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Forschungsstelle
ASTRA SBT
Projektnummer
VSS2006/511_OBF
Projekttitel
Forschungspaket Brückenabdichtungen: EP1- Standfester Gesamtaufbau, Prüfung und Bewertung

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Schlüsselwörter
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Kurzbeschreibung
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Projektbeschreibung
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Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
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Methoden
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Spezielle Geräte und Installationen
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Allgemeiner Stand der Forschung
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Projektziele
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Forschungsplan
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Umsetzung und Anwendungen
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Berichtsnummer
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Literatur
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Erfasste Texte


KategorieText
Schlüsselwörter
(Deutsch)

Abdichtungssysteme, Betonbrücken, bitumenhaltige Schichten, Standfestigkeit

Schlüsselwörter
(Englisch)
Sealing systems, concrete bridges, bituminous layers, bearing capacity
Kurzbeschreibung
(Deutsch)

Es werden Prüfungen zur Ermittlung der Standfestigkeit von Belagsaufbauten für Betonbrücken im Sinne eines Eignungsnachweises evaluiert und erste Vorschläge für Anforderungswerte formuliert. Hierzu werden verschiedene Aufbauten aus dem Katalog der SN 640 450 mit Walz- und Gussasphalt als Deck- und Schutzschichten mit den Abdichtungen Polymerbitumen Dichtungsbahnen (PBD), Flüssigkunststoff (FLK) und Mastixasphalt (MA) untersucht. Materialien, Systeme und Objekte richten sich nach den einheitlichen Vorgaben der Gesamtprojektleitung.

Zur leistungsbezogenen Beurteilung des Verformungswiderstandes des Gesamtsystems und der Bewertung der einzelner Systeme, aber auch zur Erfassung besonders deformationsgefährdeter bitumenhaltiger Materialien und Schichten, werden verschiedene mechanische Prüfungen im Labor, namentlich der in Frankreich entwickelte Spurbildungstest mit grossem Rad und der triaxiale Druckschwellversuch durchgeführt. Diese Prüfungen werden grundsätzlich am Mehrschichtensystem (idealerweise an Bohrkernen oder Ausschnitten aus Objekten) bei sommerlich warmen Temperaturen durchgeführt. Da bleibende Verformungen im System auch vom Schichtenverbund abhängen, wird eine enge Koordination mit EP3 angestrebt. Zur Validierung der Resultate der Laborprüfungen wird der mobile Modell- Verkehrslastsimulator der Empa MMLS3 eingesetzt, der sich bereits für flexible Fahrbahnüber-gänge sowohl im Labor als auch in situ bewährt hat. Zu diesem Zweck werden im Labor in Abstimmung mit EP2 und EP3 gezielt Modellaufbauten hergestellt und untersucht.

Kurzbeschreibung
(Englisch)

Test methods and procedures for assessing structural resistance of concrete bridge deck asphalt pavement systems with respect to functionality prove testing are evaluated; first requirement values are proposed. Different systems from the SN640 450 catalogue are investigated, using roller compacted and mastic asphalt for wearing and protection layers and considering waterproofing systems with polymer bitumen sheets (PBD), liquid polymer (FLK) and mastic asphalt (MA). Materials, systems and testing objects are chosen according to the uniform instructions by the overall project management.

For the performance related assessment of the deformation resistance of the whole system and for the ranking of the different system as well as the determination of bituminous materials and systems with high risk of large permanent deformation, different mechanical test are performed in the lab, i.e. the French rutting test with the big wheel and the triaxial direct cyclic compression test. These tests are generally conducted at warm summer-like temperatures on the multilayer system (ideally on cores or slabs from objects). Since permanent deformations in the system depend also on the interlayer bonding, a close coordination with EP3 is planned. In order to validate the results of the lab tests, the model mobile load simulator MMLS3 of Empa is used which proved already successful for testing asphaltic flexible plug joints in the lab and in the field. For this purpose special model systems are produced and investigated in the lab in coordination with EP3
Projektbeschreibung
(Deutsch)

Aus Abdichtungsgründen werden auf Brücken häufig relativ weiche bitumenhaltige Schichten eingebaut und mit klassischen standfesten Schichten kombiniert. Da zudem auf Brücken der Verkehr stark kanalisiert wird und sich wegen der klimatischen Exposition (starke Kälte-Hitze Schwankungen) besonders extreme Verhältnisse ergeben, sind bitumenhaltige Schichten auf Brücken vermehrt der Gefahr von Spurrinnenbildung ausgesetzt. Daraus ergeben sich Risiken bezüglich Sicherheit (Eis, Aquaplaning) und Korrosion der Tragkonstruktion, indem durch Versagen standfester Deck- und Binderschichten auf weichen unteren Schichten die Rissbildung und damit das Eindringen von Wasser zwischen die Schichten (Schichtenverbundproblem) und schliesslich durch die Schichten hindurch bis zum Betonuntergrund gefördert werden.

