Organogene Böden oder Böden mit organischen Beimengungen sind im straßenbautechnischen Regelwerk (TL BuB E-StB 20) als Erdbaustoff nicht vorgesehen Fallen sie allerdings als Aushubmaterial lokal innerhalb einer Baumaßnahme an und wurden die Eignung und die Einbaubedingungen gesondert untersucht und bestätigt, können nach ZTV E-StB 17 im Einvernehmen mit dem Auftraggeber Böden der Bodengruppen OU und OT in Schutzwällen oder Dämmen im Straßenunterbau eingesetzt werden Voraussetzung ist dabei stets, dass die Eignung nachgewiesen wurde In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass Böden der Bodengruppen OH und OK in den ZTV E-StB 17 nicht erwähnt sind, diese aus fachlicher Sicht aber in derselben Weise wie die Böden OU und OT behandelt werden können Gerade die geforderten Eignungsnachweise stellen die Baupraxis allerdings vor erhebliche Herausforderungen, da einerseits nur wenige bautechnische Erfahrungen mit diesen speziellen Böden vorliegen und andererseits die relevanten Regelwerke zur Untersuchung dieser Böden für bautechnische Zwecke nicht auf deren besondere Eigenschaften abgestimmt sind Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens war daher, die bestehenden Vorgaben der Regelwerke für die Anwendung auf organogene Böden zu überprüfen und Hinweise zur Durchführung von Eignungsuntersuchungen an Böden mit organischen Beimengungen bzw. organogenen Böden zu geben. Zur Überprüfung der Anwendbarkeit der für eine erdbautechnische Beurteilung erforderlichen bodenmechanischen Untersuchungen an Böden mit organischen Beimengungen wurden zum einen Versuche zur Klassifizierung (Wassergehalt, Glühverlust, Korngrößenverteilung, Plastizitätsgrenzen, Korndichte) und zum anderen Untersuchungen zur Verdichtbarkeit, zum Scherverhalten, zum Last-Verformungs-Verhalten und zur Wasserdurchlässigkeit durchgeführt Für die klassifizierenden Untersuchungen wurden sechs Versuchsböden herangezogen, wobei es sich um vier feinkörnige Böden (Bodengruppe OT nach DIN 18196:2011-05) und zwei gemischtkörnige Böden (Bodengruppe OH nach DIN 18196:2011-05) handelte. Der organische Anteil der sechs Böden (Glühverlust) betrug zwischen ca. 16 % und 30 % Die weitergehenden bodenmechanischen Untersuchungen wurden an drei Böden, einem feinkörnigen Boden und zwei gemischtkörnigen Böden, durchgeführt Anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen wurden Besonderheiten bei der Versuchsdurchführung an Böden mit organischen Beimengungen herausgearbeitet und Empfehlungen für Eignungsuntersuchungen gegeben.

In diesem Projekt „FE 04.0303/2016/ORB“ wurden Methoden für die Dimensionierung und Analyse von flexiblen Straßenbefestigungen entwickelt und implementiert. Primär wurde das Programm flexCALC erstellt, das die rechnerische Dimensionierung (gemäß RDO Asphalt) und die Substanzbewertung (gemäß RSO Asphalt) auf Basis eines Finite-Elemente-Rechenkerns in einer einheitlichen Softwareplattform zusammenführt. Des Weiteren steht in dem modular strukturierten Programm ein Rechenkern auf Basis der Mehrschichtentheorie zur Verfügung. Dieser zeichnet sich durch seine enorme Geschwindigkeit aus, unterliegt jedoch verschiedenen geometrischen und materiellen Einschränkungen. Der durch der Fourier-Reihen unterstützte Rechenkern auf Basis Finite-Elemente-Methode ermöglicht gegenüber der Mehrschichtentheorie die Berücksichtigung anderer Geometrien und Randbedingungen. Beide Methoden gelten für linear-elastische Statik. Nichtlineare Materialmodelle und dynamische Effekte werden aufgrund ihrer Komplexität in der Dimensionierungspraxis bislang nicht berücksichtigt. Detaillierte Analysen erfordern allerdings deren Berücksichtigung, da die Ergebnisse unter idealisierten Annahmen stark von der Realität abweichen können. Daher wurde ein Finite-Elemente-Rechenkern mit rein polynomialen Ansatzfunktionen implementiert. Zur Auswahl stehen verschiedene Modelle für ungebundene, granulare Materialien und ein etabliertes Modell für viskoelastische Materialien. Zur Modellierung des Schichtenverbundes wurden verschiedene Konstitutivgesetze und die dazugehörige Elementformulierung implementiert. Außerdem ist ein expliziter Löser implementiert. Damit steht ein Werkzeugkasten bereit, der die Weiterentwicklung der Dimensionierung unterstützen wird. Besonderes Augenmerk wurde auf eine ausführliche Dokumentation sowie die Möglichkeit zur einfachen Weiterentwicklung und Wartbarkeit gelegt. Durch aufwändige Verifikationen wurde die Korrektheit der implementierten Algorithmen sichergestellt.

Das Ziel des Projektes war es, zuverlässige Kenngrößen für die Praxis abzuleiten, um Volumeneigenschaften wie Raumdichte, Hohlraumgehalt und Verdichtungszustand von offenporigen Asphalten treffsicher zu bestimmen und damit das Mischgut zielgerichteter zu konzipieren und genauer beschreiben zu können. Dafür wurde ein entsprechendes Untersuchungsprogramm aufgestellt, um zum einen das bisher nach Regelwerk für offenporigen Asphalt anzuwendende Ausmessverfahren nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 zu evaluieren, sowie alternative Verfahren zur Raumdichtebestimmung weiterzuentwickeln respektive auf deren Praxistauglichkeit hin zu überprüfen. Dabei sollten vor Allem die Einflüsse aus der Oberflächenbeschaffenheit, der Prüfdicke aber auch der Art der Probekörperherstellung berücksichtigt werden. Für die Untersuchungen wurden sechs Asphaltmischgüter PA 8 aus Baumaßnahmen in den Jahren 2020 und 2021 einbezogen. Um Einflüsse aus der Oberfläche (Rauheit) und aus der Dicke der Probekörper abschätzen zu können, wurden sowohl zylindrische Probekörper aus walzsektorverdichteten Asphalt-Probeplatten, als auch Marshall-Probekörper und Bohrkernproben aus der fertigen Schicht mit unterschiedlich geschliffenen Oberflächen sowie in variierenden Dicken hergestellt und verglichen. Durch die Einbeziehung der Bohrkernproben konnte ein direkter Vergleich zu den Verhältnissen in situ erfolgen. Neben der konventionellen Bestimmung der Raumdichte mittels Verfahren D nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 wurden folgende alternative Prüfungen durchgeführt: • ASTM D6752/D6752M-18, Bestimmung der Raumdichte durch Vakuumabdichtung. • Bestimmung der Raumdichte durch 3-D Scan („HandyScan“) • TP Asphalt-StB Teil 19, Durchlässigkeit von Asphalt-Probekörpern Das Ausmessverfahren hat einige Nachteile: neben möglicher Messungenauigkeiten beim Anlegen des Messschiebers beeinflussen die Form, die Geometrie und die Beschaffenheit des Probekörpers die Raumdichte. Äußere, herstellungsbedingte Hohlräume können nicht ausgeschlossen werden und verfälschen das Ergebnis. Bei dem Verfahren nach dem US-amerikanischen Regelwerk ASTM D6752/D6752M-18 wird ein Asphaltprobekörper unter Vakuum in einem Kunststoffbeutel luftdicht verpackt und im Wasserbad gewogen. Über das sog. spezifische Raumgewicht unter Wasser kann die Raumdichte des Probekörpers bestimmt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht unter anderem darin, dass sich die Kunststofffolie um die äußeren Hohlräume legt, so dass diese hier berücksichtigt werden können. Das Verfahren mit Vakuumabdichtung ist potentiell auch weniger anfällig für Messungenauigkeiten, was sich auch in den unter Widerholbedingungen ermittelten niedrigen Spannweiten widerspiegelt. Die Raumdichten, die nach ASTM bestimmt werden, sind grundsätzlich größer als die aus dem Ausmessverfahren, da das berücksichtigte Volumen auf Grund des Ausschlusses der Oberflächenhohlräume kleiner gemessen wird als beim Ausmessen. Eine Abhängigkeit von der Probekörperhöhe und der Rauigkeit wurde im Rahmen von Regressionsanalysen für die verschiedenen Probekörperarten bestätigt. Das Verfahren nach ASTM ist dabei deutlich robuster gegenüber variierenden Abmessungen und wechselnden Probekörpertexturen. Die Prüfung der Wasserdurchlässigkeit nach den TP Asphalt-StB, Teil 19 erwies sich als sehr aufwendig im Sinne der benötigten Zeit und des eingesetzten Materials. Es ergaben sich im Rahmen von statistischen Auswertungen große Streuungen zwischen den unterschiedlichen Probekörpern und keine systematischen Zusammenhänge. Dadurch ist das Verfahren auch nicht geeignet, um indirekt den Hohlraumgehalt bei offenporigen Asphalten respektive die Raumdichte oder den Verdichtungszustand anzusprechen. Dadurch zeigt sich noch mal deutlich, dass die Hohlraumstruktur von Probekörpern verschieden sein kann und somit auch das Durchflussverhalten abweicht. Die Bestimmung der Raumdichte durch 3D-Scans an ausgewählten Probekörpern hat gezeigt, dass die Morphologie der Probekörper grundsätzlich gut erfasst werden kann, jedoch dass die Auswertung der Daten sehr zeitaufwendig und aktuell noch fehleranfällig ist. Der 3D-HandyScan kann zukünftig ein hilfreiches Verfahren sein, ist jedoch für den regelmäßigen Einsatz in der Praxis aktuell noch nicht ausgereift. Als wichtige Empfehlungen für die zukünftige Bestimmung der Raumdichte werden eine einheitliche Dicke der Probekörper von z. B. 30 mm, die Herstellung von Probekörpern aus WSV-Platten sowie die Implementierung der Raumdichtebestimmung nach ASTM ins nationale Regelwerk vorgeschlagen.

