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Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Asphaltbefestigungen im Halbmaßstab

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Problemstellung

Bei der Planung von Asphaltstraßen wird angestrebt, die gebundenen und ungebundenen Schichten von Straßenbefestigungen ausreichend dick zu dimensionieren, sodass sie der Verkehrsbelastung mehrere Jahrzehnte standhalten. Allerdings steigen mit zunehmender Schichtdicke der Ressourcenbedarf der Straße und somit auch die Baukosten. Dieser Konflikt verschärft sich dadurch, dass zum einen die Verkehrsbelastung auf deutschen Straßen weiter zunimmt und dauerhaftere Straßen benötigt werden, zum anderen aber die wesentlichen Rohstoffressourcen für den Baustoff Asphalt (Gesteinskörnung und Bitumen) verknappen. Neue Straßen sind daher so zu dimensionieren, dass die angestrebte Lebensdauer erreicht wird, ohne dabei mehr Ressourcen zu verwenden, als unbedingt notwendig sind.

Um eine wirtschaftliche und gleichzeitig ressourcenschonende Dimensionierung des Oberbaus zu erreichen, werden aktuell immer mehr Straßen analytisch dimensioniert. Dazu wird die RDO Asphalt 09 verwendet. Die RDO Asphalt 09 benötigt als Input Materialkennwerte, unter anderem das Ermüdungsverhalten des angesetzten Asphalts.


Zur Prüfung des Ermüdungsverhaltens einer realen Asphaltstraße werden gelegentlich sehr große und häufig auch ortgebundene Versuchsstände betrieben. Aufgrund der hohen Prüfkosten, dem hohen Prüfaufwand und bei einigen der Versuche der eingeschränkten Prognosekraft der bestehenden Prüfverfahren wird in den meisten Fällen auf absichernde Ermüdungsversuche im größeren Maßstab verzichtet.

Projektziele

  • Entwicklung eines mobilen Prüfstands im Halbmaßstab
  • Simulation des Ermüdungsverhalten von Asphaltstraßen über den Zeitraum von 10 Jahren innerhalb von 1-2 Wochen im Halbmaßstab realistisch und kostengünstig
  • Hochskalierung des Halbmaßstabs auf den Vollmaßstab mit Hilfe einer FEM-Simulation
  • Nutzung der digitalen FEM- Simulation zur Ableitung der Restnutzungsdauer der untersuchten Straße

Durchführung

  • Entwicklung eines mobilen Prüfstands im kompakten Halbmaßstab, der eine rollende Belastung kreisförmig aufbringt
  • Erstellung eines kinematischen Mehrkörpermodells des Prüfstands
  • Modifikation bestehender visko-elastischer Asphaltmodelle auf Basis der Navier-Cauchy-Gleichung
  • Kopplung des Asphaltmodells mit dem Mehrkörpermodell des Prüfstands
  • Entwicklung eines Prognoseverfahrens für die belastungsabhängige Nutzungsdauer von Asphaltstraßen
 

Forschungsträger

Bundensministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Kooperation

CFM Schiller GmbH Roetgen

Bearbeiter

Julian Kohlmeier, M. Sc. RWTH

Jahr der Fertigstellung

2023