Die Frage der grundsätzlichen Untersuchung der Standfestigkeit des bitumenhaltigen Gesamtaufbaus auf Brücken ist insbesondere auch deshalb besonders dringend, weil Baumassnahmen auf Brücken rasch zu grossen Verkehrsbeeinträchtigungen führen (Stau, Bottle-Neck-Effekt) und infolge neuer Anforderungen an die Multifunktionalität von bitumenhaltigen Schichten auf Brücken (Lärmminderung, Nässe- und Eishemmung) auch immer wieder neue Systeme und Produkte verfügbar werden, deren Eignung entsprechend nachgewiesen werden muss.

Leider sind die mechanischen Prüfungen, Kriterien und Anforderungen zur Beurteilung der Eignung des Gesamtsystems heute noch mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Häufig werden zudem materialspezifisch unterschiedliche Prüfverfahren angewendet, die sich zwar für die Optimierung einzelner Schichtmaterialien eignen (z.B. Stempeleindingtiefe bei MA und einachsiger Druckschwellversuch bei Walzasphalt), die jedoch keine Aussagen betreffend Leistungsfähigkeit des Systems in situ zulassen. Die Erfahrung zeigt, dass insbesondere bei Kombination standfester Deckschichten auf stark elastisch bettenden oder stark viskoplastisch deformierbaren Schichten das Prüfen einzelner Schichten nicht ausreicht, um mit hinreichender Aussagesicherheit das Verhalten des Gesamtaufbaus abschätzen zu können und realistische Perfomance-Anforderungen festzulegen. Hier besteht dringender Handlungsbedarf.

Dieses Projekt behandelt somit folgende Fragestellungen:

o Wie lassen sich die verschiedenen Prüfverfahren zur Bewertung des Gesamtaufbaus hinsichtlich Standfestigkeit einstufen (unter Berücksichtigung von Aussagekraft, Prüfdauer und Prüfauf-wand), und zwar ausgehend von der Vorevaluation der Prüfverfahren gemäß des in der Rahmenausschreibung erwähnten Berichts des Initialprojekts?

o Welche Prüfverfahren sind geeignet zur Erstprüfung von Aufbauten bezüglich Standfestigkeit, bzw. Widerstand gegen permanente Deformation?

o Welche Anteile der Verformung sind den einzelnen Schichten im Gesamtaufbau zuzuordnen? Lassen sich besonders verformungsempfindliche Schichten (beziehungsweise Materialien, aus denen sie bestehen) eruieren?

o Welches ist die Verformung typischer Aufbauten aus bitumenhaltigen Schichten auf Betonbrücken im Sinne der [SN 640 450]?

o Welche Hinweise an Anforderungswerte liefern die Ergebnisse des EP1?

Zu diesem Zweck werden verschiedene Aufbauten aus dem Katalog der SN 640 450 mit Walz- und Gussasphalt als Deck- und Schutzschichten mit den Abdichtungen Polymerbitumen Dichtungsbahnen (PBD), Flüssigkunststoff (FLK) und Mastixasphalt (MA) hinsichtlich bleibender Deformationen durch mechanische Belastung untersucht und bewertet.
Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser
(Deutsch)

Das Projekt wird im Rahmen des Forschungspaketes Erkenntnisse liefern, welche dazu beitragen werden, die Eignung von typischen befahrenen bitumenhaltigen Schichtsystemen mit Abdichtungs-funktion auf Betonbrücken hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegen bleibende Verformungen infolge Verkehrsbeanspruchung zu beurteilen und Anforderungswerte für die Normierung vorzuschlagen.

Gemäss Ausschreibung sind in EP1 keine Erkenntnisse zur Frage des Einflusses der Witterung (Wasser und Temperaturschwankungen) auf die Standfestigkeit zu erwarten. Keine Erkenntnisse liefert EP1 auch bezüglich in situ Validierung im Massstab 1:1, z.B. mittels Grossversuchen. Diese beiden Themenkreise müssten in gesonderten Projekten abgeklärt werden.

Nutzniesser dieses Projektes sind insbesondere die Verkehrsteilnehmer, da die störenden Spurrinnen reduziert und die Intervalle zwischen baulichen Massnahmen vergrössert werden. Dadurch entsteht ein allgemeiner volkswirtschaftlicher Nutzen, da das Projekt dazu beiträgt, die Kosten für die Infrastruktur zu minimieren (Zero-Maintenance). Dadurch werden der Zustand und der Betrieb des Netzes verbessert und die Baustellenhäufigkeit und -dauer reduziert.