Bei Betonfahrbahnen erfolgt die Festlegung der Deckendicke entweder standardisiert gemäß den RStO oder rechnerisch mit Hilfe der RDO Beton, wobei letztere erst in jüngerer Vergangenheit vermehrt bei hochbelasteten Streckenabschnitten zur Anwendung kommen. Da die Aufwendungen bei einer Dimensionierung nach den RDO Beton im Vorfeld höher sind, sollte im Forschungsvorhaben untersucht werden, welche Ausführungsart (nach RStO oder RDO) insgesamt wirtschaftlicher und demnach auch nachhaltiger ist. Hierfür wurden Verfahren herangezogen, die zum einen die Entwicklung der strukturellen Substanz als auch die Entwicklung der verschiedenen Performance-Kenngrößen abbilden. Durch Kombination lassen sich schließlich spezielle Eingreifzeitpunkte für Erhaltungsmaßnahmen eruieren. Angewendet wurden die Verfahren auf acht Untersuchungsstrecken aus dem Netz der Bundesautobahnen. Aufbauend auf den tatsächlichen ermittelten Substanzzustandsgrößen wurde die jeweilige Entwicklung der Ausfallrate berechnet sowie anschließend die Entwicklung der Performance-Kenngrößen für jeden Streckenabschnitt bestimmt. Darauf aufbauend wurden gegebenenfalls notwendige Erhaltungsmaßnahmen ermittelt und bei Einfluss der Maßnahme auf die Substanz die Entwicklung der Ausfallrate neu bestimmt. Dadurch konnte die Nutzungsdauer einer jeden Strecke bis zum wirtschaftlichen Nutzungsausfallzeitpunkt ermittelt werden. Für den Wirtschaftlichkeitsvergleich wurden schließlich Bau- und Erhaltungskosten abgeschätzt und die notwendigen Erhaltungsmaßnahmen auf der Grundlage der Ausfallrate und der Gebrauchseigenschaften bestimmt. Für einen Vergleich sollten schließlich die Kosten pro Jahr und km für jeden Streckenabschnitt und einen Nutzungszeitraum von 30 Jahren ermittelt werden. Die Gesamtkosten der Erhaltungsmaßnahmen wurden hierfür durch den betrachteten Zeitraum von 30 Jahren geteilt. Die Kosten, die sich aus dem Bau der Fahrbahn ergeben haben, wurden jedoch auf die prognostizierte Lebensdauer bezogen, um den Restwert der Strecke zu berücksichtigen. Das Ergebnis hat gezeigt, dass die Kosten der RStO-Baulose deutlich mehr streuen und im Niveau über denen der RDO-Baulose liegen. Der Hauptgrund für die wirtschaftlichen Vorteile der RDO-Baulose liegt offensichtlich in den besseren bautechnischen Anforderungskriterien, die bereits in der Planungsphase aufgestellt wurden und in der Ausschreibung Berücksichtigung fanden.

Untersucht wurde eine mögliche alternative Fugenausbildung in unbewehrten Betonfahrbahndecken. Basis hierfür ist, die Betondecke mit einer dünnen fugenlosen carbonbewehrten Betonschicht (CRC-Schicht, CRC = Carbon Reinforced Concrete) als Oberbeton zu überziehen. Dabei werden die im Unterbeton bereits vorhandenen klassischen Fugen mit überbaut. Durch die hoch beanspruchbare Carbonbewehrung soll sich an der Betonoberfläche ein fein verteiltes Rissbild einstellen, womit das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen schädigenden Medien in den Fugenbereich verhindert wird. Somit stellt diese Methode eine Alternative zur klassischen Fugenabdichtung dar. Diese Bauweise soll sowohl im Rahmen von Instandsetzungs- als auch Neubaumaßnahmen anwendbar sein. Das Hauptaugenmerk der hier vorliegenden Untersuchungen lag dabei auf der Ausbildung der CRC-Schicht im Dehnungsfugenbereich. Zunächst wurden in Vorversuchen (Zug- / Biegezugversuche) am Carbonbeton geeignete Carbonbewehrungen und darauf abgestimmte Betone ermittelt. Der in den Hauptversuchen verwendete Beton erfüllte alle Anforderungen der TL-Beton StB 07. Zudem konnte ein zu unbewehrtem Beton vergleichbares Schwindverhalten nachgewiesen werden. In den Hauptversuchen wurde zum einen in Zugversuchen die Rissentwicklung an unterschiedlich bewehrten Probekörpern aus Carbonbeton untersucht. Zum andern wurde an großformatigen Verbundbalken (klassischer Unterbeton mit Fugen + Oberbeton aus Carbonbeton) Zug- und Biegezugversuche vorgenommen. In den Versuchen sowohl unter statischen als auch zyklischen Lasten wurde insbesondere das Verhalten über den sich im Unterbeton bewegenden Fugen untersucht. Dabei wurde beidseits der Fugen eine Verbundtrennung eingebaut, um eine hinreichend feine Rissverteilung erzielen zu können. Variiert wurden dabei unterschiedliche Kombinationen aus Bewehrungslagen, CRC-Schichtdicken und Verbundtrennungsbreiten. Orientierend wurden zusätzlich Untersuchungen zum Eindringverhalten von Wasser und Tausalzlösungen in die feingerissenen CRC-Schichten durchgeführt. Ergänzend erfolgten Versuche zum Abrasionswiderstand und der Veränderung der Griffigkeit in Verbindung mit Frost-Tausalz-Wechselbeständigkeit. Die grundsätzliche Machbarkeit bzw. Funktionsfähigkeit dieser Alternativlösung konnte dargestellt werden, für eine Übertragung in die Praxis sind weitere einschlägige Untersuchungen unentbehrlich, was allerdings von vorne herein so zu erwarten war.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung valider Schwellenwerte, welche zur Auslösung gravitativer Massenbewegungen führen können. Um den zukünftigen Einfluss des Klimawandels in Bezug zu diesen Massenbewegungen abschätzen zu können, sollten zudem auf Basis der ermittelten Schwellen sowie unter Berücksichtigung regionaler geologischer und morphologischer Gegebenheiten die potenziellen Änderungssignale für die 30-jährigen Zeiträume 2031-2060 und 2071-2100 berechnet werden. Die Grundlage der Bearbeitung bildet eine zuvor durchgeführte Studie zum aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand. Die Schwellenwertanalyse erfolgte differenziert für Fließ-, Rutsch- und Sturzprozesse durch Abgleich dokumentierter und von den Landesdiensten bereitgestellter Massenbewegungsereignisse mit den vom Deutschen Wetterdienst (DWD) bezogenen hydrometeorologischen Datensätzen (HYRAS) mit einem Gitterpunktabstand von 5 x 5 km. Zur Auswertung wurden die meteorologischen Parameter zunächst in unterschiedlichen zeitlichen Auflösungen separat betrachtet (1D) sowie anschließend ausgewählte Kombinationen auf Basis von Ereignisdaten mit exakt bekanntem Ereignisdatum analysiert (2D). Zur Berechnung potenzieller Änderungssignale stellten sich hierbei insbesondere die Kombination aus Ereignisniederschlagssumme und -dauer (Rutschprozesse), sowie die mittlere jährliche Anzahl von Frost-Tau-Wechseln über einen Zeitraum von 20 Jahren (Sturzprozesse) als geeignet heraus. Die Abschätzung der zukünftigen Entwicklung erfolgte anschließend durch den Vergleich der Schwellenwertüberschreitungen des Zeitraumes 1971-2000 mit 6 Klimamodellen des RCP8.5-Szenarios aus dem Kernensemble des Deutschen Wetterdienstes. Die Ergebnisse lassen dabei den Schluss zu, dass in beiden Zukunftsszenarien bezüglich der Rutsch- und Fließprozesse vor allem regional von einer klimawandelinduzierten Erhöhung des Änderungssignals auszugehen ist. Bezüglich der Sturzprozesse verringert sich hingegen das schwellenwertbezogene Signal deutschlandweit erheblich.

