Study on increased fatigue behaviour of ashalt pavements concerning low vehicle speeds

Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Wistuba, Dr.-Ing. A. Walther, Braunschweig

Mit Einführung der RDO Asphalt 09 (FGSV 2009a) können Asphaltstraßen rechnerisch dimensioniert werden.
Dabei sind die Steifigkeiten der Asphaltschichten und die Ermüdungsbeständigkeit der Asphalttragschicht
maßgebliche, die rechnerische Lebensdauer bestimmende Größen. Das Steifigkeits- und Ermüdungsverhalten von
Asphalt wird im Labor mittels zyklischen Spaltzug-Schwellversuchen (gem. AL Sp-Asphalt 09) unter definierten
Temperaturen und Belastungsfrequenzen ermittelt. Mit der während der Laborprüfung im Asphaltprobekörper
ausgelösten Reaktion soll die Belastung in der Straße bestmöglich nachgebildet werden. In der hier vorgestellten
Studie wird erläutert, dass sich in der Laborprüfung variierte Belastungsfrequenzen auf das Steifigkeits- und
Ermüdungsverhalten und damit auf die rechnerisch prognostizierte Lebensdauer von Asphaltbefestigungen
erheblich auswirken. Geringe Fahrzeuggeschwindigkeiten bzw. Überrollungsgeschwindigkeiten und hohe
Temperaturen wirken sich maßgeblich auf die theoretische Lebensdauer aus. Es ist daher nach den Überlegungen
gemäß Regelwerk davon auszugehen, dass häufige Staubereiche mit langsam fahrendem Schwerverkehr
überproportional beansprucht werden und die Lebensdauer infolge frühzeitiger Materialermüdung stark
verkürzt ist.

With the introduction of the German Standard for mechanistic pavement design “RDO Asphalt 09” (FGSV
2009a) asphalt roads can be analytically designed. Here, the stiffness of the asphalt layers and the fatigue
resistance of the asphalt base course layer influence the calculated service life time. The stiffness and fatigue
behaviour of asphalt is determined in the laboratory by means of cyclic indirect tensile test (CIDT) according
to AL Sp-Asphalt 09 under defined temperatures and frequencies. In the present study, varying loading
frequencies for the determination of stiffness and fatigue behaviour were performed. The standard procedure
for fatigue testing implies cyclic sinusoidal loading till failure at the temperature of 20 °C and frequency of
10 Hz. In order to simulate low traffic velocities, lower loading frequencies are used. Low vehicle speeds and
high temperatures in the pavement structure exhibit major effects on the calculated service life time due to
disproportionate fatigue effects.
Asphaltermüdung bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten

Research findings on soil and groundwater protection: the lysimeter facility in Augsburg, Germany

Dipl.-Ing. (FH) M. Endres, Dipl.-Ing. (FH) M. Brand, A. Tiffert, Prof. Dipl.-Ing. M. Schnell, Prof. Dr.-Ing. R. Hilliges, Ausgsburg'
Dipl.-Ing. T. Marks, Dr. B. Kocher, Bergisch Gladbach

Anteile und zeitliche Verteilung von Oberflächenabfluss, Infiltration und Durchsickerung von Böschungenaus teilgesättigten Erddämmen infolge von Niederschlägen und Straßenabfluss sind bisher nur unzureichendbekannt. Für Straßenbauingenieure reicht das vorhandene Wissen über Wasser im Straßen-Erdbauwerk zurBeurteilung der Gebrauchstauglichkeit aus. Für die hydrologische Beurteilung der Durchsickerung im Hinblickauf den Boden- und Grundwasserschutz ist der heutige Wissensstand jedoch nicht ausreichend. Ziel desProjektes ist es, einen dringend benötigten Beitrag zur wirtschaftlichen und umweltverträglichen Verwertungvon Ersatzbaustoffen im Erdbau zu leisten und bisher fehlende Beurteilungsmaßstäbe für den Boden- undGrundwasserschutz für die straßenbauspezifischen Gegebenheiten zu liefern. Zur Erreichung des Forschungszielswurden in der Lysimeteranlage in Augsburg, Derchinger Straße, in acht Becken Böschungen eingebaut, diejeweils einen Ausschnitt aus einer Straßenböschung einschließlich eines Bankettstreifens darstellen. ZurSimulation von belastetem Bodenmaterial wurden dem Böschungsmaterial Schadstoffe zudotiert. Zusätzlichwurden technische Sicherungsmaßnahmen eingebaut. Ergänzend zu den hydraulischen Größen Niederschlag,Menge von Sickerwasser und Oberflächenabfluss der Lysimeter wurden auch Konzentrationen der zudotiertenSchadstoffe (Cadmium, Kupfer und Cyanid) und weitere Parameter im Sickerwasser der Lysimeter und imStraßenabfluss bestimmt. Das dargestellte Projekt wurde gemeinsam durch die Hochschule Augsburg und dieBASt von 2010 bis 2013 durchgeführt. Ein Anschlussprojekt ist derzeit in Bearbeitung.