Von aussagekräftige Prüfungen im Sinne eines Eignungsnachweises profitieren ferner auch Entwickler und Hersteller von neuen Systemen und Technologien, da dadurch Aussagen über erfolgreiche Innovationen rascher und zuverlässiger möglich werden und das Risiko von Fehlentwicklungen und Fehlinvestitionen reduziert wird. Neue Technologien können zu neuen energiesparenden Lösungen führen und damit der Schonung der Umwelt und der Ressourcen dienen oder aber multifunktionale Systeme ermöglichen (z.B. lärmarme Schichten) und damit den Anwohner in der Nähe von Brücken zu Gute kommen. Letztere profitieren ebenfalls von größeren Intervallen zwischen notwendigen baulichen Maßnahmen.
Methoden
(Deutsch)

Wahl der Prüfverfahren

In diesem Projekt werden in Koordination mit den anderen Einzelprojekten 8 Aufbauten aus dem Katalog der [SN 640 450] mit Walz- und Gußasphalt als Deck- und Schutzschichten und mit den Abdichtungen PBD und FLK untersucht, um möglichst aussagekräftige Prüfverfahren zur Beurteilung der Standfestigkeit des Gesamtaufbaus zu evaluieren. Dabei stützt sich das Projekt auf die im Initialprojekt für die Rahmenausschreibung aufgeführte Vorselektion bekannter normierter mechanischer Prüfungen und die dort aufgezeigten Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren für die Anwendung auf Aufbauten. Demzufolge sind der einachsige Druckschwell- und der statische Kriechversuch vor allem wegen fehlendem Seitendruck sowie die statische und dynamische Stempeleindringprüfung für Gußasphalt zur Beurteilung des Gesamtaufbaus als ungeeignet einzustufen. Dieses Projekt konzentriert sich daher auf den gemäss Vorselektion des Initialprojektes favorisierten triaxialen Druckschwellversuch und Spurbildungstest mit großem Rad. Die Prüfungen werden nach Bedarf begleitet durch standardisierte Charakterisierungsuntersuchungen an den Einzelschichten. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Vorselektion der Prüfungen durch das Initialprojekt bedeutet, dass der Einfluss der Witterung (Wasser und Temperaturschwankungen) nicht Gegenstand der Ausschreibung für EP1 ist, da diese Prüfungen aus geometrischen Gründen und infolge mangelnder seitlicher Zugänglichkeit keine sinnvolle Beanspruchungen durch Wasser erlauben. Triaxialer Druckschwellversuch und Spurbildungstest sind zudem relativ aufwändige Prüfungen, wie sie für Eignungsprüfungen durchaus gerechtfertigt sein können. Für routinemässige Untersuchungen an Mehrschichtenprüfkörpern, z.B. im Rahmen von Kontroll-prüfungen oder Systemoptimierungen, ist es jedoch angezeigt, auch einfache Indikatorprüfungen nicht ganz ausser Acht zu lassen. Soweit sinnvoll, wird daher selektiv am Mehrschichtenprüfkörper mit Walzasphaltdeckschicht auch der einachsige Druckschwellkriechversuch auf Basis der Flow Number mit evaluiert, wie er gegenwärtig als einfache Alternative zum triaxialen Druckschwellversuch als Simple Performance Test in den USA propagiert wird [Lit. 7, 9, 10] und im Falle von Mastixasphaltdeckschichten der dynamische Stempeleindringversuch am Mehrschichtenprüfkörper vorgeschlagen, da letzterer hinsichtlich bleibender Deformationen kritischere Aussagen liefert und der dynamischen Verkehrsbean-spruchung näher kommt.

Die Prüfungen werden bei einer Prüfkörper herrschenden mittleren Temperatur von maximal 40°C durch-geführt. Diese Temperatur wird als maßgebende sommerliche Tages- und Abendtemperatur im Bereich der kritischen „weichen“ Schichten angesehen, die ja thermisch geschützt unter der Fahrbahnoberfläche liegen. Da die vorgeschlagene Temperatur von 40°C deutlich unter der standardisierten Temperatur des Spurbildungstests von 60°C liegt, wird erwartet, dass diese Prüfung im Schichtaufbau auch für MA-Systeme aussagekräftige Resultate liefert. Allenfalls sind die Anforderungen der gegenüber Walzasphalt unterschiedlichen Tragwirkung mit Blick auf den breiten praktischen Erfahrungshintergrund anzupassen.

