Analyse neuer Deflektionsparameter zur Beurteilung von Fallgewichtsdeflektometermessungen an Asphaltoberbauten

Abstract

Mit zunehmenden Alter der Straßeninfrastruktur gewinnt vor allem das Erhaltungsmanagement an Bedeutung. Die Erfassung und korrekte Interpretation von Zustandsindikatoren ist essentiell für eine nachhaltige und vorausschauende Planung. Ein wesentliches Werkzeug für die strukturelle Substanzbewertung von Fahrbahnen ist neben der visuellen Erfassung von Rissen der Fallgewichtsdeflektometerversuch (FWD-Versuch). Die Interpretation der FWD-Deflektionen ist jedoch aufgrund zahlreicher Einflussfaktoren nicht trivial und es existieren mehrere Ansätze und Indikatoren zur Bewertung der Tragfähigkeit. Der Verformungsflächenmodul und der Einsenkungsmodul sind zwei neu entwickelte Zustandsindikatoren zur Bewertung der Tragfähigkeit von Asphaltstraßen. Dabei wird die Kontaktspannung unter der Lastplatte einer Dehnung mit Bezug auf die Asphaltschichtdicke und der gemessenen Deflektionen des FWD-Versuches gegenübergestellt. Während der Verformungsflächenmodul die gesamte Fläche unter der Deflektionsmulde für die Ermittlung der Dehnung berücksichtigt, wird beim Einsenkungsmodul nur die jeweilige Deflektion an i-ter Stelle für die Dehnung herangezogen. Für die Untersuchung der Aussagekraft dieser Indikatoren wurden Einflussgrößen wie Materialparameter, Schichtdicken und Belastungen ausgehend von einem Standardoberbau der Lastklasse LK25, Bautype AS1 aus dem Bemessungskatalog nach RVS 03.08.63 mithilfe von Strukturmodellen variiert. Hierfür kamen sowohl die Mehrschichtentheorie (MST) nach Burmister als auch die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Anwendung. Als besonders aussagekräftig für den strukturellen Zustand der bituminösen Schichten stellte sich der Einsenkungsmodul MD1 heraus. Der Verformungsflächenmodul hingegen beschreibt das Tragverhalten des gesamten Oberbaus. Durch Verknüpfung der Resttragfähigkeit nach RVS 03.08.64 in Form des Einsenkungsmoduls MD1 mit der mechanistisch-empirischen Dimensionierung nach RVS 03.08.68 konnte ein Bewertungshintergrund für die verbleibende Anzahl der Normlastwechsel geschaffen werden. Durch Vergleich der verbleibenden Anzahl der Normlastwechsel mit der erwarteten Anzahl der Normlastwechsel kann die Restlebensdauer ermittelt werden. Die Untersuchung von 24 realen Long-Term Pavement Performance (LTPP) Messstrecken ergab keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen neuen FWD-Zustandsindikatoren und strukturellen Schadensmerkmalen (Längs-, Quer-, Ermüdungs- und Blockrisse). Bei vier der 24 Strecken konnte ein direkter Zusammenhang zwischen den manuell erfassten Schäden (v.a. Querrisse) am Streckenband und den Deflektionen im Lastzentrum hergestellt werden. Ein Zusammenhang zwischen den kumulierten Schäden aus der Datenbank und den vorgestellten Indikatoren konnte für acht der 24 Strecken hergestellt werden.

Maintenance management is becoming increasingly important as road infrastructure ages. The collection and correct interpretation of pavement condition information is essential for sustainable planning. In addition to the visual detection of cracks, the Falling Weight Deflectometer (FWD) test is a key tool for assessing the structural condition of pavements. However, interpreting the FWD deflections is not trivial due to numerous influencing factors. There are several approaches and indicators for assessing the structural bearing capacity.The area-deformation-modulus and the basin-deflection-modulus are two newly developed pavement condition indicators for assessing the load-bearing capacity of asphalt roads.The contact stress under the load plate is compared to a strain with reference to the asphalt layer thickness and the measured deflections of the FWD-Test. While the area-deformation modulus takes the entire area under the deflection basin into account to determine the strain, the basin-deflection-modulus only considers the respective deflection at the i-th position of the geophone for the strain. To investigate the significance of these new indicators, influential variables such as material parameters, layer thicknesses and loads were varied using structural models based on a standard superstructure of load class LC25, construction type AS1 from the design catalogue according to RVS 03.08.63. For this purpose, both the multi-layer-theory (MST) according to Burmister and the finite element method (FEM) were used. The basin-deflection-modulus MD1 proved to be particularly significant for the structural condition of the bituminous layers. The area deformation-modulus, on the other hand, describes the load-bearing behaviour of the entire structure. By linking the residual load-bearing capacity as stated in RVS 03.08.64 in the form of the basin-deflection-modulus MD1 with the mechanistic-empirical dimensioning method in compliance with RVS 03.08.68, an evaluation background for the remaining number of standard load cycles could be developed. By comparing the remaining number of standard load cycles with the expected number of standard load cycles, the remaining service life can be determined.The investigation of 24 real Long-Term Pavement Performance (LTPP) test sections revealed no distinct correlation between the new pavement condition indicators and structural pavement distress (longitudinal, transverse, fatigue and block cracks). For four of the 24 sections,a direct correlation between the manually recorded damage (mainly transverse cracks) from the survey distress map sheets and the deflections in the load centre could be established. A correlation between the cumulative damage from the database and the pavement condition indicators could be established for eight out of the 24 sections.