Marko Čičković, J. Stefan Bald, Moritz Middendorf

• Das Traffic Speed Deflectometer (TSD) wurde Ende des letzten Jahrhunderts in Dänemark entwickelt, mit dem Ziel, Verformungen bei hoher Geschwindigkeit zu erfassen. Dabei ist das Messsystem auf einem Lkw verbaut (inkl. aller zugehöriger Instrumentierung). So ist die Erfassung der Tragfähigkeit bei einer Geschwindigkeit von ca. 80 km/h möglich. Der Messbalken muss biege- und verwindungssteif und möglichst gleichmäßig temperiert sein, um gleiche Rahmenbedingungen bei der Korrektur der einzelnen Doppler-Laser-Daten zu gewährleisten. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es, geeignete Ansätze zur Aus- und Bewertung von Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zu finden, diese zu beschreiben und zu evaluieren. In einem ersten Schritt wird mithilfe einer ausgedehnten, internationalen Literaturstudie der aktuelle Kenntnisstand bzgl. Tragfähigkeitsmessungen mit dem TSD zusammengetragen. Dabei wird zunächst das Messprinzip möglichst detailliert beleuchtet. Ein weiterer Fokus liegt zudem auf bisherigen Erfahrungen mit dem TSD. Angefangen mit Untersuchungen zu Wiederholgenauigkeit und Vergleichbarkeit bis hin zu ersten Anwendungsfällen. Dies wird als Überleitung zur Einführung möglicher Tragfähigkeitskennwerte, die mit TSD-Messungen erfasst oder berechnet werden können, verwendet. Hierbei werden insgesamt 26 Tragfähigkeitskennwerte identifiziert, die in der internationalen Fachliteratur als Kennwerte der strukturellen Substanz von Verkehrsflächenbefestigungen verwendet werden. Die weitergehende Analyse der Auswerte- und Berechnungsverfahren stützte sich zuerst auf eine Analyse des Einflusses von Rahmenbedingungen und Korrekturverfahren auf die quantitative Ausprägung von Tragfähigkeitskennwerten. Dabei kann festgestellt werden, dass die Messgeschwindigkeit im üblichen Geschwindigkeitsfenster kaum Einfluss hat (v > 20 km/h). Die Radlast hat einen Einfluss, jedoch kann dieser, sofern sich die Radlast im üblichen Wertebereich befindet, über einen linearen Korrekturansatz abgefangen werden. Die Temperatur hat einen maßgeblichen Einfluss, die vorgestellten Korrekturansätze können auch z.T. den Einfluss abfedern, jedoch gilt es diese für den TSD-Messungsablauf zu verfeinern. Gleichzeitig werden auch die Verformungsmuldenberechnungsverfahren analysiert. Dabei werden das Area-under-the-Curve-Verfahren (AUTC) und das Verfahren nach PEDERSEN (2013) verglichen. Mittels der Parameterstudie in 3D-Move können Slope- und Verformungswerte berechnet werden. Die Slope-Werte wurden dann verwendet, um anhand der beiden genannten Verfahren Verformungswerte zu berechnen und diese mit den „realen” Daten aus 3D-Move zu vergleichen. Ergebnis ist, dass das AUTC-Verfahren aufgrund des Tailtaming-Ansatzes bei steifen Verkehrsflächenbefestigungen Abweichungen aufweist, während der Ansatz nach PEDERSEN (2013) durchgehend sehr gute Übereinstimmungen zeigt. In 3D-Move wurde eine Vielzahl an Simulationen durchgeführt, bei denen verschiedenste Parameter variiert wurden. Hierzu werden auch alle zugehörigen Tragfähigkeitskennwerte berechnet, sodass eine Sensitivitätsanalyse entsteht, die Aussagen über den jeweiligen Tragfähigkeitskennwert zulässt. So wird deutlich, dass die Parameter der SCI-Familie, also Oberflächenkrümmungsindizes, sehr zuverlässige Kennwerte sind zur Beschreibung der Steifigkeiten der jeweils betrachteten Schicht. Gleiches gilt aber auch für die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode. Zudem wird anhand einer Vielzahl an realen Messdaten untersucht, wie gut die Wiederholgenauigkeit der einzelnen Tragfähigkeitskennwerte ist – ebenfalls werden die Temperatur- und Konstruktionsabhängigkeit und die Korrelation zu ZEB-Daten (auf Ebene der Zustandsgrößen) untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Kennwerte der SCI-Familie sehr zuverlässig sind, während die Kennwerte der Steifigkeitsrückrechnungsmethode höheren Streuungen ausgesetzt sind. Dies liegt aber an der Berechnungsart: Der zugehörigen Regressionsfunktion liegen beim TSD-Versuchsaufbau nur zwei bis drei Doppler-Laser zugrunde, sodass diese nicht prozesssicher parametrisiert werden kann. Die Werte der SCI-Familie hingegen als einfache Subtraktion zweier Verformungswerte können sicherer bestimmt werden. Die Korrelationsanalyse zeigt, dass keinerlei Korrelation o.ä. zwischen Zustandsgrößen und Tragfähigkeitskennwerten vorliegt – der Schluss von Zustandsgrößen der ZEB auf die Tragfähigkeit der untersuchten Verkehrsflächenbefestigung scheint daher unzulässig. Abschließend lässt sich feststellen, dass mit dem TSD und den aufgeführten Tragfähigkeitskennwerten die Tragfähigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen zuverlässig und schnell erfasst und bewertet werden kann. Es ist aber Augenmerk auf die vorherrschenden Temperaturverhältnisse zu legen, da kleinste Inhomogenitäten zu falschen Ergebnissen führen können.