Zur Beurteilung der Standfestigkeit werden nach der Prüfung die bleibenden Deformationen der einzelnen Schichten vermessen. Wo sinnvoll, wird selektiv auch die Möglichkeit der Untersuchung mittels Computertomografie in Betracht gezogen, beispielsweise in Fällen, wo starke Unterschiede zwischen den bleibenden Deformationen im Inneren der Prüfkörper erwartet werden [Lit. 11]. Die Untersuchungen erfolgen grundsätzlich an Mehrschichtenprüfkörpern, idealerweise an Bohrkernen oder Ausschnitten aus Objekten (objektbezogene Forschung) und in Einzelfällen an Prüfkörpern, die im Labor hergestellt werden und sich an realen Objekten orientieren (in Abstimmung mit EP2 und EP3). Zudem werden selektiv und nach Absprache mit den anderen EPs auch Charakterisierungsprüfungen an den einzelnen Schichten durchgeführt (z.B. Stempeleindringtiefe bei System mit Gußasphalt, vgl. Versuchsmatrix im Initialprojekt-Berichtes unter Tabelle 3.2, „Versuche an Baustoffen“) und in Abstimmung mit EP3 Untersuchungen des Schichtenverbundes nach Leutner vorgenommen. Die Ergebnisse werden in Hinblick auf die praktischen Bedürfnisse der Norm SN 640 450 „Abdichtungssystem und bitumenhaltige Schichten auf Betonbrücken“ ausgewertet.

Eine Besonderheit des Projektes besteht darin, dass zur Validierung der Resultate der Prüfungen am Mehrschichtenprüfkörper sowie zur Beurteilung der Prüfungen im Sinne eines Eignungsnachweises und der darauf basierenden ersten Vorschläge für Anforderungswerte vier Modellaufbauten (davon zwei mit MA) mit einer Grundfläche von ca 1000 x 2000mm untersucht werden, deren gezielte Auswahl aufgrund des Projektverlaufs und in Abstimmung mit EP3 und EP2 erfolgt. Diese Untersuchungen werden insbesondere im Hinblick auf die Bewertung von MA-Systemen mit dem Spurbildungstest als notwendig erachtet. Zur Prüfung wird der mobile Modell-Verkehrslastsimulator MMLS3 der Empa eingesetzt, der sich bereits seit geraumer Zeit für Eignungsprüfungen flexibler Fahrbahnübergänge im Labor aber auch in situ zur Beurteilung des Spurbildungsverhaltens bewährt hat [Lit. 12] und deshalb auch für die Eignungsprüfung der „Mechanical Resistance“ von Fahrbahnübergängen an Modellaufbauten im Rahmen der EOTA verwendet werden wird. Die Untersuchung der Eignung von Brückenbelägen analog zur ETAG (ETA: European Technical Approval) für Fahrbahnübergänge ermöglicht Synergien und ist zukunftsweisend. Mit einer Länge von 2.5 Metern ist die MMLS3 keine Großversuchsanlage und ersetzt allfällige spätere Großversuche nicht! Sie ermöglicht es aber, die notwendige Verbindung zwischen Labor- und Praxis-Beurteilung bei einer allfälligen späteren insitu Validierung mittels Großversuchsanlage herzustellen.

siehe Bild.pdf unten

MMLS3 auf einem Modellaufbau aus Mastixasphalt auf Betonunterlage

Wahl der Materialien, Systeme und Objekte

Materialien, Systeme und Objekte richten sich nach den einheitlichen Vorgaben der Gesamtprojektleitung (roter Faden) bzw. nach der praktischen Verfügbarkeit nach Maßgabe des Netzbetreibers (namentlich des ASTRA). Es sollen im Rahmen des Machbaren die gleichen Baustoffe wie bei den anderen EPs verwendet werden. Die Baustoffe sollen sich zudem an realen Objekten orientieren.

Vorbehaltlich der Detailabsprache mit den anderen Projektpartnern wird vorgeschlagen, mit triaxialem Druckschwellversuch und dem Spurbildungstest sowie selektiv mit einachsigem Druckschwell- und dynamischem Stempeleindringversuch an möglichst praxisnahen Mehrschichtenprüfkörpern jeweils

8 Systeme zu untersuchen. Zudem wird im Hinblick auf die Forderung lärmarmer Beläge das Größtkorn der MR-Deckschicht mit 8mm festgelegt. Somit lauten die Systemaufbauten (Deckschicht/Schutzschicht/ Abdichtung):

  1. MR11/MA16/PBD (zweilagig)
  2. MA11/MA16/PBD (zweilagig)
  3. MR8/MA11/MA16/PBD (zweilagig)
  4. MA8/MA11/MA16/PBD (zweilagig)
  5. MA11/MA16/FLK-PU
  6. MA11/MA16/FLK-PMMA
  7. MA8/MA11/MA8
  8. MR8/MA11/MA8

Begründung:

  • Aufbau 1) und 2) bzw. 3) und 4) sowie 7) und 8) zwecks Untersuchung des Einflusses der Mischgutgruppe der Deckschicht
  • Aufbau 1) und 2) bzw. 3) und 4) zwecks Untersuchung des Einflusses des Aufbaus der Schutzschichten (ein- oder zweilagige Schutzschicht)
  • Aufbau 5) und 6) zwecks Untersuchung des Einflusses der FLK-Abdichtung

Bemerkung, Vorschlag an die Gesamtprojektleitung betreffend Vorgehen:

Die Norm SN640450 schliesst die Möglichkeit der Verwendung von offenporigen Deckschichten auf Brücken noch aus, obwohl solche Lösungen in der Schweiz bereits vereinzelt angewendet werden [Lit. 15]. Es wird der Projektgruppe daher empfohlen, ein solches System zu berücksichtigen. In diesem Fall könnte das System 8) durch ein System mit einer PA Deckschicht ersetzt werden. Gerade bezüglich Eignungsnachweises der Standfestigkeit könnte die Untersuchung eines Systems mit PA besonders aufschlussreich sein.

