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Buch (Monographie) zugänglich unter
URL: http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2015/961/


Ein Beitrag zur Bestimmung von Werkstoffkennwerten an bituminösen Straßenbaustoffen

A Contribution to the determination of characteristic values of bituminous highway construction materials

Buseck, Hermann


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Bewertung , Bituminöses Mischgut , Elastizitätsmodul , Temperatur , Versuch , Viskoelastizität
Freie Schlagwörter (Englisch): Bituminous mixture , Evaluation (assessment) , Modulus of elasticity , Temperature , Test , Viscoelasticity
Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 31 Bituminöse Baustoffe
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 22 Entwurf von Verkehrsinfrastruktur
Institut: Abteilung Straßenbautechnik
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Buch (Monographie)
Schriftenreihe: Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik
Bandnummer: 288
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 1980
Publikationsdatum: 10.03.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Flexible Straßenbefestigungen werden durch den Verkehr mit nichtzeitkonstanten Kräften belastet und reagieren mit nichtzeitkonstanten Spannungen und Dehnungen. Bei linearelastischen Körpern sind Spannung und Dehnung durch ein Modul verknüpft. Für den viskoelastischen Baustoff Asphaltbeton hingegen gilt dies nicht in der herkömmlichen Form: Das "Modul" ist eine von der Temperatur und der Belastungszeit abhängige Funktion. Eine solche Modulfunktion kann zur Beschreibung des viskoelastischen Baustoffes benutzt werden und Materialkennwerte für Bemessungsrechnungen liefern. Hierfür wird häufig der temperaturabhängige absolute Modul /E/ bei einem Frequenzwert von 10 Hz verwendet. Die experimentelle Ermittlung von Modulfunktionen für bituminöse Straßenbaustoffe war das Thema der vorliegenden Arbeit. Hierzu wurden grobe Körper aus Mischgut hergestellt oder aus Ausbruchstücken oder Bohrkernen gesägt und in Belastungseinrichtungen sinusförmigen Kräften unterworfen. Die Probekörpertemperatur wurde variiert. Mehrere einfache Lastfälle wurden benutzt: Ein Biegeversuch, ein Zug-Druckversuch, zwei Schubversuche und ein Torsionsversuch. Nachteil der Belastungseinrichtungen war eine Beschränkung auf geringe Kräfte, Vorteile lagen in der großen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Problemstellungen. Durch die Messung von Kräften, Dehnungen und Bewegungen werden die Verformungswiderstände der Probekörper, die Steifigkeiten, bestimmt. Zwischen diesen Werkstückgrößen und den Werkstoffgrößen, den Moduli, schafft ein die Versuchsanordnung beschreibender "Formfaktor" die Verknüpfung. Die Berechtigung, einen solchen mit den Mitteln der Elastizitätstheorie abgeleiteten Formfaktor auch bei viskoelastischen Baustoffen und zeitveränderlichen Belastungen anwenden zu dürfen, wird nachgewiesen. Dabei muss Linearität zwischen Spannung und Dehnung vorausgesetzt werden. Die Querkontraktionszahl, die für linearelastische Stoffe die Verknüpfung der Moduli E und G beschreibt, ist ebenfalls temperatur- und frequenzabhängig. Auch für viskoelastische Stoffe lässt sich eine Verknüpfung zwischen den Modulfunktionen E und G mit Einschränkungen nachweisen. Eine Weiterverarbeitung der experimentell ermittelten Modulfunktionen wird nicht vorgenommen. Es kann hier aber auf eine theoretische Arbeit in der Bundesanstalt für Straßenwesen verwiesen werden, die die gefundenen Modulfunktionen benutzt und zu einem weitgehenden Verständnis des Verhaltens bituminöser Straßenbaustoffe führen konnte.
Kurzfassung auf Englisch: Flexible pavements are subject to traffic loads which are not constant with time and react with stresses and strains which are equally not constant with time. In the case of bodies with linear elasticity stress and strain are related by a modulus. In the case of viscoelastic asphaltic concrete material this does not apply in the conventional sense: the "modulus" is a function of temperature and time of loading. A modular function of this nature can be used to describe a viscoelastic construction material and provide characteristics on which design calculations can be based. Frequently, the absolute /E/ modulus, which is dependent on temperature, at a frequency of 10 Hz, is used in these cases. The experimental determination of modular functions applying to bituminous highway construction materials is the subject of this paper. For this purpose samples were taken either from mixed materials or cut into appropriate shape from pieces broken from the pavement or drilled cores and subjected to sinusoidal forces in the corresponding test equipment. The temperature of the samples was varied. Several simple cases of loading were used: A bending test, a reversed direct stress test, two shear tests, and a torsion test. A drawback of the test equipment was the limitation to low forces. The advantages were flexibility and the possibility to adjust to the most different tasks required. By measuring forces, strains, and movements, the samples' resistance to deformation and their stiffness were determined. By means of a "form factor" describing the test configuration, the values derived from the samples were related to the values— the moduli — derived from the construction material itself. lt was also demonstrated that a "form factor" derived by means of the theory of elasticity can justifiable be applied to viscoelastic construction materials and loads changing with time. However, this requires that there be a linear relationship between stress and strain. The transverse contraction ratio, describing the relationship between the E and G moduli, is equally dependent on temperature and frequency. With certain limitations, this relationship can also be demonstrated in the case of viscoelastic materials. The paper does not go further into this matter. However, it points to a theoretical project, worked on at the Federal Highway Research Institute (BASt), which deals with the use of the modular functions found and which might lead to a deeper understanding of the behavior of bituminous highway construction materials.