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Potenzial innovativer Messsysteme für den Erdbau - Literaturstudie

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[Quelle: http://bast.opus.hbz-nrw.de]

Die Qualität und Gleichmäßigkeit der ungebundenen Schichten beeinflusst die Dauerhaftigkeit des gesamten Oberbaus einer Straße deutlich. Eine mangelnde Tragfähigkeit dieser Schichten und die daraus entstehenden Verformungen aufgrund von zyklischer Beanspruchung führen allmählich zu Schäden an der Straßenoberfläche. Die Tragfähigkeit ungebundener Schichten wird bisher ausschließlich punktuell durch statische oder dynamische Plattendruckversuche ermittelt und kann somit nicht als maßgebend für die gesamte untersuchte Schicht angenommen werden. Ziel des Forschungsprojektes war es, Ideen für ein innovatives Messsystem zur möglichst flächendeckenden und zerstörungsfreien Erfassung der Gebrauchseigenschaften ungebundener Schichten im Straßenbau zu erarbeiten, um damit eine nachhaltige Steigerung der Nutzungsdauer einer Straßenbefestigung zu erreichen. Eine interdisziplinäre Literaturreche, die Auswertung und die theoretische Übertragung auf den ungebundenen Straßenbau führten zu zwei technisch sinnvollen Messmethoden, mit denen genaue Angaben über die tatsächliche Struktur und die relevanten Materialeigenschaften für die ungebundene Schicht erlangt und somit die ganzheitliche Qualität der ungebundenen Schicht beschrieben werden können. Beide Prüfmethoden, harmonische Deflektometrie und Reflexionsmessung, sind vergleichsweise einfach durchzuführende dynamische Messverfahren, bei denen die Messungen an sich jedoch stationär aber zerstörungsfrei stattfinden. Durch wiederholte Messungen in definierten Abständen können die Gebrauchseigenschaften ansatzweise flächendeckend abgeleitet werden. Um eine annährend flächendeckende Aussage zu bekommen, ließen sich beide Messmethoden theoretisch mit Georadarmessungen verknüpfen. Nach bisherigen Erfahrungen können moderne Georadarsysteme zur Überprüfung der Schichtdicken und bedingt zur Überprüfung der Gleichmäßigkeit der Eigenschaften der zu prüfenden Schicht (Dichte) angewendet werden.

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Erhaltung und Instandsetzung von Straßen verursachen jährlich Kosten in Milliardenhöhe, sodass es ein erstrebenswertes Ziel ist, die Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Straßenschäden besser zu verstehen. Darüber hinaus vermindern longitudinale Unebenheiten von Straßen als eine wichtige Schädigungsart den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit. Die Entwicklung dieser Unebenheit ist in besonderem Maße durch die Wechselwirkung mit dynamischen Lasten von Fahrzeugen geprägt: eine zunehmende Unebenheit ruft höhere dynamische Lasten hervor, welche wiederum die Straße in verstärktem Maße schädigen. Das Ziel der Arbeit ist es, dieses Wechselspiel zwischen Straßenunebenheiten und Fahrzeugen im Laufe einer großen Anzahl von Überfahrten zu untersuchen. Das Interesse gilt dabei dem Schwerlastverkehr, dem eine überproportionale Schädigung der Straßen zugeschrieben wird. Um systematisch den Einfluss einzelner Fahrzeug- und Straßenparameter auf die Entwicklung bereits vorhandener Unebenheiten in der Straßenoberfläche zu analysieren, wird ein geeignet abstrahiertes Fahrzeugmodell zur Abbildung der Vertikaldynamik von Lastkraftwagen formuliert sowie ein phänomenologisches Gesetz zur Berechnung der bleibenden Verformung infolge der Lasteinwirkung in Abhängigkeit der Anzahl der Fahrzeugüberfahrten verwendet. Die Veränderung der Spurrinnentiefe und der Unebenheitsamplituden sowie die Verschiebung der Bodenwellen durch die Radaufstandskräfte wird mittels eines inkrementellen Vorgehens auf Basis eines einseitig gekoppelten Ansatzes berechnet: für jede Überfahrt werden die dynamischen Kontaktkräfte und die resultierende bleibende Verformung ermittelt. Auf diese Weise ist es möglich, die Entwicklung der Unebenheitsamplitude einzelner Spektralanteile der Straßenoberfläche zu prognostizieren, ohne aufwändige Zeitintegrationen durchführen zu müssen. Dabei zeigt sich, dass ein in der Anzahl der Belastungen lineares Schädigungsgesetz im Normalfall qualitativ gleichwertige Aussagen wie ein in der Belastungsanzahl nichtlineares Gesetz li

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Um eine sinnvolle Verfahrensauswahl beim Verkehrswegebau auf gering tragfähigem Untergrund zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Vielfalt der Verfahren sowie deren Anwendungsbereiche zu kennen. Ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es daher, die derzeit existierenden und ausgeführten Verfahren zur Baugrundverbesserung zu erfassen und in eine Gesamtübersicht zu integrieren. Dazu werden zunächst alle relevanten Baugrundverbesserungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Haupteigenschaften zugeordnet. Im Anschluss daran erfolgt die genauere Betrachtung der benannten Verfahren hinsichtlich der Anwendungsbereiche, Verfahrensbeschreibung, Vor- und Nachteile sowie deren Anwendungskriterien. Ausgehend von der Betrachtung der verschiedenen Verfahren wird für den Neubau der Südumgehung von Mühlhausen im Rahmen einer Vorbemessung die vergleichende Betrachtung verschiedener Baugrundverbesserungsvarianten durchgeführt. Ausgehend von dieser Vorbemessung werden die wirtschaftlich und gebrauchstauglich sinnvollsten Verfahren für eine intensivere Betrachtung ausgewählt. Auf Grundlage der gewählten Verfahren werden erdstatische Berechnungen zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durchgeführt. Des Weiteren wird anhand numerischer Berechungen das Setzungsverhalten in Abhängigkeit von den verfahrensspezifischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Im Anschluss daran erfolgte unter anderem eine Bewertung der verschiedenen Verfahren hinsichtlich der Standsicherheit, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Ausführungszeit. Dazu werden verschiedene Kriterien benannt und für diese Verfahren vergleichend gegenüber gestellt.

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Forschungsberichte

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Wolfgang Breit, Eva-Maria Ladner, Anja Tusch
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Zeitschriftenartikel

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