Was die vier Modellaufbauten für die Validierung mittels MMLS3 betrifft, wird vorbehaltlich der Untersuchungsergebnisse das System 1), 4), 5), 8) vorgeschlagen.

Hinsichtlich Beschaffung der Mehrschichtenprüfkörper ist es Aufgabe des EP1, 2 Objekte zu evaluieren, die gemäss Abschnitt 5.1 des Initialprojekt-Berichts auch EP 2, EP 3, EP 6 dienen. Die übrigen 6 Objekte für EP1 werden gemäss Tabelle 5.1 des Initialprojekt-Berichts durch die EP2, EP3 und EP4 evaluiert. Für EP1 wird grundsätzlich die Entnahme realistischer Prüfkörper aus Brückenobjekten angestrebt, die während der Durchführung des Forschungspaketes gebaut oder bis auf den Betonuntergrund saniert werden oder kürzlich erstellt wurden und in jedem Fall gut dokumentierte Brücken betreffen. Dies ist notwendig, weil auf diese Weise ein realistischer Vergleich der Prüfverfahren, eine spätere Validierung in Grossversuchen und eine Langzeitbewertung des Praxisverhaltens in situ möglich ist. Die Forschungsstelle hat erhebliche Vorbehalte gegenüber labormässig hergestellten Mehrschichtenprüfkörpern (insbesondere solchen mit Walzasphalt) als Bewertungsgrundlage für Eignungsprüfungen, da die Herstellung solcher Prüfkörper im Labor in realistischer Weise kaum sicherzustellen ist und dies ein eigenes Forschungsprojekt erfordern würde. Bekanntlich ist selbst die Thematik der labormäßigen Herstellung realistischer Walzasphaltprüfkörper immer noch Gegenstand heftiger internationaler Debatten und individueller Forschungsarbeiten (z.B: RILEM TC 206 ATB, TG 2). Bei Durchführung der Forschung mit labormäßig hergestellten Mehrschichtenprüfkörpern mit Walzasphalt ist das Risiko eines Misserfolges bzw. von Fehlinterpretationen nach Ansicht der Forschungsstelle als relativ hoch einzustufen. Die Herstellung solcher Laborprüfkörper wird daher in diesem Projekt auf das absolute Minimum reduziert. In jenen Fällen, wo sich im Projektverlauf erweist, dass Prüfkörper hergestellt werden müssen, wird vorgeschlagen möglichst grosse Platte, mindestens aber in der Grösse 40 x 40 cm auf Betonunterlage herzustellen. Die Forschungsstelle verfügt hierzu über geeignete Walzverdichter.

Bezüglich Entnahme realistischer Prüfkörpern aus Objekten wird davon ausgegangen, dass Entnahme, Verkehrsführung, Transport der Prüfkörper ins Labor und Instandstellung nicht durch das Projekt sondern über objektbezogene Forschung finanziert werden. Sollten die Prüfkörper der gewünschten 8 Aufbauten nicht aus Objekten entnommen werden können, wird von der Forschungsstelle empfohlen, zur Untersuchung entsprechende Modellaufbauten auf insgesamt 8 Betonplatten mit einer Grundfläche von ca. 1000 x 2000mm herzustellen, wobei darauf zu achten ist, dass die Herstellung möglichst praxisgerecht erfolgt. Um dies sicherzustellen, müssen entsprechend Aufträge an spezialisierte Bauunternehmungen vergeben werden. Ein ähnliches Vorgehen wurde mit gutem Erfolg auch im Projekt [Lit. 14] realisiert. Es wird davon ausgegangen, dass in diesem Fall die Kosten für die Herstellung der Platten als objektbezogene Forschung finanziert werden können. Da zum Zeitpunkt des Projektantrags nicht klar ist, welche Objekte verfügbar sind, und keine Offerten für die Herstellung von Modellaufbauten durch spezialisierte Bauunternehmungen angegeben werden können, kann hier keine Kostenschätzung erfolgen. Diese Kosten werden bei der Kostenberechnung bewusst ausgeklammert, zumal im Falle ungenügender Verfügbarkeit von Objekten zudem damit zu rechnen ist, dass auch in anderen EPs solche Platten benötigt werden. Hier ist die Gesamtprojektleitung gefordert
Zugehörige Dokumente
Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)

o Einrichtung für triaxialen Druckschwellversuch (an der Empa vorhanden)

o Spurbildungstest mit dem grossen Rad (an der Empa vorhanden)

o Plattenverdichter mit Vibrations-Stahlwalze zur Herstellung großer Mehrschichtenprüfkörper bzw. von Modellaufbauten (an der Empa vorhanden)

o Model mobile load simulator MMLS3 (an der Empa vorhanden)

