Schadensprozesse und Zustandsverläufe

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2004/712
• Projekttitel Englisch: Pavement damage processes and performance curves

Schlüsselwörter (Deutsch)

Verhalten (Modelle), Zustandsindex, Zustandsmerkmal, Erhaltungsmanagement

Schlüsselwörter (Englisch)

Performance models, condition index, condition parameter, pavement management

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Bestimmung von wirtschatlich optimalen Folgen von Erhaltungsmassnahmen über längere Zeitperioden und die entsprechende Massnahmenwahl setzt die Kenntnis des Verhaltens der Beläge über den ganzen Zyklus der Gerauchsdauer voraus. Die vorgesehene Forschungsarbeit hat die Beschreibung der verschiedenen Schadensprozesse und die Entwicklung von Verhaltensmodellen für die hauptsächlichen Zustandsindikatoren zum Ziel. Diese Modelle werden einerseits verschiedene Einflussfaktoren (Verkehrsbelastung, Orts- und Höhenlage, Klima, usw.) berücksichtigen und anderseits auch den Einfluss von Erhaltungsmassnahmen auf eine mögliche Verhaltensänderungen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The determination of the economically optimal sequence of maintenance and rehabilitation treatments over longer periods of time requires the knowledge about the performance of pavements during their entire life cycle. This research projects aims at describing the different pavement deterioration processes and at developing a set of performance models for the main condition indicators. These models will take into account the influence of different external factors such as traffic loads, location (urban/interurban), elevation, climate, etc. as well as the influence of the application of different maintenance and rehabilitation treatments on future performance.

Projektbeschreibung (Deutsch)

siehe Anhang 1

Methoden (Deutsch)

Für die Ausarbeitung von Verhaltensmodellen wird in erster Linie das in [1] als semi-empirische Methode bezeichnete Vorgehen verwendet, wobei zur Hauptsache die Ergebnisse (massgebende Werte homogener Abschnitte) einmaliger Zustandserfassungen ("méthode photo") dem Alter der Beläge, bzw. der kumulierten äquivalenten Verkehrlast (sofern die Datengrundlage dafür genügend ist) gegenübergestellt werden und gegenseitige Beziehung mittels Regressionsrechnung bestimmt werden. Wo die Ergebnisse von zwei oder mehreren Zeitserien vorliegen, sollen die wiederum semi-empirische Auswertung dieser Daten ("méthode vidéo") zur Überprüfung oder Korrektur der anhand einmaliger Werte ausgearbeiteten Modelle herangezogen werden. Die Datenbasis für diese Auswertungen bieten homogene, d.h. in gleicher Art und Weise aufgenommene Datensätze über die Zustandsindizes I1 (inkl. Detailwerte gemäss Grobaufnahme), I2, I3 und teilweise I5 auf etwa insgesamt 3500 km Kantonsstrassen in 5 Kantonen. Wenn verfügbar können auch die Daten des Nationalstrassennetzes für die Modellentwicklung berücksichtigt werden.

Für die Entwicklung von Verhaltensmodellen für die Griffigkeit - für die eine kürzlich abgeschlossene
Forschungsarbeit mangels genügender Daten in der Schweiz zu keinem konkreten Ergebnis
gekommen ist - wird die Anwendbarkeit ausländischer Modelle überprüft.

Als Alternativlösung für alle Zustandsindikatoren, wird aufgrund von Erfahrungswerten, Angaben aus
der Fachliteratur und der schematischen Darstellung der Schadensprozesse ein Satz typischer
Standardkurven definiert, welche ausgehend von einem bekannten Anfangswert des Zustandes und
des Alters die Wahl einer typischen Verhaltenskurve und damit eine erste Prognose ermöglichen,
ähnlich wie dies für das deutsche PMS-System [6] realisiert wurde.

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Keine

Stand der eigenen Forschung (Deutsch)

Der Forschungsnehmer hat sich in den letzten 35 Jahren ausführlich mit Fragen des Verhaltens von Strassenbelägen auseinandergesetzt, einerseits aus der Sicht der Oberbaudimensionierung (Foschungsprojekte: Langzeitbeobachtung ausgewählter Strassenabschnitte, Forschungsarbeiten auf der Rundlaufanlage der ETH Zürich) und anderseits aus der Sicht des Managements der Strassenerhaltung. In diesem Zusammenhang wurden 2 Forschungsberichte zum Thema Entwicklung von Verhaltensmodellen verfasst und verschiedene Studien zu Verhaltensmodellen in Verbindung mit Projekten des ASTRA (PMS NE-VS) sowie einzelner kantonaler Verwaltungen (NE; VS) und ausländischer Stellen (Provincia di Milano) durchgeführt. Der Forschungsnehmer war auch an der kürzlich abgeschlossenen Forschungsarbeit "Analyse des modèles de comportement des chaussées" mitbeteiligt, welche eine der wesentlichen Grundlagen für die beabsichtigte Forschungsarbeit darstellt.