Im Jahr 2018 wurden die Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR A5.2 „Anforderungen an Arbeitsplätze und Verkehrswege auf Baustellen im Grenzbereich zum Straßenverkehr – Straßenbaustellen“ veröffentlicht, um einen verbesserten Arbeitsschutz für Beschäftigte auf Straßenbaustellen zu erreichen. Diese beinhalten Vorgaben zu Arbeits- und Sicherheitsräumen, die sich in Abhängigkeit von Arbeitsstelle, Fahrzeugrückhaltesystem und Maßnahme ergeben. Zudem wurde im Jahr 2021 mit Aktualisierung der „Richtlinien für die verkehrsrechtliche Sicherung von Arbeitsstellen an Straßen“ die Mindestbreite von Behelfsfahrstreifen in Verkehrsführungen erhöht. Bei Berücksichtigung der Mindestbreiten aus beiden Regelwerken und unter Beachtung von Arbeits-breiten notwendiger Maschinen und Geräte herkömmlicher Bauweisen und -verfahren ist ein Aufrechterhalten des Verkehrs auf der betroffenen Fahrbahn bei einigen Regelquerschnitten nicht mehr möglich, sodass zur Durchführung der Arbeiten eine Vollsperrung der Fahrbahn bzw. Richtungsfahrbahn erforderlich wird. Konfliktbetrachtungen sollten zeigen, welche Maßnahmen an Betonfahrbahnen mit möglichst unveränderter Verfügbarkeit durchgeführt werden können bzw. welche Änderungen notwendig sind, um weitreichende Verkehrseinschränkungen aufgrund der Baumaßnahme zu vermeiden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine pauschale Betrachtung nicht möglich und vielmehr der jeweilige Querschnitt als Einzelfall zu betrachten ist. Die im Projekt gemachten Annahmen führten zu dem Ergebnis, dass Einschränkungen der Verfügbarkeit oftmals nicht zu vermeiden waren. Die Betrachtung alternativer Plattengeometrien kam zu dem Ergebnis, dass diese oftmals nicht zu einer Verbesserung der Situation beitragen. Die rechnerischen Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sich alternative, insbesondere kleinere Plattengeometrien positiv auf Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Konstruktion auswirken. Die Fugenanzahl erhöht sich, die Belastungen des Fugensystems sind aber entsprechend geringer, sodass eine längere Nutzbarkeit erwartet werden kann. Der Einsatz von Schnellbeton verringert zwar die Gesamtdauer der Baumaßnahme, bringt jedoch gegenüber „Normalbeton“ keine weiteren Vorteile, da der für die anzusetzenden Arbeitsraumbreiten maßgebende Arbeitsschritt identisch ist. Durch den Einsatz von Fertigteilen, bei deren Einbau Arbeiten über den Fugen den maßgebenden Arbeitsschritt darstellen, kann ein Plattenaustausch in zwei Bauphasen teilweise noch erfolgen während bei Schnellbeton auch mit Längsteilung der Platte kein ausreichender Raum zur Verfügung steht. Fertigteile können daher dazu beitragen, Verkehrseinschränkungen zu reduzieren. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass pauschale Lösungen nicht möglich sind, da sich die Randbedingungen teilweise deutlich unterscheiden. Demnach ist es auch nur schwer möglich, Ergänzungen in den aktuellen Regelwerken vorzunehmen, ohne Parameter festzusetzen. Die nach den ASR A5.2 anzusetzenden Breiten sind nur dann anzuwenden, wenn sich auch tatsächlich Arbeiter in dem entsprechenden Bereich aufhalten. Werden Arbeiten automatisiert bzw. teilautomatisiert ausgeführt und ist kein Personal im Grenzbereich zum fließenden Verkehr notwendig, können Sicherheitsabstände und Arbeitsraumbreiten entfallen. Im Hinblick darauf sind in Zukunft Systeme zu entwickeln, die im Gefahrenbereich eingesetzt werden können. Somit würde mehr Breite der Fahrbahn für den Verkehr und den Arbeitsbereich zur Verfügung stehen. Die Verfügbarkeit von Streckenabschnitten und die Sicherheit auf Arbeitsstellen könnten somit verbessert werden.

Die rechnergestützte systematische Straßenerhaltung beinhaltet in Deutschland als ersten Schritt die Bildung von fahrstreifenbezogenen, zustandshomogenen Abschnitten auf Basis der ZEB. Grundlage ist das Verfahren nach Rübensam/Schulze (RS) [33], welches allerdings einige methodische Schwächen aufweist. Im Forschungsprojekt waren alternative Segmentierungsverfahren zu untersuchen bzw. ein neues Verfahren zu erarbeiten. Neben der Berücksichtigung einer Mindestlänge für die Segmente sollte auch die Anwendung von Zustandsgrößen als Eingangsdaten anstelle von Zustandswerten analysiert werden. Das Projektziel bestand darin, eine Entscheidungsgrundlage für die Ablösung oder Modifikation des bestehenden Verfahrens nach RS zu liefern. Das Projekt wurde durch das Unternehmen LEHMANN + PARTNER GmbH (Erfurt) in den Jahren 2017 – 2019 bearbeitet. Auf Basis der Rasterrohdaten wurden Algorithmen entwickelt, welche die Zustandsgrößen auch für andere Auswerteraster (1 m, 10 m) als die ZEB üblichen 20 m bzw. 100 m bereitstellen. Die Berechnungsergebnisse wurden für ausgewählte Strecken und ZEB-Kampagnen tabellarisch aufbereitet. Auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche wurden international verfügbare Segmentierungsverfahren untersucht. Nicht zielführende Verfahren wurden von den weiteren Betrachtungen ausgeschlossen. Die folgenden drei Verfahren wurden in C++ implementiert: - BAYES: Verfahren mit Bayes‘schem Ansatz (Thomas, 2003 ff.); - CBS: Verfahren Circular Binary Segmentation (Olshen et al., 2004 ff.); - RS: Verfahren nach Rübensam/Schulze (Rübensam/Schulze, 1996). Das Ziel bestand darin, die Messwertfolgen der einzelnen Zustandsparameter so zu segmentieren, dass die entstehenden Teilfolgen homogen bzgl. des Parameters sind. An die Einzelsegmentierung schloss sich ein Postprozessingschritt an, der die zustandshomogenen Abschnitte erstellt (Gesamtsegmentierung). Die Berechnungen wurden für ausgewählte ZEB-Kampagnen und -Strecken im Auswerteraster 20 m und 100 m auf ausgewählten Bundesfernstraßen durchgeführt. Zur Bestimmung einer alternativen Kennzahl für den charakteristischen Zustand des homogenen Abschnitts wurden Untersuchungen mit dem p-Quantil anstelle des bisherigen Mittelwertes durch-geführt. Die Bewertung der Ergebnisse und der Vergleich der Verfahren untereinander erfolgte durch Vorher-Nachher-Vergleiche nach Zustandsklassen, Berechnung von Gütewerten der Segmentierung und Finanzbedarfsprognosen für die Erhaltung. Es wurde eine hohe Anzahl an Berechnungsläufen durchgeführt, die sich aus der notwendigen Variation der Eingangsgrößen und Steuerparameter ergab. Die Berechnungen erfolgten mit projektbezogen erstellten Applikationen beim Forschungsnehmer. Auf dieser Grundlage sowie den theoretischen Aspekten und der Aufgabenstellung wurden folgende Erkenntnisse gewonnen und daraus Vorschläge erarbeitet: - Als Eingangsgrößen sollten die Zustandsgrößen verwendet werden. Somit wird der Einfluss der nichtlinearen Normierungsfunktionen eliminiert. - Die Auswerteabschnittslänge der ZEB (100 m / 20 m) erwies sich als grundsätzlich geeignet. Hinsichtlich dem Detaillierungsgrad (Lokalisierung von Schadensbereichen) ist jedoch ein durchgängiges Raster von 20 m zielführender. -Eine Vorabeinteilung des zu untersuchenden Netzes in Blöcke (linear zusammenhängende Strecken unter Berücksichtigung von Unterbrechungen, Bauweisenwechseln, Ortsdurchfahrten etc.) ist erforderlich. -Hinsichtlich der Bildung zustandshomogener Abschnitte wird ein hybrides Verfahren empfohlen. Für normalverteilte Zustandsgrößen (TP1, TP2) sollte das Verfahren CBS und für die TP3-Zustandsgrößen das Verfahren RS verwendet werden. Die Gesamtsegmentierung soll im Postprozessing erfolgen. -Als charakteristische Kennzahl für die auf Basis der Zustandsgrößen gebildeten zustandshomogenen Abschnitte ist der Mittelwert nach wie vor geeignet. Die p-Quantile stellen jedoch aufgrund ihrer Eigenschaft, robust gegenüber Ausreißern zu sein, eine Alternative dar. -Anstelle der Vorher-Nachher-Vergleiche sollten zur Bewertung eines Segmentierungsergebnisses die im Projekt vorgeschlagenen Gütewerte verwenden werden.

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Etablierung des Elastizitätsmoduls als Parameter, der qualitative Aussagen über den Schädigungszustand des Baustoffes Straßenbeton ermöglicht. Zu diesem Zweck erfolgte eine systematische Ermüdung sowohl labor- als auch großmaßstäblicher Beton-Probekörper bei zeitgleicher Messung des Elastizitätsmoduls mithilfe von unterschiedlichen Verfahren. Im ersten Schritt wurde ein Versuchsprogramm entwickelt, mit dem Straßenbeton-Probekörper mittels des Spaltzug-Schwellversuchs gezielt in einen definierten Ermüdungszustand versetzt werden können. Hierfür wurde der Parameter des Grenz-Elastizitätsmoduls definiert, welcher, wenn er unterschritten wird, zum Pausieren des Versuchs führt. In diesen systematisch eingehaltenen Lastpausen erfolgten begleitende Untersuchungen der Ultraschalllaufzeit und der Eigenfrequenz zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls der untersuchten Probekörper während des Ermüdungsvorganges. Im zweiten Schritt wurden die Untersuchungen auf eine Betonplatte und einen Betonplattenstreifen ausgeweitet. Hierfür kam mit der Phase-Shift-Methode ein Verfahren zum Einsatz, das auf der Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) basiert und mithilfe dessen die Degradation großformatiger Straßenbetonelemente in Form der Verminderung des Elastizitätsmoduls messtechnisch nachgewiesen werden kann. Anhand von FEM-Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine Verminderung des Elastizitätsmoduls infolge der Ermüdung zu einer lokalen Konzentration der Beanspruchungen einer Betonplatte unter Last führt. Weiterhin ergab sich, dass die Verminderung der Beanspruchung der Betonplatte infolge eines ermüdungsbedingt verringerten Elastizitätsmoduls in einer Erhöhung der Beanspruchung der Beton-Unterlage resultiert. Dadurch bedingt kann es zu einer Verschlechterung der Auflagerungsbedingungen der Betonplatte kommen, was sich wiederum auf deren Beanspruchung und somit auf die Nutzungsdauer auswirken kann. Es zeigt sich zwischen den Ergebnissen aller untersuchten Verfahren eine sehr gute Synchronität hinsichtlich des qualitativen ermüdungsbedingten Verlaufs des Elastizitätsmoduls. Die vier angewandten Verfahren, die sich voneinander unabhängiger physikalischer Phänomene bedienen, ermöglichen neben einer qualitativen Aussage über die Schädigung des Materials die Bestimmung von Absolutwerten des Elastizitätsmoduls. Je nach verwendetem Verfahren weichen die absoluten Werte des Elastizitätsmoduls leicht voneinander ab. Der Elastizitätsmodul bestätigt sich als geeigneter Parameter zur Beschreibung der Degradation des Baustoffs Straßenbeton im Zuge des Ermüdungsprozesses. Die eingesetzte Phase-Shift-Methode kann in Kombination mit der Bestimmung charakteristischer Verläufe für die Verminderung des Elastizitätsmoduls im Zuge der Ermüdung potentiell die Basis für die zerstörungsfreie Bewertung der strukturellen Substanz von Betonfahrbahndecken in situ bilden. Perspektivisch kann dies die einfache und zielsichere Bewertung vorhandener Betonfahrbahndecken hinsichtlich ihrer Restnutzungsdauer und neuer Betonfahrbahndecken in Bezug auf ihre Dauerhaftigkeit ermöglichen