Röntgen-Computertomograph (an der Empa vorhanden)
Allgemeiner Stand der Forschung
(Deutsch)

Der Stand der Forschung betreffend Abdichtungssysteme und bitumenhaltiger Decken auf Betonbrücken, namentlich auch zu Eignungsprüfungen zum Nachweis der Standfestigkeit, bzw. der bleibenden Deformationen, sowie zum Festlegen von Anforderungen wurde im Initialprojekt für die Rahmenausschreibung des Forschungspaketes skizziert. Es wurde zutreffend festgestellt, dass es zwar eine reichhaltige Literatur zum Thema Spurbildung und permanente Deformation gibt (siehe z. B. Übersicht in [Lit. 3, 5, 6, 7]), dass aber nur spezifische Literatur existiert, die sich, soweit erkennbar, auf Gussasphalt [Lit. 1, 8] oder konkret auf die Standfestigkeit bitumenhaltiger Schichten auf Brücken bezieht [Lit. 2, 16].

Die im Initialprojekt-Bericht aufgeführten möglichen Prüfverfahren für die Standfestigkeit von Mehrschichtenprüfkörpern sind: Der Spurbildungstest in verschiedenen Varianten, die statische und dynamische Stempeleindringprüfung, die statische Kriechprüfung mit der Flow Number (analog simple Performance Test in den USA) sowie der einachsige und der triaxiale Druckschwellversuch. Diese in Frage kommenden Prüfverfahren sind hinsichtlich der Bestimmung der Standfestigkeiten einzelner Schichten (nicht aber für Mehrschichtenprüfkörper!) gut beschrieben [EN12697-20 bis EN 12697-26, bzw. Lit. 7, 9, 10]. Für die konkreten Fragestellungen des EP1 ist somit damit zu rechnen, dass das Problem der Standfestigkeit mit normierten Verfahren behandelt werden kann, dass aber entsprechende Anpassungen und Modifikationen der Prüfbedingungen vorgenommen werden müssen (z.B bezüglich Prüfkörperhöhe oder aber der Prüftemperaturen). Beispielsweise differenzieren beim triaxialen Druckschwellversuch nach Erfahrung der Empa die in der EN für AC formulierten Bedingungen für standfeste Beläge wenig und es ist zusätzlich zumindest der Endzustand (Dicken der Schichten nach der Prüfung) zu erfassen. Besonderes Augenmerk bedarf grundsätzlich die Probenherstellung und die Probenvorbereitung.

Aufgrund der Tatsache, dass die meisten in Frage kommenden Prüfverfahren nicht für Mehrschichtenprüfkörper validiert sind, wird es nach Auffassung der Forschungsstelle erforderlich sein, wenigstens einige ausgesuchte Validierungstest and Modellprüfkörpern durchzuführen. Hierzu eignen sich Modell-Verkehrssimulatoren, namentlich die an der Empa vorhandene und für Fahrbahnübergänge EOTA (European Organization of Technical Approval) kompatible MMLS3 [Lit. 12]. Diese Untersuchungen ersetzten in situ Grossversuche unter effektiven Verkehrsbedingungen oder beschleunigten Belagstestern nicht [Lit. 17], können aber vorbereitende Hinweise geben und insbesondere dazu beitragen, dass Fehlschlüsse aufgrund mehrschichtiger Minisysteme gezogen werden.

Projektziele
(Deutsch)

Das Projekt hat zum Ziel, die Standfestigkeit von Aufbauten aus bitumenhaltigen Schichten auf Betonbrücken zu untersuchen dabei Prüfverfahren zu evaluieren und Grundlagen für Anforderungen in Normen zu liefern. Im Einzelnen umfasst das die Teilziele:

o Evaluation und Einstufung von Prüfungen und Prüfverfahren zur Bewertung der Standfestigkeit des Gesamtaufbaus im Sinne eines Eignungsnachweises (unter Berücksichtigung von Aussagekraft, Prüfdauer und Prüfaufwand)

o Bestimmung und Zuordnung der Verformungsanteile der einzelnen Schichten im Gesamtaufbau

o Eruierung besonders verformungsempfindlicher Schichten (beziehungsweise Materialien, aus denen sie bestehen) inkl. Begründung ihres Verhaltens

o Beschreibung des Verformungsverhaltens typischer Aufbauten im Sinne der [SN 640 450]

o Formulierung erster Vorschläge für Anforderungswerte (im Sinne eines Eignungsnachweises) für den Gesamtaufbau von Abdichtungssystemen und bitumenhaltigen Schichten auf Betonbrücken aufgrund der Ergebnisse dieser Forschungsarbeit

Zusätzlich setzen wir uns zum Ziel, auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse (Ergebnissen von EP1 und EP3) konkrete Vorschläge und Rahmenbedingungen für in situ Validerungen an Objekten mit der Grossversuchsanlage zu erarbeiten.

