Frohmut Wellner, Sabine Leischner, Titus Spanier

• Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Untersuchungen für die Dimensionierung von Straßenbefestigungen bei realitätsnaher Berücksichtigung des nichtlinear-elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von ToB in Straßenbefestigungen in Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen (Frost-/Tauperioden, Schwankungen des Wassergehaltes in den ToB) durchgeführt. Hierzu wurden experimentelle Versuchsmethoden im Labormaßstab, insbesondere Triaxialversuche an ungebundenen Baustoffgemischen (UBG) weiterentwickelt und optimiert. Die Arbeiten im Labor wurden durch entsprechende Berechnungen mit der Finite Elemente Methode (FE-Methode) begleitet, um das Beanspruchungsniveau von ToB als Grundlage für die Versuchsdurchführung zu ermitteln. Die in den Triaxialversuchen angewendete Versuchsprozedur sicherte eine gute Erfassung des Materialverhaltens und ist geeignet, sowohl die Steifigkeiten von UBG als auch deren plastisches Verformungsverhalten zu charakterisieren. Auf Grundlage der Versuche wurden Materialparameter für das erweiterte modifizierte Universal-Modell (elastisches Verhalten) und das dehnungsbasierte plastische Modell bestimmt. Die erzeugte Materialantwort lieferte jedoch keine präzisen Informationen zum plastischen Shakedown-Limit und dem charakteristischen Grenzdehnungszustand. Zur Integration dieser Grenzkriterien in das Prüfprogramm und deren schärferer Eingrenzung ist eine Anpassung zweckmäßig. Voraussetzungen und Untersuchungskriterien für die analytische Dimensionierung der ToB wurden zusammengetragen und ein auf den untersuchten Stoffmodellen basierendes Verfahren zur Berechnung der plastischen Verformungen in ToB vorgestellt. Anhand dieser Ergebnisse wurden Arbeitsschritte und Algorithmen zur Implementierung der Ergebnisse in die Verfahrensweise nach den RStO und RDO Asphalt und Beton als Grundlage für eine programmtechnische Umsetzung erarbeitet. In Ergänzung zu den Triaxialversuchen wurden zyklische Ödometer- und CBR-Versuche durchgeführt. Ziel war es, zu untersuchen, ob mit den Ergebnissen dieser Versuche eine vereinfachte Klassifizierung von UBG möglich ist. Das elastische Verformungsverhalten der geprüften Materialen konnte auf Grundlage der zyklischen Ödometerversuche gut abgeschätzt und verglichen werden. Mit den Ergebnissen der zyklischen CBR-Versuche war keine befriedigende Charakterisierung des plastischen Verformungsverhaltens möglich. Eine Klassifizierung auf Basis zyklischer Ödometer- und CBR-Versuche scheint im gegenwärtigen Entwicklungsstadium nicht möglich, hierzu sind Triaxialversuche notwendig. Es wurden verschiedene Klassifizierungsverfahren verglichen und eine neue Darstellungsvariante entwickelt, mit der das Potenzial von UBG besser bewertet und verschiedene Materialien verglichen werden können.
• Within the framework of the research project, investigations were carried out for the design process of road pavements including a realistic consideration of the non-linear-elastic and plastic deformation behaviour of UGLs in road pavements. This behaviour significantly depends on climatic conditions (freeze/thaw periods, fluctuations of the UGL’s water content). For this purpose, experimental test methods on laboratory scale (especially triaxial tests on UGL materials) were advanced and optimised. The work in the laboratory was accompanied by respective calculations using the FE-method in order to determine the stress level of the UGL as a basis for test execution. The test procedure used in the triaxial tests is suitable to characterise both the stiffness of UGL material and its plastic deformation behaviour and therefore ensured a good determination of the overall material behaviour. Based on the experiments, material parameters were determined for the extended modified Universal Model (elastic behaviour) and the strain-based plastic model. However, the generated material response did not provide precise information about the plastic shakedown limit and the characteristic limit strain state. In order to integrate these criteria into the test program and to further narrow them down, an adaption was considered appropriate. Requirements and investigation criteria for the analytical design process of UGLs were identified and a method for calculating plastic deformations of the UGL based on the investigated material models was presented. Based on these results, work steps and algorithms for the implementation of the results in the design procedures according to the RStO, the RDO Asphalt and the RDO Beton were developed as a basis for a computational implementation. In addition to the triaxial tests, cyclic oedometer and CBR tests were performed. The aim was to investigate whether a simplified classification of UGL materials is possible with the results of these experiments. The elastic deformation behaviour of the tested materials could be well estimated and compared on the basis of the cyclic oedometer tests. However, no satisfactory characterisation of the plastic deformation behaviour was possible with the results of the cyclic CBR tests. A classification based on cyclic oedometer and CBR tests does not seem to be possible in the current stage of development, therefore triaxial tests are necessary. Various classification methods were compared and a new visualisation technique was developed to compare and better evaluate the potential of different UGL materials.