Im Rahmen eines großmaßstäblichen Feldversuchs wurden 12 mechanisch verfestigte Geovliesstoffe aus PP-Stapelfasern drei verschiedener Hersteller hinsichtlich ihrer Robustheit gegenüber Einbaubeanspruchung in ihrer Funktion als Trennlage zwischen lockerem Untergrund und grobkörnigem Tragschichtmaterial überprüft. Auf vier Testfeldern wurden jeweils vier unterschiedliche Einbausituationen simuliert. Dazu wurden Tragschichtmaterialien aus rundkörnigem, sandigem Kies bis zu scharfkantigem, sandig, steinigem Kies eingesetzt. Die Beanspruchungen durch den Bauverkehr wurden anhand der sich einstellenden Spurrinnen aus Lkw-Überfahrten gesteuert. Zur schonenden Freilegung der Geovliesstoffe kam ein Saugbagger zum Einsatz. Alle Geovliesstoff-Proben wurden visuell auf Beschädigungen beurteilt und danach klassifiziert. Für die Bewertung der mechanischen Veränderungen wurde das Arbeitsvermögen und die daraus abgeleitete Schädigungsarbeit herangezogen. Einen Schädigungsgrad von weniger als 20 % konnte nur die Hälfte der getesteten Proben erreichen. Einem Schädigungsgrad von bis zu 50 % konnten nahezu alle Proben einhalten. Das derzeitige Klassifizierungssystem sollte die Anforderungen an geotextile Trennlagen verschärfen. Die alleinige Forderung einer Festigkeit ist nicht ausreichend. Die Geovlies-stoffe sollten nach dem Ausweichprinzip Beschädigungen vermeiden. Dazu ist es notwendig, dass auch die Verformbarkeit Berücksichtigung findet. Das Arbeitsvermögen gibt hierfür zusammen mit der Mindestdehnfähigkeit eine gute Grundlage. Vor diesem Hintergrund wurde ein Vorschlag für ein zeitgemäßes Klassifizierungssystem unterbreitet.

Die Wirtschaftlichkeit der Erhaltung Straßen ist ein Thema, das Wissenschaft und Praxis schon seit Langem beschäftigt. Insbesondere die Erstellung technisch sinnvoller und wirtschaftlich effizienter Erhaltungsprogramme für bestehende Straßen ist hierbei ein sehr wichtiger Punkt. Eine entscheidende Einflussgröße für die systematische Erhaltungsplanung ist vor allem auch die möglichst genaue Kenntnis bzw. Prognostizierbarkeit von zeitlichen Schadensverläufen, die wiederum originär auch auf materialseitige Kennwerte bzw. das mechanische Verhalten des Oberbaus (z.B. plastische Verformung, Ermüdung) zurückzuführen sind. Daher wurden in diesem Projekt für die Asphaltbauweise etablierte Methoden der Nutzungsdauerprognose (z.B. bezüglich Ermüdung des gebundenen Aufbaus) und der Schadensverlaufsprognose (z.B. Spurrinnenbildung) angewendet und mit verschiedenen Szenarien weiterentwickelt. Für die Betonbauweise wurden hingegen bestehende Verfahren auf Anwendbarkeit getestet und neue Entwicklungen bezüglich einer Nutzungsdauerprognose (Hazardfunktionen) eingesetzt. Bei einer betonschädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist bisher eine systematische Erhaltungsplanung nicht möglich, da sich der Schadensverlauf nur sehr schwer prognostizieren lässt. Hierzu wurden materialseitige Untersuchungen (zerstörend/zerstörungsfrei) an AKR-geschädigten Fahrbahndeckenbetonen durchgeführt. Die Prognose der Restnutzungsdauer bei einer AKR-Schädigung ist daraus jedoch nicht auf direktem Wege möglich. Daher wurde eine Methodik zur Prognose der (Rest-)Nutzungsdauer auf empirischer Basis (Auswertung von ZEB-Daten) entwickelt. Aufbauend auf den beschriebenen Methoden zur Nutzungsdauerabschätzung von Asphalt- und Betonbauweisen wurden vergleichende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Erhaltungsstrategien unter Berücksichtigung unterschiedlicher Annahmen und Szenarien mit der Software LCD2 angestellt

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Verbesserung des Nutzungsverhaltens Offenporiger Asphalte durch eine gezielte Optimierung der Zusammensetzung. Dazu wurde systematisch der Einfluss der Mischgutzusammensetzung in Hinblick auf das Alterungsverhalten Offenporiger Asphaltdeckschichten untersucht. Die Mischgutzusammensetzung wurde anhand von Kornform, Kornanteilen der einzelnen Kornklassen sowie Mastixzusammensetzung variiert. Die Bewertung der akustischen Eigenschaften der verschiedenen PA-Varianten wurde anhand des Strömungswiderstandes und des Schallabsorptionsgrades überprüft. Zudem wurden ausgewählte PA-Varianten bezüglich der zu erwartenden bautechnischen Dauerhaftigkeit überprüft. 40 Sieblinienvarianten wurden theoretisch aus den Lieferkörnungen abgeleitet und mittels computerbasierter Modellberechnung der zu erwartende Hohlraumgehalt der PA-Varianten ermittelt. Das Ergebnis der computerbasierten Modellberechnung zeigt, dass diese noch keine zielsichere Vorhersage des experimentell ermittelten Hohlraumgehaltes ermöglicht. Durch die Variation der Sieblinie konnten große Unterschiede der akustischen Eigenschaften der PA-Varianten nachgewiesen werden, wohingegen ein eindeutiger Einfluss auf den Kornverlust PL nicht festgestellt werden konnte. Die Variation der Kornform hatte in dem hier geprüften Rahmen keinen eindeutigen Einfluss auf den Hohlraumgehalt und auf die akustischen Eigenschaften der PA-Varianten. Die Variation der Mastixkomponente zeigte deutliche Einflüsse auf den Hohlraumgehalt, den Schallabsorptionsgrad und auf den Kornverlust PL. Die Ergebnisse und die Differenzierbarkeit der Oberflächenverschleißprüfung vor und nach Alterung sollten kritisch hinterfragt werden. Insgesamt konnten durch die Ergebnisse der Untersuchungen Optimierungspotentiale aufgezeigt werden. Durch gezielte Variation der Sieblinie und der Mastixzusammensetzung können die akustischen Eigenschaften und die Nutzungsdauer Offenporiger Asphalte verbessert werden.

Die Sensibilität der Bevölkerung in Bezug auf Straßenlärm ist in den letzten Jahrzehnten zunehmend gestiegen. Die bisherige Standardbauweise von Betondecken ist Waschbeton, welche im Vergleich zum Referenzwert mit -2 dB(A) als lärmmindernd angesetzt wird. Offenporige Deckschichten können hingegen eine Pegelminderung von bis zu 5 dB(A) bewirken. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde zunächst die Prozesskette bei der Herstellung von Offenporigem Beton (OPB) herausgearbeitet, um zukünftig einen prozessoptimierten Einbau bei dieser Bauweise zu gewährleisten. Hierzu wurden in einer Literaturrecherche Informationen früherer Versuchsstrecken gesammelt und ausgewertet. Parallel dazu wurde, auf Grundlage einer bestehenden OPB-Rezeptur, eine im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit, bei Einhaltung der Anforderungen an die Festbetoneigenschaften, optimierte Rezeptur erstellt. Anhand der Ergebnisse aus der Recherche sowie der Rezepturoptimierung wurde eine Versuchstrecke auf einem Autobahnparkplatz in der Planung sowie der Ausführung begleitet. Bei der Herstellung der Versuchsstrecke wurden die Prozessparameter dokumentiert sowie die Frisch- und Festbetoneigenschaften bestimmt. Im Anschluss an den Bau der Versuchsstrecke wurde die Umsetzbarkeit der im Vorfeld herausgearbeiteten Einzelprozesse analysiert und Anpassungen für zukünftige Baumaßnahmen mit OPB definiert. Zur weiteren Charakterisierung der Versuchstrecke wurden entstandene Risse lokalisiert und durch regelmäßige in-situ Messungen überwacht. Zur Untersuchung der Materialeigenschaften des OPB wurden Bohrkerne aus der Strecke entnommen. Diese Daten bildeten die Eingangsdaten für eine Finite Elemente Simulation des Rissverhaltens in der OPB-Schicht. Dabei wurden die praxisrelevanten Beanspruchungen, wie Witterung und Verkehr als Beanspruchungen auf das System betrachtet. Abschließend wurde ein allgemeines Monitoringkonzept für offenporige Betondecken erarbeitet. Dieses enthält die Ermittlung der für Fahrbahndecken üblichen Gebrauchseigenschaften sowie speziell für offenporige Systeme zu untersuchende Kennwerte. Zudem wurden Hinweise zur Anwendbarkeit standardisierter Verfahren gegeben.