Projektziele
(Englisch)

The aim of the project is the evaluation of the bearing capacity of bituminous layers on concrete bridges. In this context, test methods and procedures should be determined and basic requirements for standardisation should be evaluated. The individual aims are the following:

o Evaluation and ranking of test methods and procedures for assessing structural resistance of the overall system as tool for functionality prove testing (taking into account soundness, time consumption and testing effort)

o Determination of the contribution of the deformations in single layers in the whole system

o Determination of most deformation susceptible layers (i.e. of the corresponding materials) and understanding the reason for their unfavorable behavior

o Explanation of the deformation behavior of typical systems as defined in [SN 640 450]

o Produce first proposals for requirement values (in the sense of prove testing) for the whole system of water protection and bituminous layers on concrete bridges based on the results of this research

As an additional goal we intend to elaborate specific proposals and general conditions for in-situ validations on objects with a full-scale traffic simulator regarding the results of EP1 and EP3
Forschungsplan
(Deutsch)

Arbeitsschritte

1) Startup: Abgleich und Detailplanung mit den anderen EPs; Definition der zu evaluierenden Materialien und 8 Aufbauten; Organisation von Schritt 2)

2) Laufender Infoaustausch und permanenter nationaler und internationaler Wissenstransfer (Know-how up-dating inkl. gezielte konzertierte Informationsverbreitung)

3) Evaluation von 2 Objekten und Vorbereitungsarbeiten: Evaluation von 2 Objekten, Prüfkörperbeschaffung für verschiedene Systeme und Vervollständigung der fehlenden 6 Objekte gemäss Input von EP2, EP2 und EP4

4) Evaluation der Materialien und Vorabklärungen im Labor an Einzelschichtmaterialien (nach Bedarf)

5) Festlegung der Materialien und der 8 Aufbauten in Absprache mit den anderen EPs und den Netzbetreibern; Laborprüfkörper für ZFP festlegen; Versand an andere EPs

6) Prüfkörperpräparation (Zuschnitt, bzw. Versand), allenfalls Herstellung von Mehrschichtenprüfkörpern (Plattenverdichter mit Vibrations-Stahlwalze) und Durchführung von Standard Charakterisierungsprüfungen

7) Prüfung der Mehrschichtenprüfkörper aus 8 Aufbauten im triaxialem Druckschwellversuch und Spurbildungstest sowie selektiv im Druckschwellkriech- bzw. dynamischen Stempeleindringversuch; Bestimmung der Verformungsanteile der einzelnen Schichten

8) Auswertung & Interpretation, allenfalls ergänzt durch Nachuntersuchungen (Computertomografie); Eruierung besonders verformungsempfindlicher Schichten inkl. Begründung ihres Verhaltens

9) Herstellung der vier Modellaufbauten aufgrund der Ergebnisse und Durchführung Validierungsprüfungen mit MMLS3

10) Auswertung der Validierungsprüfungen und Gesamtinterpretation der Ergebnisse: D.h. Evaluation und Einstufung von Prüfungen und Prüfverfahren zur Bewertung der Standfestigkeit des Gesamtaufbaus im Sinne eines Eignungsnachweises (unter Berücksichtigung von Aussagekraft, Prüfdauer und Prüfaufwand), Beschreibung des Verformungsverhaltens typischer Aufbauten im Sinne der SN 640 450, sowie Erarbeitung von Vorschlägen für Anforderungswerte

11) Schlussbericht des EP1: Laufende Berichtsführung mit Zusammenfassung und Diskussion aller Ergebnisse und Beantwortung der im Projekt behandelten Fragestellungen sowie Formulierung von Vorschläge und Rahmenbedingungen für in situ Validerungen an Objekten mit Grossversuchsanlage

12) Drucken des Berichtes, Projektabschluss

Zeitplan und Meilensteine (vorbehaltlich Koordination mit dem Gesamtpaket)

(Zeitplan siehe unten)

Zugehörige Dokumente
Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)

o Die Erkenntnisse werden im Rahmen des Forschungspakets insbesondere im Bereich Normierung umgesetzt. Sie liefern die Grundlage für das Schließen von Wissenslücken im Bereich der Norm SN 640 450. Davon profitieren werden auch verwandte und auch erst geplante Normen. So wird in Bezug auf Abdichtungssystem und bitumenhaltige Schichten auf Beton in Tunneln in der SN 640 450 nur gesagt, die Norm kann auch bei solchen Systemen angewendet werden. Wissenslücken in der SN 640 450 betreffen also auch solche Bauweisen.

o Es wird das Verständnis für Schadensmechanismen bezüglich bleibender Deformationen in Systemen gefördert. Dieses Verständnis fliesst direkt in Strategien zur Schadensvermeidung ein und kann in ökonomisch und ökologisch optimierten Innovationen umgesetzt werden. Damit kann das Qualitätsniveau gehoben und die Nutzungsdauer der Brücken verlängert werden.

