VSVI - Seminar „Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“

VSVI - Seminar Nr. 5„Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“

Dipl.-Ing. Christian GottautLehrstuhl für Verkehrswegebau

Ruhr-Universität Bochum15. Februar 2011

Untersuchungen zur Tragfähigkeit, Wasserdurchlässigkeit und Frostempfindlichkeit

von ungebundenen Schichten

VSVI - Seminar „Aktuelle Themen aus der Straßenbautechnik“

• Einführung (Schadensbilder)

• Vergleichende Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten von

Gesteinskörnungsgemischen

• Einflussfaktoren und Prüfverfahren für die Wasserdurchlässigkeit

und die Frostempfindlichkeit

• Aktuelle und zukünftige Anforderungen des Regelwerkes

Ungebundene BaustoffgemischeTragfähigkeit - Wasserdurchlässigkeit - Frostempfindlichkeit

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Schadensbilder

Kleinflächige Absackungen, mangelnde Tragfähigkeit

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Schadensbilder

Auswaschung zerriebener Pflasterbettung

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Schadensbilder

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Schadensbilder

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Schadensbilder

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Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11

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Vergleich RStO 01 und Entwurf RStO 11

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Entwurf RStO 11

Keine Anforderungen trotz hoher Tragfähigkeiten !

- Vergleich Kornfestigkeit mit der Festigkeit am gesamten Korngemisch

- Festigkeitsprüfverfahren für ein Korngemisch (Labor)- Labor- bzw. Feldverfahren zur Bestimmung der

Wasserdurchlässigkeit- Frosthebungsverhalten ungebundener Schichten

Verwendete Forschungsvorhaben

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rechnerischer Zusammenhang nach Ballmann:

SZ = 3,62*LA0,5569

Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich

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Beanspruchungsart bestehender Verfahren

Schlagzertrümmerung Los Angeles Micro-Deval

Schlagbeanspruchung Schlag/Reibbeanspruchung(ca. 20% Schlaganteil) Reibbeanspruchung

Proctorversuch

Schlagzertrümmerung

Los Angeles

Schlagzertrümmerung

Micro-Deval

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• Guter funktionaler Zusammenhang, allerdings signifikanter Streubereich, daher teilweise unterschiedliche Einstufungen möglich

• LA ist das Referenzverfahren (im Schiedsfall maßgebend)• Auf lange Sicht erlaubt die Europäische Kommision nur ein

Prüfverfahren für eine Eigenschaft

SZ18 LA20

SZ22 LA25

SZ26 LA30

SZ32 LA40

SZ35 LA50

SZNR LANR

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Kornverfeinerung nach Schreiber:

di = Siebdurchgang vor BeanspruchungDi = Siebdurchgang nach Beanspruchungk = Anzahl der Fraktionen

Verwendet u. a. in TP Gestein-StB 2008:Schlagprüfung an Gesteinskörnungen der Kornklasse 2/11 mm

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nicht gewertet:RC-B 2 mit 30 % Kalksandstein, Putze und Mauerwerksmörtel

0,06

3

0,12

5

0,25 0,5

1,0

2,0

4,0

8,0

16,0

31,5

45,0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sieb

durc

hgan

g [M

.-%]

Korngrößen [mm]

RCK 0/31 mm

Ausgangskorngrößenverteilung nach einfachen Proctor nach modifizierten Proctor nach Proctor DBS

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Übersicht über die Verfeinerungsgrade 0/45

LA10/14 zu V am 0/45 Gemisch

Korngrößenverteilung

grob mittel fein Ø

einfacher Proctor 0,41 0,45 0,12 0,33

modifizierter Proctor 0,88 0,33 0,02 0,41

ø 0,65 0,39 0,07

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0,06

3

0,12

5

0,25 0,5

1,0

2,0

4,0

8,0

16,0

31,5

45,0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sieb

durc

hgan

g [M

.-%]

Korngrößen [mm]