Eine dauerhaft leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur ist zum Güter- und Personentransport unerlässlich. Eine wesentliche Zielsetzung moderner Technologien im Straßenbau ist daher eine möglichst lange Gebrauchstauglichkeit von Asphalt-Befestigungen. Zum Zweck der Überbauung von rissgeschädigten bzw. rissgefährdeten Straßenbefestigungen kommen seit mehr als 30 Jahren Asphalteinlage-Systeme zum Einsatz, die im Fokus dieses von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Forschungsprojektes standen. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die mögliche nutzungsdauerverlängernde Wirkung von Asphalteinlage-Systemen zu überprüfen, ihre Anwendungsgrenzen aufzuzeigen und eventuelle ökonomische und ökologische Vor- bzw. Nachteile zu quantifizieren. Neben einer Marktübersicht und Kategorisierung der heute zur Verfügung stehen-den Produkte wurde eine breite Befragung über praktische Erfahrungen mit Asphalteinlage-Systemen durchgeführt, sowie ein umfangreiches Laborprüfprogramm realisiert. Um die an Asphalteinlage-Systemen gestellten Forderungen bzgl. ihrer spannungsabbauenden, spannungsaufnehmenden und abdichtenden Wirkung zu überprüfen, wurden unterschiedlichste Prüfverfahren angewendet und daraus Scherversuche, Durchlässigkeitsversuche, 3-Punkt-Biegeprüfungen und Keilspaltversuche für den Nachweis als geeignet angesehen. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss zahlreicher repräsentativer Asphalteinlage-Produkte bei Variation weiterer Systemeigenschaften prüf-technisch untersucht und so deren Einfluss auf die Wirkungsweise bestimmt. Zur Überprüfung einer potenziell nutzungsdauerverlängernden Wirkung, wurden über ein FE-Modell wesentliche Kenngrößen ermittelt, so dass in 3-Punkt-Biegprüfungen abgeleitete Ermüdungskurven, sowie in Keilspaltversuchen bestimmte Rissenergien in neuen Nachweisen gegen Reflexionsrissbildung in die Rechnerische Dimensionierung integriert werden konnten. So konnte die Wirkung auf die theoretische Nutzungsdauer nachgewiesen werden. Eine abschließende Nachhaltigkeitsanalyse beinhaltete ökonomische und ökologische Aspekte. Dabei erwies sich z. B. die Recyclingfähigkeit als wesentlich, wobei unterschiedliche Szenarien betrachtet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass Asphalteinlage-Systeme unter den zuvor definierten Bedingungen des jeweiligen Szenarios im Modell wirtschaftlich eingesetzt werden können, sofern eine Abstimmung auf die geplanten Erhaltungszyklen erfolgt. Anhand der Ergebnisse wurden Vorschläge für die Ergänzung des technischen Regelwerkes durch ein Merkblatt und Prüfvorschriften erarbeitet.

Das Georadarmessverfahren gehört zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren und ist im Bereich des Straßenwesens zur Detektion von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen sowie des eigentlichen Konstruktionsaufbaus einer Straßenbefestigung nutzbar. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt in der quasi-kontinuierlichen Gewinnung von Messdaten in Längsrichtung oder in der Fläche. Im Zuge einer straßenbautechnischen Interpretation kann dadurch anstelle punktueller Daten (z. B. durch Bohrkerne) auf lückenlose Messprofile zurückgegriffen werden. Die Zielsetzung des Projektes war es, anhand von objekt- und netzbezogener Untersuchungen Aussagen über die potenzielle Genauigkeit in der Wiedergabe von Schichtgrenzen sowie über die Erkennung von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen zu treffen. Die Objektebene wurde dabei durch eine idealisierte Versuchsstrecke abgebildet. Die netzbezogenen Untersuchungen wurden auf insgesamt fünf Bundesautobahnen und fünf Bundesstraßen durchgeführt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass in Bezug auf die Detektion von Schichtgrenzen eine verfahrenstechnische Ungenauigkeit von ca. ± 2,5 cm erwartbar ist. Dabei stellten sich Scanraten von mindestens 10 Scans/m als zweckmäßig heraus. Sofern auch die Untersuchung von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen von Bedeutung sind, zeigten die Untersuchungen, dass engere Messpunktabstände von höchstens 5,0 cm (≙ 20 Scans/m) und die Verwendung einer Messfrequenz von 2.000 MHz zielführend sind, um eine ausreichende Auflösung und Datendichte zu gewährleisten. Zudem wurde die Möglichkeit der Kombination des Georadarmessverfahrens mit der messtechnischen Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) untersucht und eine potenzielle Vorgehensweise hierfür entwickelt. Diese beinhaltete auch eine Definition von homogenen Abschnitten auf Untersuchungsstrecken mittels mehrerer Homogenitätskriterien. Ebenfalls wurden Ansätze für automatisierte Auswertungen von Georadar-Daten aufgezeigt.

Für die Beurteilung der Frostsicherheit von ungebundenen Schichten im Straßenbau werden je nach Anwendungsgebiet die Kriterien aus unterschiedlichen Regelwerken herangezogen. Die diesen Kriterien hinterlegten Prüfmethoden sind auf Erfahrungen mit natürlichen Baustoffen abgestimmt und korrelieren nicht hinreichend mit den Materialveränderungen von Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten in der Praxis. Daher wurde eine realitätsnahe Prüfmethode auf Basis österreichischer Erfahrungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden nun Bewertungskriterien für diese Prüfmethode erarbeitet. Zunächst wurden die in der Literatur als maßgeblich definierten Einflussgrößen auf die Frosthebung gezielt untersucht. Daraus ergab sich, dass der Frosthebungsparameter Maximale Frosthebung besonders für die Bewertung geeignet und die Parameter Bleibende Hebung und Hebungsgeschwindigkeit jeweils geeignet sind. Für die Entwicklung eines Bewertungskriteriums wurden zwei Ansätze verfolgt, von denen nur Ansatz A sich als zielführend herausstellte. Bei Bewertungsansatz A wurden die Flächen unter der Hebungskurve und die über der Kühlkopf-Temperaturkurve je Probe ermittelt und in Bezug gesetzt. Bewertungsansatz B wurde ursprünglich konzipiert, um Kennwerte aus dem Frosthebungsversuch und Materialkennwerte miteinander zu verknüpfen. Dieser Ansatz hat sich als nicht zielführend herausgestellt. Schlussendlich erzeugen die Überlagerungen der unterschiedlichen materialspezifischen Einflussfaktoren zu hohe Streuungen. Werden jedoch Materialgemische in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften, z. B. hoher Feinanteil, im Labor gezielt zusammengesetzt, lässt sich dieser materialspezifische Einflussfaktor auf die Frosthebung überwiegend korrelieren. Eine Übertragung dieser Korrelationen auf heterogene Baustoffgemische aus der Praxis ist nicht möglich. Die Validierung des Bewertungskriteriums nach Ansatz A erfolgte mittels Frosthebungsdaten von RC-Baustoffgemischen aus der Praxis. Grundsätzlich liegt mit dem Frosthebungsversuch nun ein prozesssicheres Verfahren vor, mit dem das Frostverhalten von RC-Baustoffgemischen und industriellen Nebenprodukten praxisgerecht geprüft und bewertet werden kann. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, die Gebrauchseigenschaft Frostempfindlichkeit der Materialien besser zu beurteilen.

Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren und oberen Bohrkernscheibe entprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden, basierend auf dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen, mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen ermittelt. Zur möglichst guten statistischen Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil, die vorab einem Audit unterzogen wurden. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen, die sowohl die Erst-/ Eignungsprüfung und Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen, als auch die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten berücksichtigen. Zur Bewertung des Materialeinflusses wurde zusätzlich ein Prüflos mit Labormörtel untersucht. Die Probenvorbereitung erfolgte zentral an der BAM. Zur Sicherstellung einheitlicher Prüfbedingungen bei den Prüfstellen wurde zusätzlich eine detaillierte Standardarbeitsanweisung erarbeitet, die partiell bereits Eingang in das Normenwerk gefunden hat. Bei der Plausibilitätsprüfung aller prüflosspezifischen Einzelwerte der Spaltzug- und Druckfestigkeit wurden vereinzelt sowohl Ausführungsfehler als auch Übertragungs- und Tippfehler festgestellt. Der sich anschließende Lilliefors-Test zeigt, dass die ermittelten Einzelwerte bis auf wenige Ausnahmen normalverteilt sind und damit die Voraussetzungen für die statistische Auswertung gegeben sind. Mittels grafischer Darstellung der Mandel’s h- und k-Werte wurden die Auffälligkeiten hinsichtlich der Mittelwerte und Varianzen prüflosspezifisch für die einzelnen Prüfstellen visualisiert und anschließend einige von ihnen mittels Grubbs- und Cochran-Test als Ausreißer identifiziert. Nach Ausreißerelimination wurde mit dem klassischen Verfahren bei der Spaltzugfestigkeit der geringste Variationskoeffizient unter Vergleich- und Wiederholbedingungen bei der Erst-/Eignungsprüfung mit 6,2 und 6,4 % ermittelt. Bei einer Verminderung des Materialein-flusses durch die Verwendung eines Labormörtels verbessern sich die statistischen Kennwerte auf 4,5 und 5,3 %. Mit 8,2 und 9,5 % bzw. 8,6 und 9,5 % werden bei der Restsubstanz-bewertung von Wasch- und Unterbetonen die höchsten Werte bestimmt. Das robuste Auswerteverfahren (ohne Eliminierung der Ausreißer) nach dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen erwies sich in der Form als ungeeignet und bedurfte einer Überarbeitung. Bezüglich der vergleichend mit klassischen und robusten Verfahren gewonnenen Kennwerte ist festzustellen, dass bei sehr homogenen Messergebnissen eines Prüfloses beide Verfahren nahezu die gleichen statistischen Kennwerte liefern. Bei der Eliminierung von Ausreißern sind die Ergebnisse des robusten Verfahrens in der Regel etwas größer als die des klassischen Verfahrens. Die begleitenden vertiefenden Untersuchungen bei der Spaltzugprüfung mit innovativen Prüftechniken lieferten wertvolle Erkenntnisse zur Bewertung der Prüfeinflüsse.