Projektziele (Deutsch)

Das Forschungsprojekt hat folgende Ziele:
• Bestimmung von Verhaltenskurven (Form und Zyklus) für strukturelle Oberflächenschäden, Längs- und Querunebenheit, Griffigkeit und Tragfähigkeit in Abhängigkeit verkehrlicher und örtlicher Einflüsse für verschiedene standardisierte Erhaltungsmassnahmen.
• Erarbeitung der Grundlagen für einen Normentwurf.

Projektziele (Englisch)

The research project has the following goals:
• Development of performance curves (shape and cyclic development) for structural surface distress, roughness, rutting, skid resistance and bearing capacity in relation to traffic loads and local influencing factors for different standardised maintenance and rehabilitation treatments.
• Preparation of a draft standard.

Forschungsplan (Deutsch)

Das Arbeitsprogramm ist in 4 Hauptphasen gegliedert, welche jeweils mit einer Präsentation/ Diskussion der durchgeführten Arbeiten bei der EK, bzw. FK abgeschlossen werden. Die gesamte Bearbeitungszeit beträgt zwei Jahre. Die Ausarbeitung von Angaben zur Wahl bestimmter Verhaltensmodelle nach Durchführung einer Erhaltungsmassnahme im Rahmen der Phasen 3 und 4 setzt voraus, dass zum entsprechenden Zeitpunkt die Ergebnisse aus dem Einzelprojekt 1 – Standardisierte Erhaltungsmassnahmen – vorliegen.

Phase 1: Literaturauswertung und Darstellung der Schadenprozesse, Abschluss 4 Monate nach Forschungsbeginn Phase 2: Zusammenstellung und Ergänzung der Daten, Vorauswertung der Daten mit Filterung, Bildung homogener Abschnitte, Datenaggregation und Bestimmung der massgebenden Werte, Abschluss 12 Monate nach Forschungsbeginn
Phase 3: Auswertungen bezüglich Griffigkeitsentwicklung, Bildung von Verhaltensmodellen für alle
Parameter, Abschluss 18 Monate nach Forschungsbeginn.
Phase 4: Redaktion des Schlussberichtes und des Normentwurfes, Abschluss 23 Monate nach
Forschungsbeginn

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die im Rahmen dieser Forschungsarbeit gewonnenen Kenntnisse (Modelle) dienen einer wirtschaftlich optimalen langfristigen Massnahmenplanung. Der Schlussbericht wird ergänzend dazu spezielle Hinweise zur Verwendung dieser Modelle geben und gleichzeitig die Grundlage für einen Normentwurf bilden.

Berichtsnummer (Deutsch)

1304

Literatur (Deutsch)

[1] A.-G. Dumont, J.-C. Turtschy, T. Pucci, M. Fontana, I. Scazziga, Analyse des modèles de comportement des chaussées. Forschungsbericht UVEK/ASTRA Nr. 1002, Lausanne, 2001
[2] W.D.O. Paterson, Road deterioration and maintenance effects, Models for planning and management, The Highway Design and Maintenance Standard Series, World bank Publication, The Johns Hopkins University Press, Baltimore and London, 1987.
[3] M. Horat, M. Caprez, L.Seiler-Scherer, Entwicklung der Griffigkeit von Strassenbelägen verschiedener Strassentypen in der Schweiz, Forschungsbericht UVEK/ASTRA Nr. 1037, Zürich, 2003
[4] -, PARIS, Performance analysis of road infrastructure, Transport Research Fourth Framework Programme, Road Trasnport DG – 109, Office for Official Publications of the European Communities, Luxemburg, 1999.
[5] COST 324, Long Term Performance of Road Pavements, Final report of the Action, European Cooperation in the Field of Scientific end Technical Research, Luxembourg 1997
[6] G. Maerschalk, Erhaltungsmanagement: Anwenderhandbuch zum Inhalt des PMS, im Auftrag der Bundesanstalt für Strassenwesen (Bast), Deutschland, Januar 1999
[7] Dipl. Ing. Alfred Weninger-Vycudil, Dissertation: Entwicklung von Systemelementen für ein
österreichisches Pavement Management System, Wien 12/2001
[8] L.J.E. Heleven, Rational maintenance planning in Flanders (Belgium), Fourth International
Conference on Managing Pavements, Durban, 1998.
[9] H.P. Lindenmann und andere: Schlussbericht – Zustandserfassung und Bewertung
Nationalstrassen (Fahrbahnen) ZEB-NS (1999-2002), ASTRA, Bern, 2003.
[10] M. Gothié, M.T.Do, Road Polishing Assessment Methodology (TROWS), Proceedings,
PIARC XXIInd WORLD ROAD CONGRESS, Durban, 2003.