Korngrößenverteilungsbereiche 0/32 mm

Ausgangssiebung nache einfachen Proctor nach modifiziertem Proctor nach Proctor DBS

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Vergleich Lagerungsdichte „in situ“ / Labor

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Vergleich Kornverfeinerung „in situ“ / Labor

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Bewertung der Versuchsmaterialien über:

• Tragfähigkeit

• Frostbeständigkeit

• Wasserdurchlässigkeit

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Bestimmung des Frosthebungsverhaltensnach TP BF-StB Teil FHV (Entwurf)

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Kurzbeschreibung des Frosthebungsverfahrens (nach TP BF-StB Teil FHV)

- 1 Tag Vortemperierung, konstanten Umlufttemperatur 1,5 °C - Probenmitte erreicht eine Temperatur von 0 °C innerhalb von 4 Tagen

(Befrostungsgeschwindigkeit beträgt 0,38 K/Tag. )- Die 0 °C-Isotherme wird 3 Tage in Probenmitte gehalten - Auftauprozess bei einer Oberflächentemperatur von 10 °C für weitere 24 h

Schematische Darstellung des Frosthebungsversuchs

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-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Zeit [d]

Tem

pera

tur [

°C]

0,00

0,33

0,67

1,00

1,33

1,67

2,00

2,33

2,67

3,00

3,33

3,67

4,00

4,33

4,67

5,00

Hebung [m

m]Probentemperatur

Solltemperatur

Wasserbadtemperatur

Hebung

Kühlkopftemperatur

Ermittelbare Kennwerte- Quellung in der Temperierphase- maximale Frosthebung- verbleibende Resthebung- maßgebende Frosthebungs-geschwindigkeit

- Zeitpunkt der Eislinsenbildung- stationärer Zustand- Höhe der Eislinsenbildung

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Zusammenfassung Frosthebungsversuch

Probenbezeichnung

anfängliche Hebung

maßgebliche Hebungsgeschwindigkeit

maximale Frosthebung

verbleibende Resthebung

[mm] [mm/d] [mm} [mm]

DIA -0,052 0,317 4,000 0,711

DIS 0,541 0,082 2,383 0,053

BAS 0,386 0,202 2,050 0,387

LAV -0,007 0,006 0,373 0,067

QUA 0,577 0,604 7,326 1,509

KAL 0,087 0,090 4,209 0,619

RCB1 -0,048 0,307 8,246 2,393

RCB2 0,180 0,354 7,554 1,803

RCZ 0,018 0,201 3,051 0,776

RCK 0,046 0,3421 8,528 2,074

RCP 0,011 0,222 4,727 0,693

RPG 0,372 0,357 5,383 1,437

HMV 0,490 0,107 6,166 1,301

Nach ÖNorm B 4811:• max. 15 mm Frosthebung• max. 1 mm/d maßgebliche

Frosthebungsgeschwindigkeit

nach Floss für F1-Böden:• max. 5 mm Frosthebung

und max. 2 mm verbleibende Resthebung

• geringe Festigkeitsabnahme

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Einteilung der untersuchten Gemische in die Frostempfindlichkeitsklassen

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Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung

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Zusammenhang zwischen bleibender und maximaler Hebung

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Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Hebungsgeschwindigkeit

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Zusammenhang zwischen maximaler Hebung und Ant. < 0,063

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Vergleich der Tragfähigkeit vor und nach Befrostung

ProbenbezeichnungDiabas

Diabas mit 10 % NatursandBasaltlava

LavaschlackeQuarzsandstein

KalksteinRC‐Beton 1RC‐Beton 2

RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und SteinzeugRC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel

RC‐B 2 mit 5 % PorenbetonPraxisgemisch

Hausmüllverbrennungsasche

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rm.............Radius des Standrohres in m, (= 0,017 m)r0..............Radius der Ausströmfläche in m, (= 0,07 m)h1,h2.........hydraulische Druckhöhe in m zum Zeitpunkt

t1, t2 (h1= 0,4m, h2= 0,3 m)∆t............ Zeitintervall t2 - t1α..............Temperaturkorrektur gemäß DIN 18130-1