Bei Verwendung von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen (BumI) in Erdbauwerken sind gegebenenfalls technische Sicherungsmaßnahmen zu ergreifen, um in umweltspezifischer und wasserwirtschaftlicher Hinsicht einen verantwortungsvollen Einsatz dieser Materialien zu gewährleisten. Die technischen Sicherungsmaßnahmen sind dabei so zu gestalten, dass eine Durchsickerung der Böden und Baustoffe mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen und damit ein möglicher Austrag von Schadstoffen auf ein verträgliches Maß minimiert werden. Das Merkblatt über Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen beim Einsatz von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen im Erdbau (MTS E) stellt insgesamt sechs unterschiedliche Bauweisen für Straßendämme, die entsprechend auch auf andere Erdbauwerke (z.B. Lärm- und Sichtschutzwälle) übertragbar sind, vor. Diese können prinzipiell in Bauweisen mit Abdichtungen (Bauweisen A, B, C), Bauweisen mit gering durchlässigem Körper aus Böden oder Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen (Bauweise E) und Kernbauweisen ohne Abdichtungen (Bauweise D) unterschieden werden. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bau, Verkehr und Stadtentwicklung geförderten Forschungsvorhabens wurden am Zentrum Geotechnik der TU München von Schweller et al. (2009) Berechnungen zur Bewertung der Wirksamkeit der Bauweisen durchgeführt. Anhand dieser Berechnungen konnte die prinzipielle Wirksamkeit der Bauweisen A, B und D belegt werden. Für die Bauweise E ergaben sich vergleichsweise große Sickerwassermengen. Die Berechnungen wurden allerdings mit einem Durchschnittswert des Niederschlages, der aus dem Gesamtjahresniederschlag verteilt auf 365 Tage ermittelt wurde, durchgeführt. Dadurch kommt es rechnerisch zu konstanten kleinen Infiltrationsmengen in den Straßendamm ohne Ausbildung eines Oberflächenabflusses. Damit verbunden sind unrealistisch hohe Sickerwassereintritte in die Ersatzbaustoffe. Die Wirksamkeit der Bauweise E konnte deshalb im Rahmen der Untersuchungen von Schweller et al. nicht abschließend bewertet werden. Basierend auf den am Zentrum Geotechnik der TU München von Schweller et al. durchgeführten Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens FE 84.105 Berechnungen zur Durchsickerung der Bauweise E unter Ansatz von Tageswerten des Niederschlages, der Evapotranspiration und des Oberflächenabflusses durchgeführt. Die mit VADOSE/W durchgeführten Berechnungen zeigen, dass die Vergleichmäßigung der Infiltration bei einer Berechnung mit Durchschnittswerten der Infiltration zu ca. 1,7-fach größeren Sickerwassermengen als beim Ansatz von Tageswerten führt. Die mit Tageswerten der Klimadaten für einen Zeitraum von 10 Jahren durchgeführten Berechnungen ergaben für die Bauweise E bei einem Durchlässigkeitsbeiwert des Kerns von k = 1 · 10-8 m/s eine mittlere Sickerwassermenge aus dem Kern von ca. 60 mm/a.

Bei den abzugsrelevanten Merkmalen - Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt - liegt die Bestimmung der Raumdichte am Ausbaustück oder Marshallprobekörper entsprechend den nationalen Prüfvorschriften zugrunde. Zur Bestimmung der Raumdichte ist bei offenporigen Asphalten das Ausmessverfahren (Verfahren D) anzuwenden und bei allen anderen Walzasphalten das Tauchwägeverfahren mit Ledertuch (Verfahren B). Nur bei lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten soll zur Erfahrungssammlung neben dem Verfahren B auch das Verfahren D angewandt werden. Aus den Erfahrungen mit den Prüfverfahren ist bekannt, dass mit zunehmendem Hohlraumgehalt die Raumdichte an Prüfkörpern mit den standardisierten Verfahren nicht präzise genug erfasst werden kann. Um ein geeignetes Verfahren für primär semiporöse und sekundär offenporige Asphaltdeckschichten zu finden wurden insgesamt 7 zum Teil standardisierte Prüfmethoden zur Bestimmung der Raumdichte an drei Mischgutarten durchgeführt. Dabei wurden die Geometrien und Herstellungsarten der Prüfkörper variiert. Alle gesammelten Daten der Untersuchungen (Raumdichte und Streuung) wurden hinsichtlich der Einflüsse aus den geometrischen Kennwerten (Prüfkörperhöhe und -durchmesser), Prüfkörpermasse und charakterisierenden Kennwerten wie den Hohlraumgehalt, den Textureigenschaften, der effektiven Fläche der Textur und Körnungsspezifischen Kennwerten analysiert. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den Verfahren nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Eignung für semiporöse und offenporige Asphalte konnte ein Verfahren zur Umhüllung von Prüfkörpern mit einem Vakuumbeutel empfohlen werden, welches in Einklang mit der europäischen Norm steht. Alternativ ist eine Bestimmung des Volumens über eine Laserabtastung der Probekörper zu empfehlen. Diese technisch hochwertige Methodik lässt eine sichere Abgrenzung zwischen der Textur eines Prüfkörpers und den zur Raumdichte zugehörigen Volumen zu.

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.

Die hohe Bedeutung einer dauerhaften Adhäsion zwischen Bindemittel und Gestein liegt darin begründet, dass die Verdrängung des Bindemittelfilms von der Gesteinskörnung zu irreparablen Schäden mit progressiver Schadensentwicklung führt. In der Literatur finden sich bereits zahlreiche Prüfverfahren zur Quantifizierung der Adhäsion, im Wesentlichen wird jedoch speziell das Haftverhalten in Form von bitumenumhüllter Gesteinskörnung erfasst. Ein hinreichend geeignetes Verfahren zur gezielten Ansprache des Haftverhaltens von Asphalt besteht aktuell nicht. In diesem Forschungsvorhaben wurden vier Prüfverfahren hinsichtlich der Eignung zur Bewertung des Haftverhaltens von Asphalt untersucht. Die mod. Schüttelabrieb-Prüfung, der Stripping-Test im Spurbildungsgerät und der einaxiale Zugversuch ermöglichten unter den betrachteten Randbedingungen keinen zielführenden Ansatz. Es konnte jedoch erfolgreich herausgestellt werden, welchen signifikanten Einfluss die Art der Vorkonditionierung auf das Haftverhalten bewirkt und welche umfassenden Ansätze für eine zielorientierte Quantifizierung notwendig sind. Erste positive Erkenntnisse konnten darüber hinaus durch die Modifizierung der SATS-Prüfung gewonnen werden. Durch eine Veränderung der kombinierten Temperatur- und Druckbeanspruchung, wurde das Verfahren an die nationalen Mischgutkonzepte angepasst. Mit dieser Prüfung wurden 48 Asphaltkonzepte untersucht und abschließend die Auswirkung verschiedener Einflussfaktoren auf das Haftverhalten eruiert. Grundlegend ließ sich eine Abhängigkeit des Steifigkeitsverhältnisses nach der Konditionierung zum Hohlraumgehalt nachweisen, eine Charakterisierung einzelner Einflussparameter konnte jedoch nicht erfolgen. Die reine Druckbeanspruchung ohne Wasser hat darüber hinaus offensichtlich auch einen Einfluss auf die Mikrostrukturen im Prüfkörper. Es handelt sich somit nicht um eine reine Adhäsionsprüfung, sondern um eine kombinierte Prüfung, welche einen weiteren Forschungsbedarf implementiert.

Da Polymer-, Gummi-, wachs- und mehrfachmodifizierte Bitumen seit Jahren im Asphaltstraßenbau eigesetzt werden, kommen diese vermehrt im Ausbauasphalt vor. Zur Bewertung des Ausbauasphalts ist es daher notwendig, die Modifizierungen an der Mischanlage zu identifizieren. Die Ausbildung des Bindemittelsacks beim Erweichungspunkt Ring und Kugel ist charakteristisch für die Modifizierung. Hierdurch können wachsmodifizierte Bitumen (WmB) recht präzise und Polymermodifizierten Bitumen (PmB) teilweise identifiziert werden. Mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) werden die Schmelztemperaturen der Wachse erfasst. Hierdurch können WmB identifiziert und die Wachsarten unterschieden werden. Die Analytik mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) startet mit der Bestimmung der Äquisteifigkeitstemperatur EG*T. Bei EG*T werden Frequenz-, Amplituden- und MSCR-Tests durchgeführt. Die Grenze des LVE-Bereichs dient der Identifizierung von WmB. Anhand der Kennwerte bei 0,1 Hz können PmB erkannt werden. Die Rückformung (MSCRT) dient der Identifizierung von Mehrfachmodifizierungen. Da Gummimodifizierte Bitumen (GmB) bei der Extraktion erkannt werden, können alle Modifizierungsarten identifiziert werden. In den FTIR-Spektren (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) der modifizierten Bitumen verursachen einige Polymere und Wachse charakteristische Banden, wodurch diese erkannt werden. Die Identifizierung der übrigen Additive erfolgt mithilfe einer multivariaten Auswertung, wodurch mit Ausnahme der GmB (nicht erforderlich) alle Additive erkannt werden. An Stichproben konnte zudem eine Abgrenzung von Mehrfachmodifizierungen sowie eine Abschätzung der Zugabemenge erreicht werden. DSR und FTIR ermöglichen beide eine schnelle, einfache und zielsichere Identifizierung der Bitumenmodifizierungen. Durch die FTIR-Analytik können die Modifizierungen mit der größtmöglichen Präzision bestimmt werden. Die DSR-Analytik erlaubt dafür zusätzlich eine baupraktische Bewertung der Bindemittel.