Very little is known about the proportions and temporal distribution of surface runoff and the infiltrationand percolation of slopes from partially saturated earthen embankments as a result of precipitation and roadrunoff. For road engineers, existing knowledge about water in earthworks for roads is enough to make decisionsregarding suitability for use. When it comes to the hydrological assessment of percolation in terms of soil andgroundwater protection, however, the current level of knowledge in this area is insufficient. The objective ofthis project is to make an urgently needed contribution to the economic and environmental use of substituteconstruction materials in earthworks in order to provide assessment criteria for soil and groundwater protectionspecifically for the field of road construction. To this end, slopes were built in eight basins in the lysimeterfacility on Derchinger Straße in Augsburg. Each of these slopes represented a section of road slope includinga verge. By way of simulating contaminated soil material, pollutants were added to the material used to makethe slopes. Technical safeguards were also installed. In addition to hydraulic variables such as precipitation,amount of seepage, and surface runoff in the lysimeter, the concentration of the pollutants added (cadmium,copper, and cyanide) and other parameters were measured in the seepage in the lysimeter and the road runoff.The project was jointly carried out by the University of Applied Sciences in Augsburg and the Federal HighwayResearch Institute between 2010 and 2013. A follow-up project is currently being prepared.

Steel slag in unpaved road structures

Dr.-Ing. R. Bialucha, Duisburg

Der Einsatz von industriellen Nebenprodukten in Wegen, Plätzen oder Wällen, die nicht mit dichtenAbdeckungen (wie z. B. Beton oder Asphalt) versehen sind, wird von Umweltbehörden in zunehmendemMaße kritisch beurteilt. Im offenen Einbau sind Auslaugvorgänge, hervorgerufen durch Regen- oderOberflächenwässer, von großer Bedeutung. Sowohl vonseiten des Bodenschutzes, der eine Anreicherung vonSchadstoffen verhindern will, als auch vonseiten des Wasserschutzes, der die Aufrechterhaltung des gutenZustands von Grundwasser sicherstellen soll, ist ein Eintrag umweltrelevanter Parameter unerwünscht.Ziel von zwei AiF-Forschungsprojekten war es daher, das langfristige Verhalten von Stahlwerksschlacke imoffenen Wegebau möglichst praxisnah zu untersuchen. Dazu wurde in der Nähe von Kehl ein Versuchsweg mitElektroofenschlacke und in Krefeld ein Weg mit LD-Schlacke gebaut. Zum Vergleich wurden Versuchsabschnittemit Naturgestein (Granit bzw. Kalkstein) angelegt. Um Aussagen zum Stoffaustrag aus den Gesteinskörnungentreffen zu können, wurden direkt unterhalb der jeweiligen Tragschicht Auffanggefäße eingebaut sowie zurGewinnung von Bodenlösungen Saugkerzen in verschiedenen Tiefen jeweils in der Mitte und im Bankettbereichder Versuchswege eingesetzt. Begleitet wurden diese Praxisversuche durch umfangreiche Untersuchungenim Labor und im halbtechnischen Maßstab.

The use of industrial by-products in tracks, car parks, or embankments that do not have compacted surfaces(e. g. concrete or asphalt) is increasingly being criticised by environmental authorities. ln such areas withunpaved surfaces, leaching caused by rainwater or surface water is of considerable importance. Both in termsof soil conservation, which seeks to prevent a build-up of pollutants, and in terms of water conservation, whichseeks to maintain the high quality of groundwater, the seepage of environmentally relevant substances isunwelcome. For this reason, two research projects conducted by the AiF (German Federation of IndustrialResearch Associations) set out to investigate the long-term behaviour of steel slag in unpaved road constructionin the most practical way possible. To this end, a test track containing electric arc furnace slag was constructednear Kehl and a path containing basic oxygen furnace slag was built in Krefeld. For the purposes of comparison,test sections containing natural stone (granite or limestone) were also set up. In order to be able to makestatements about the discharge of substances from the mineral aggregate, collector basins were installeddirectly beneath the base of each section of track. Suction cups were also inserted at different depths both inthe middle of the test tracks and in the verge area in order to collect soil solutions. These practical tests werecomplemented by comprehensive lab tests and small-scale pilot tests.

Leaching behaviour of MSWI bottom ash fractions produced by a new wet processing technology

Dr. rer. nat. U. Kalbe, Dr. N. Bandow, Dr. Dipl.-Ing. O. Holm, Dr. rer. nat. F.-G. Simon, Berlin

Im Rahmen eines ZIM-geförderten Projektes wurde eine nass-mechanische Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) hinsichtlich der Mengen und der Qualitäten generierter Fraktionen optimiert. Dabei standen besonders die Qualitäten der mineralischen Fraktionen, die mengenmäßig den größten Anteil darstellen, im Vordergrund, da sie für einen möglichen Einsatz als Baustoff nutzbar gemacht werden sollen. Insbesonderedie Chlorid- und Sulfatgehalte sollten dafür reduziert werden. Durch die BAM wurde im Projektu. a. die Freisetzung von umweltrelevanten Stoffen in den mineralischen Fraktionen untersucht. Dafür wurden Schütteleluate als Übereinstimmungstest und Eluate aus Lysimeterversuchen im Labormaßstab zur Bewertungdes Langzeitverhaltens auf ihre Inhaltsstoffe analysiert.

A wet-processing technology for municipal solid waste incineration bottom ash has been optimized regarding theamount and quality of the fractions produced in the framework of a project funded by ZIM (Central InnovationProgram for SMEs of German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy). The technology focuses onthe mineral fractions, which represent the main mass fraction, in order to enable their reuse as constructionproducts. In particular, the removal of chloride and the transfer of sulfate to the finest fraction was aimedat. Within the project, BAM performed accompanying investigations regarding the leaching behaviour of thevarious processed fractions. Thereby eluates from batch leaching tests and lysimeters in laboratory scale wereanalyzed considering the long-term release of hazardous substances.