2

1

0

2

10 ln88,0 h

htr

rk m ⋅Δ⋅⋅

⋅=α

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Probenbezeichnung einfacher Proctor modifizierter Proctor

DIA 5,10E-06 6,30E-06

DIS 1,30E-05 8,69E-06

BAS 2,17E-05 2,46E-06

LAV 1,79E-05 1,24E-05

QUA 1,86E-05 1,30E-06

KAL 7,73E-06 3,51E-06

RCB1* 2,36E-06 2,01E-07

RCB2 2,20E-06 1,00E-06

RCZ 5,77E-05 4,10E-06

RCK 6,00E-07 < 5,00E-07

RCP 1,50E-07 3,60E-07

RPG < 5,00E-07 < 5,00E-07

HMV 1,10E-05 1,40E-06

Durchlässigkeitsbereiche:unter 10-8 sehr schwach durchlässig10-8 bis 10-6 schwach durchlässigüber 10-6 bis 10-4 durchlässigüber 10-4 bis 10-2 stark durchlässigüber 10-2 sehr stark durchlässig

ProbenbezeichnungDiabas

Diabas mit 10 % Natursand

Basaltlava

Lavaschlacke

Quarzsandstein

Kalkstein

RC‐Beton 1

RC‐Beton 2

RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug

RC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel

RC‐B 2 mit 5 % Porenbeton

Praxisgemisch

Hausmüllverbrennungsasche

Wasserdurchlässigkeit

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Vergleich Trockendichte „in situ“ / Infiltration

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Grenze des

Tropfinfiltrometers

Vergleich Durchlässigkeit im Labor / Infiltration

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7

35

40

47

60

68

85

99 100

0

5

9

16

22

35

55

90

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Korngrößen [mm]

Sieb

durc

hgan

g [M

.-%]

Kiessand 0/32 fein: kf-Wert 2,9 x 10-4 m/s

Kiessand 0/32 mittel: kf-Wert 2,7 x 10-4 m/s

Kiessand 0/32 grob: kf-Wert 8,3 x 10-4 m/s

Kiessand 0/32 mittel + 5 M.-% Feinanteil: kf-Wert 4,4 x 10-6 m/s 0,

063

0,5

1,0

5,6

8,0

11,2

16,0

22,4

31,54,0

2,0

45,0

Einfluss des Sandanteils auf die Durchlässigkeit

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Probenbezeichnung

CBR 0

Fros

theb

ung

Fros

theb

ungs

-ge

schw

indi

gkei

t

Verb

leib

ende

R

esth

ebun

g

CBR

FH

V

∆ C

BR

Was

ser-

durc

hläs

sigk

eit

Diabas

Diabas mit 10 % Natursand

Basaltlava

Lavaschlacke

Quarzsandstein

Kalkstein

RC‐Beton 1

RC‐Beton 2

RC‐B 2 mit 30 % Ziegel, Klinker und Steinzeug

RC‐B 2 mit 30 % KSS, Putze und Mauerwerksmörtel

RC‐B 2 mit 5 % Porenbeton

Praxisgemisch

Hausmüllverbrennungsasche

Zusammenfassung

Wasserdurchlässigkeit:- modifizierter Einbau am realistischen, aber oftmals kritisch!

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Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE GESTEINSKÖRNUNGEN, UNGEBUNDENE BAUWEISEN

Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau

TP Gestein-StB

Teil 8.2.1

Bestimmung des InfiltrationsbeiwertesLaborverfahren

Entwurf Ausgabe 2011

Teil 8.2.2

Bestimmung des Infiltrationsbeiwertes In situ-Verfahren

Entwurf Ausgabe 2011

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Optimierung der Materialien für ToBs im Labor

• Prüfung am Baustoffgemisch unerlässlichKornverfeinerung und/oder WasserdurchlässigkeitFrostempfindlichkeit

• Anforderungen für Performance-Prüfungen zwingend notwendig

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!