforderung dar, die die gemeinsamen Anstrengungen der gesamten Branche erfordert. Eine Branchenlösung zu etablieren, die sowohl den bestmöglichenSchutz von Beschäftigten und Umwelt anstrebt als auch alle bautechnischen Belange im Sinne einernachhaltigen Konstruktion mit möglichst langer Nutzungsdauer berücksichtigt, sollte angestrebt werden. Darüberhinaus scheint die Förderung von Weiterentwicklungen in den Bereichen Asphalttechnologie, Maschinentechniksowie Arbeits- und Organisationsstruktur geboten.

The maximum workplace-concentration (MAK value) is the maximum permissible concentration of a substance that does notaffect the workers’ health. For vapors and aerosols from bitumen, a MAK value of 1 mg/m³ has been established. However, thisvalue is not a limit, but rather a recommendation, but in the future this could lead to a mandatory occupational exposure limit.However, as such a threshold at the level of MAK would not be met at present for asphalt laying, this development represents amajor challenge for the asphalt industry, which requires the combined efforts of the whole industry. Establishing an industrysolution aiming at the best possible protection of employees and the environment as well as taking into account all civil engineeringconcerns in terms of sustainable construction with the longest possible service life should be strived for. In addition, thepromotion of further developments in the areas of asphalt technology, mechanical engineering as well as work and organizationalstructure seems to be required.