In Deutschland ist zur Bestimmung der Referenzdichte ungebundener Baustoffgemische der Proctorversuch nach DIN EN 13286-2 [1] festgelegt. Die Laborpraxis hat gezeigt, dass der Proctorversuch für dränierende Baustoffgemische, die für ungebundene Schichten verwendet werden, nicht optimal geeignet ist. Im Forschungsvorhaben FE-Nr. 06.099/2012/EGB [2] wurde die Eignung des Vibrationshammerverfahrens nach DIN EN 13286-4 [3] als alternatives Laborverdichtungsverfahren untersucht und festgehalten, dass dieses Laborverdichtungsverfahren in-situ konform verdichtet und sehr vergleichbare Ergebnisse zum Proctorverfahren unter Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes erzielt. Hinzu kommt eine leichtere Handhabung, kostengünstigere Anschaffung und eine Prüfdurchführung, die deutlich weniger zeitintensiv ist. Ein weiterer Vorteil dieses Verdichtungsverfahren ist, dass es wahrscheinlich zu einer geringeren Kornverfeinerung während der Probenverdichtung neigt [4]. Weiterhin wurde festgestellt, dass der optimale Wassergehalt des Vibrationshammerverfahrens etwa 5 bis 10 Prozent unterhalb dem des Standard-Proctorversuches lag [5] und somit etwa dem optimalen Wassergehalt eines modifizierten Proctorversuches (nahezu in-situ konform) entspricht. Seit vielen Jahren wird die Wasserdurchlässigkeit von SoB-Gemischen im Labor mit einer in der DIN 18130-1 [6] beschriebenen Methode bestimmt, bei denen die Wasserdurchlässigkeit im gesättigten Probenzustand ermittelt wird. Während der Herstellung und der Nutzungsphase einer SoB hingegen werden immer ungesättigte Zustände vorliegen, weshalb die Ergebnisse des Laborversuches nach DIN 18130-1 [6], nicht der in-situ Wasserdurchlässigkeit entsprechen. Durch die Entwicklung des Standrohr-Infiltrometerverfahrens nach TP Gestein-StB, Teil 8.3.1 [7], wurde versucht, die in-situ Wasserdurchlässigkeit im Labor besser abzubilden, beispielsweise, indem zum einen Probekörper mit modifizierter Proctorenergie hergestellt werden und zum anderen Wassergehalte während der Probenherstellung zum Einsatz kommen, die unterhalb des optimalen modifizierten Wassergehaltes (0,8 · mod. wPr < w < mod. wPr) liegen. In-situ konforme Prüfbedingungen auf Laborebene sind notwendige Voraussetzungen, um hier Messergebnisse zu generieren, die mit Feldergebnisse vergleichbar sind. Sowohl für die Referenzdichte (Proctordichte) des Verdichtungsgrades, der einen Rückschluss auf die geleistete Verdichtungsarbeit ermöglicht, als auch für die Wasserdurchlässigkeit stehen bis dato Prüfmethoden im Labor zur Verfügung, die aufgrund ihrer Verfahrensparameter nicht den Feldbedingungen entsprechen und häufig nicht vergleichbare Ergebnisse liefern. Entsprechend ist es notwendig mit performance orientierten Prüfverfahren diesen Umstand zu optimieren. Bzgl. der Verdichtung von ungebundenen Baustoffgemischen bietet sich womöglich das Verdichtungsverfahren nach DIN EN 13286-4 [3] als zukunftsweisendes Laborprüfverfahren an, das nach ersten Erkenntnissen besser zur Verdichtung von ungebundenen Gemischen geeignet ist. Zur Weiterentwicklung des Kenntnisstandes zum Vibrationshammer war zu untersuchen, welchen Einfluss die Verwendung eines Vibrationshammers auf die Kornzertrümmerung hat und wie eine Probenherstellung im Verdichtungstopf C (250 mm) mittels Vibrationshammer zur Messung des Infiltrationsbei-wertes ki(10) erfolgen kann, da dies bis dato nicht in der DIN EN 13286-4 [3] beschrieben wird. Ergänzend sollten diese beiden Aspekte auch unter Verwendung unterschiedlicher Vibrationshämmer mit unterschiedlicher Schlagenergie untersucht und bewertet werden. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurde eine Literaturstudie durchgeführt, über die dargelegt werden konnte, dass die Fragestellungen des Forschungsvorhabens bzgl. der Kornzertrümmerung und Verdichtung von Baustoffen im Verdichtungstopf C unter Verwendung eines Vibrationshammers teils, wenn auch thematisch anders gelagert, behandelt wurden und gute Ansätze für das weitere Vorgehen innerhalb des vorliegenden Forschungsprojektes lieferten. Primäre Elemente dabei waren die Verdichtung in einem elf inch (279 mm) Probentopf mittels Vibrationshammer nach DRENEVICH, EVANS und PROCHASKA [15] und der Verfeinerungsgrad nach SCHREIBER [25]. Entsprechend wurden diese Ansätze in das Forschungsvorhaben integriert, um die Eignung des Vibrationshammerverfahrens als zukunftsorientiertes Laborverdichtungsverfahren von ungebundenen Gemischen weiter zu belegen. In das Forschungsvorhaben wurden vierzehn ungebundene Baustoffgemische eingebunden, an denen eine Materialcharakterisierung durchgeführt wurde. Aus dieser ging hervor, dass die Baustoffgemische anforderungsgerechte Eigenschaften entsprechend dem nationalen Regelwerk aufwiesen und aufgrund ihrer variablen technischen Bandbreite als charakteristische Stellvertreter handelsüblicher Baustoffgemische eingestuft werden konnten. Erste Laborversuche zur Fragestellung der erzielbaren Trockendichten durch Proctorverdichter und Vibrationshammer und zur Kornzertrümmerung erfolgten an 0/32 mm Korngemischen ohne Überkorn. Über diese Versuche konnte gezeigt werden, dass der Einsatz eines Vibrationshammers mit einer Schlagenergie von 8,3 Joule zu einer leichten Trockendichtezunahme (2 bis 15 %) für rezyklierte und industrielle Baustoffgemische im Vergleich zum Proctorergebnis führte und sich eine Ergebniszunahme unter Verwendung eines Vibrationshammers mit nahezu doppelter Schlagenergie (16,8 Joule) für alle untersuchten Baustoffgemische einstellte (natürliche Baustoffgemische: 2 bis 7 %, rezyklierte und industrielle Baustoffgemische: 16 bis 31 %). Bzgl. der bestimmten optimalen Wassergehalte zeigten rezyklierte und industrielle Baustoffgemische unter Einsatz eines Vibrationshammers tendenziell eine leichte Reduktion und natürliche Gesteinskörnungen einen nahezu gleichen Ergebniswert wie beim Proctorverfahren. Im Folgenden wurde die im FE-Nr.06.0099/2012/EGB [2] aufgestellte These, dass Baustoffgemische mit einem festgelegten Wassergehalt von 3 M.-% bzw. 5 M.-% verdichtet werden können und dennoch gleichwertige Trockendichten, wie bei einer Verdichtung mit einem optimalen Wassergehalt, erzielen, überprüft. Vorteil bei dieser Vorgehensweise wäre für viele Baustoffgemische die Vermeidung einer Wasserdränage während des Verdichtungsversuches und eine Reduktion der Einzelprobenanzahl. Zwischen der Vorgehensweise einer Verdichtung mit optimalen Wassergehalt und eines festgelegten Wassergehaltes konnten sowohl für das Proctorverfahren als auch für das Vibrationshammerverfahren Korrelationskoeffizienten minimal kleiner 1 bestimmt werden. Die Trockendichtekorrelationen zwischen den Vibrationshammerergebnissen (fester Wassergehalt) und den Proctorergebnissen (optimaler Wassergehalt) ergaben Korrelationskoeffizienten oberhalb von 0,8. Bei der Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes für das Vibrationshammerverfahren wurde eine Ergebniszunahme bei der Trockendichte von gemittelt ca. 6,5 % (Vibrationshammervariante A mit 8,3 Joule) bzw. ca. 11,5 % (Vibrationshammervariante B mit 16,8 Joule) festgestellt. Anhand von Siebanalysen, die nach der Probenherstellung mittels Vibrationshammervariante A durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, dass ein festgelegter Wassergehalt zu einer vermehrten Kornzertrümmerung für industrielle und RC-Baustoffgemische, im Vergleich zu einer Verdichtung mit einem optimalen Wassergehalt, führt. Für die untersuchten natürlichen Baustoffgemische stellte sich eher ein konstantes bis gegenläufiges Ergebnisbild bzgl. der Kornzertrümmerung ein. Beim Einsatz der Vibrationshammervariante B mit einer Schlagenergie von 16,8 Joule wurde nahezu durchweg eine stärkere Zunahme der Kornzertrümmerung unter Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes belegt. Abschließend wurde untersucht, wie eine Baustoffgemischverdichtung mit einem Vibrationshammer in einem 250 mm Verdichtungstopf durchgeführt werden kann, welche Trockendichten erzielt werden, welche Kornzertrümmerung dabei auftritt, welche Infiltrationsbeiwerte ki(10) mit derart hergestellten Probekörpern erzielt werden und ob die potenziell auftretende Kornzertrümmerung evtl. einen Einfluss auf den Infiltrationsbeiwert hat. Die Ergebnisse der dazu durchgeführten Untersuchungen wurden im Vergleich zu Proctorversuchen bewertet. Die Trockendichten der für die Infiltrationsmessungen hergestellten Probekörper zeigten, auf das jeweilige Verdichtungsverfahren und ungebundene Baustoffgemisch bezogen, sehr geringe Standardabweichungen. Entsprechend lieferten die Verdichtungsverfahren reproduzierbare Trockendichten. Für das Vorgehen mittels Proctorverfahren konnte eine Trockendichtezunahme zwischen ca. 4 und 25 % (im Mittel ca. 12 %) beim Wechsel von Verdichtungstopf B (Ø 150 mm) zu C (Ø 250 mm) bestimmt werden, wobei hierbei beachtet werden muss, dass die Probeherstellung im Verdichtungstopf C mit modifizierter Proctorenergie erfolgte. Eine ähnliche Tendenz zeigte sich beim Wechsel von Verdichtungstopf B zu Verdichtungstopf C unter Einsatz des Vibrationshammers A mit 8,3 Joule Schlagenergie. Hier lag die Ergebniszunahme bzgl. der Trockendichte zwischen ca. 2 und 14 % (im Mittel bei ca. 6 %). Konträr dazu zeigte sich das Ergebnisbild durch den Wechsel von Verdichtungstopf B zu Verdichtungstopf C unter Verwendung des Vibrationshammers B mit 16,8 Joule Schlagenergie. Hier kam es zu einer Abnahme der Trockendichteergebnisse zwischen ca. 1 und 7 % (im Mittel bei ca. 4 %). Die mit dem Proctor- bzw. Vibrationshammer hergestellten Probekörper zeigten überwiegend einen Infilrationsbeiwert oberhalb, zum Teil weit oberhalb, von 10-6 m/s. Da die Ergebnisschwankungen der Infiltrationsresultate, die mit Proctor- bzw Vibrationshämmern hergestellt wurden, relativ gering ausfielen, konnte mit Ausnahme weniger Messwerte kein verdichtungsverfahrensabhängiger Einfluss auf das Infiltrationsergebnis aufgezeigt werden. Ergänzend wurden auch Siebanalysen nach der Probenherstellung zur Bestimmung der auftretenden Kornzertrümmerung vorgenommen, die die folgenden Interpretationen zu-ließen. Das modifizierte Proctorverfahren bedingt während der Probekörperherstellung im 250 mm Verdichtungstopf C den größten und der Vibrationshammer A mit einer Schlagenergie von 8,3 Joule den geringsten Einfuss auf die Kornzertrümmerung. Verfahrensunabhängig zeigten industrielle und RC-Baustoffgemische eine größere Tendenz zur Kornzertrümmerung als natürliche Baustoffgemische. Anhand der Nachsiebungen bzw. berechneten Verfeinerungsgrade konnte kein direkter mathematischer Zusammenhang zwischen An- oder Abstieg des Infiltrationsbeiwertes und An- oder Abstieg an Kornzertrümmerung nachgewiesen werden. Das Forschungsvorhaben konnte weiterführend die Eignung des Vibrationshammerverfahrens als Alternative zum Proctorverfahren aufzeigen und ermöglichte die Abfassung eines Entwurfs einer TP Gestein-StB zur Herstellung von Prüfkörpern mit einem Vibrationshammer für Infiltrationsversuche im 250 mm Verdichtungstopf. Auch die These einer Verdichtung mit einem festgelegten Wassergehalt konnte weiter ausgebaut werden. Damit verbunden sind eine leichte Zunahme an Trockendichte und Kornzertrümmerung. Infiltrationsversuche an Proben, die mit ähnlichen Wassergehalten hergestellt wurden und eine ähnliche Kornzertrümmerung aufwiesen, zeigten jedoch, dass die Kornzertrümmerung keinen Einfluss auf den Infiltrationsbeiwert der untersuchten Proben hatte.