• The Traffic Speed Deflectometer (TSD) was developed in Denmark at the end of the last century with the aim of detecting deformations at high speed. The measuring system is installed on a truck (incl. all related instrumentation). This allows the load capacity to be recorded at a speed of up to approx. 80 km/h. The measuring beam must be rigid and torsionally stiff and as evenly tempered as possible in order to ensure equal conditions for the correction of the individual Doppler laser data. The aim of the present research project is to find suitable approaches for the assessment and evaluation of bearing capacity measurements with the TSD, to describe and evaluate them. In a first step, the state of the art regarding bearing capacity measurements with the TSD will be established with the help of an extensive, international literature study. First of all, the measuring principle will be examined in as much detail as possible. A further area of research is the empirical data available of TSD deployment. Starting with investigations on repeatability and comparability up to first application cases. This will be used as a transition to the introduction of possible bearing capacity characteristics which can be recorded or calculated with TSD measurements. A total of 26 bearing capacity parameters are identified, which are used in the international technical literature as characteristic values of the structural substance of pavements. The further analysis of the evaluation and calculation methods was initially based on an analysis of the influence of general conditions and correction methods on the quantitative characteristics of the bearing capacity parameters. It can be stated that the measuring speed has hardly any influence within the usual speed window (v > 20 km/h). The wheel load does have an influence, but if the wheel load is within the usual range of values, this can be compensated for by a linear correction approach. The temperature has a decisive influence, the correction approaches presented can also limit the influence to some extent, but these must be refined for the TSD measurement procedure. At the same time, the deformation bowl calculation methods are also analysed. The area-under-the-curve method (AUTC) and the PEDERSEN method (2013) are compared. Slope and deformation values can be calculated using the parameter study in 3D-Move. The slope values were then used to calculate deformation values using the two methods mentioned above and to compare them with the "real" data from 3D-Move. The result is that the AUTC method shows deviations due to the tailtaming approach for stiff traffic surface pavements, whereas the approach according to PEDERSEN (2013) shows very good agreement throughout. In 3D-Move, a large number of simulations were carried out in which a wide variety of parameters were varied. For this purpose, all corresponding bearing capacity parameters are also calculated, resulting in a sensitivity analysis that allows statements about the respective bearing capacity parameter. This makes it clear that the parameters of the SCI family, i.e. surface curvature indices, are very reliable parameters for describing the stiffness of the layer under consideration. The same applies to the characteristic values of the stiffness backcalculation method (SBM). In addition, a large number of real measured data are used to investigate how good the repeatability of the individual load-bearing capacity parameters is - the temperature and construction dependency and the correlation to ZEB data (at the level of state variables) are also investigated. The results show that the characteristics of the SCI family are very reliable, while the characteristic values of the SBM are subject to higher scatter. However, this is due to the calculation method: The associated regression function is based on only two to three Doppler lasers in the TVD test setup, so that it cannot be parameterized in a process-safe manner. The values of the SCI family, on the other hand, can be determined more reliably as a simple subtraction of two deformation values. The correlation analysis shows that there is no correlation whatsoever between ZEB parameters and load-bearing capacity parameters - the conclusion of state variables of the ZEB on the load-bearing capacity of the examined traffic surface pavement seems to be inadmissible. In conclusion, it can be stated that with the TSD and the listed bearing capacity parameters, the bearing capacity of traffic area pavements can be reliably and quickly recorded and evaluated. However, attention must be paid to the prevailing temperature conditions, as the smallest inhomogeneities can lead to incorrect results.