Der Einsatz veränderlich fester Gesteine als Erdbaustoff soll zukünftig erhöht werden. Da sich allerdings ihre bodenmechanischen Eigenschaften nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband unter Witterungseinflüssen bereits während der Bauzeit unterschiedlich stark verändern können, ist ihr Einsatz bisweilen noch zögerlich. Systematische Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten zeigten bereits auf, dass die bodenmechanischen Eigenschaften nicht nur von ihrer Zusammensetzung und den inneren Bindungskräften, sondern auch vom Einbauzustand und dem Verwitterungszustand abhängen. Zum anderen wurde festgestellt, dass bei veränderlich festen Gesteinen das Quellvermögen sogar erst durch eine Lösung der diagenetischen Verbindungen aktiviert werden kann. Um den Einsatz veränderlich fester Gesteine oberflächennah zu ermöglichen, und das Quellpotential abschätzen zu können, wurden Quellversuche an sechs unterschiedlich stark quellfähigen Böden und Gesteinen abhängig vom Einbau- und Verwitterungszustand durchgeführt. Da ein linearer Zusammenhang zwischen Quelldruck und Quelldehnungen besteht, kann zunächst mit Hilfe des Quelldruckversuches beurteilt werden, ob überhaupt Quelldehnungsversuche erforderlich sind. Bei Bodengruppen mit einem höheren Feinkornanteil (d < 0,06 mm) > 15 M.-% sowie bei Böden, die schnell zu einem feinkörnigen Boden zerfallen können (Id2 < 60%) sollte ein Quelldruckversuch durchgeführt werden. Liegen zu diesen Grenzen der Klassifikationsparameter die maximalen Quelldrücke σ > 100 kPa, sind zusätzlich Quellhebungsversuche und eine Tonmineralanalyse zur Erfassung quellfähiger Tonminerale zu ergänzen. Zusammenfassend können veränderlich feste Gesteine grundsätzlich als Erdbaustoff eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Verwitterungsempfindlichkeit ergeben sich höhere Anforderungen an die Erdbauprozesse. Nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband können diese Gesteine bis zum Einbauen und Verdichten schnell zu einem gemischt- bis feinkörnigen Boden zerfallen. Dieser verwitterungsbedingte Zerfall kann zu einer Verschlechterung der bodenmechanischen Eigenschaften führen. Daher sollte eine Zwischenlagerung ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen wegen der Erhöhung des Feinkornanteils vermieden werden. Denn je höher der Feinkornanteil eines Bodens und damit seine spezifische Oberfläche ist, desto mehr Wasser kann an die Oberfläche der zugänglichen Tonminerale angelagert werden. Um das Sackungs- und Quellpotential weiter zu reduzieren, sind beim Einbau Luftporenanteile na ≤ 6 Vol.-% anzustreben. Der Einbau veränderlich fester Gesteine sollte wegen ihrer Witterungsanfälligkeit mindestens 1 m unterhalb der Böschungsoberfläche bzw. dem Planum erfolgen. Aufgrund ihrer Heterogenität sind außerdem Probefelder zur Überprüfung der Einbau- und Verdichtungsvorgaben zwingend erforderlich.

Schwerpunkt des Vorhabens waren Untersuchungen an bisher ungeschädigten Betonfahrbahndecken im Bundesfernstraßennetz, in denen vor rund 30 Jahren Gesteinskörnungen zur Anwendung kamen, die nach Auskunft der BASt gemäß den heutigen Bestimmungen nach dem ARS Nr. 04/2013 teilweise als alkaliempfindlich einzustufen sind. In Abstimmung mit der BASt wurden insgesamt fünf Streckenabschnitte auf den Bundesautobahnen A7, A92 und A93 in Bayern für die Untersuchungen ausgewählt. Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgte eine visuelle Begutachtung der Betondecken und eine Zuordnung zu AKR-Schadenskategorien. Des Weiteren wurden AKR-relevante Kennwerte der verwendeten Betonzusammensetzungen anhand der verfügbaren Bestandsunterlagen zusammengestellt. Im Anschluss erfolgte die Entnahme von Bohrkernen aus den Betondecken und die Präparation von Probekörpern für weitere Untersuchungen. Untersucht wurden die mechanischen Eigenschaften (Druck- und Spaltzugfestigkeit), der vorhandene Schädigungsgrad infolge AKR (Dünnschliffmikroskopie) sowie das Restdehnungspotential infolge AKR (Dehnung im 60 °C Betonversuch mit Alkalizufuhr und anschließende Dünnschliffmikroskopie). Mittels Röntgenbeugungsanalyse und Dünnschliffmikroskopie erfolgten Vergleiche zwischen den im Beton vorhandenen und den aktuell in den Abbaustätten produzierten Gesteinskörnungen, soweit aktuelle Proben der Gesteinskörnungen beschafft werden konnten. Die aktuellen Gesteinskörnungsproben wurden mit dem Schnellprüfverfahren nach Alkali-Richtlinie charakterisiert. Bei der visuellen Begutachtung der Fahrbahndecken wurden an keinem der fünf Streckenabschnitte AKR-typische Schäden festgestellt. Die Laboruntersuchungen zum Schädigungsgrad und zum Restdehnungspotential infolge AKR bestätigten im Wesentlichen den aufgrund der Begutachtung angenommenen hohen AKR-Widerstand der Betone.