EP1 wird dazu beitragen, die nationale und internationale Erfahrungen für die Schweiz besser nutzbar machen. Es wird der Wissensvermehrung in der Praxis dienen. Dieses
Berichtsnummer
(Deutsch)
1463
Berichtsnummer
(Englisch)
1463
Literatur
(Deutsch)

1. Eliott, R.C., Sida, M.: "Performance testing of mastic asphalt for bridge surfacing", Proceedings of 2nd Eurasphalt and Eurobitume Congress, 20..22 Sept Barcelona, p1022-8, ISBN: 90-802884-3-8, (2000)

2. Crispina, M., Nicolosi, V.: "Temperature analysis in prediction of the rutting of asphalt concrete bridge pavements", Int J. of Road Materials and Pavement Design, vol., 2, no. 4. p. 403-19, ISSN: 1468-0629, (2001)

3. Cagliano, B., Blab, R., Kappl, K.: “Models for Permanent Deformation for Bituminous Bound Materials in Flexible Pavements”, SAMARIS Report (2004)

4. Sarsam, S.I.: "Improving asphalt concrete quality for ramps and approaches", Indian Highways, vol. 34, no. 3. p. 61-66, ISSN: 0376-7256 (2006)

5. Partl, M.N. [Editor]: "Performance testing and evaluation of bituminous materials PTEBM'03”. Proceedings of the 6th International RILEM Symposium held Zurich, Switzerland, 14-16 April, ISBN: 2-912143-35-7, (2003)

6. Sousa, J. B., Craus, J., Monismith, C.: ”Permanent Deformation in Asphalt Concrete” SHRP-A-318, (1991)

7. Witczak, M. “Simple Performance Tests: Summary of Recommended Methods and Database” NCHRP Report 547, NCHRP Project 9-19, “Superpave Support and Performance Models Management,” TRB (2005)

8. Eulitz, H.-J, Damm, K.-W., Ammadi, M.: "Erweiterte Eignungsprüfungen für Brückenbeläge aus Gußasphalt", Bitumen vol. 66, no. 4. p. 150-4. , ISSN: 0006-3916, (2004)

9. Bhasin, A ; Button, J W; Chowdhury, A.: “Evaluation of Simple Performance Tests on Hot-Mix Asphalt Mixtures from South Central United States”, Transportation Research Record No. 1891, Bituminous Paving Mixtures, p. 174-181, ISSN: 0361-1981 (2004)

10. Sullivan, B., Quayum, M., Kaloush, K., Witczak, M.: “Evaluation and Challenges of the Flow Number Simple Performance Test”. 10th International Conference on Asphalt Pavements, Quebec City, Canada, August 14-17, 2006.

11. Partl, M.N., Flisch, A., Jönsson, M.: Comparison of Laboratory Compaction Methods Using X-ray Computer Tomography”. International Journal of Road Materials and Pavement Design, Hermes Science Publications, Vol 8/2, pp139...164, (2007)

12. Raab, C., Partl, M.N., Jenkins, K., Hugo, F.: “Determination of Rutting and Water Susceptibility of Selected Pavement Materials using MMLS37th International Conference on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, BCRA’05, Trondheim, 27.-29. June (2005)

13. Partl, M.N., Hean, S.: Langzeitverhalten von Fahrbahnübergängen aus Polymerbitumen auf Brückenobjekten“ Neues aus der Brückenforschung, Sia Dokumentation D0223, ISBN 978-3-03732-011-2, pp 51…58, (2007)

14. Hean, S., Partl, M.N.: Erfassung massgebender Einflussfaktoren bei Brückenabdichtungssystemen mit Bitumenbahnen“ Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation, Bundesamt für Strassen. Report Nr597, Oktober (2006)

15. Hugenschmidt, J.: Zusammenhang zwischen dielektrischen Eigenschaften und Zustandsmerkmalen von bitumenhaltigen Fahrbahnbelägen (Pilotuntersuchung)“, in laufendem Projekt VSS 2005/701

16. Castro, M.: “Structural design of asphalt pavement on concrete bridges”, Can. J. Civ. Eng. 31(4): 695–702 (2004)

17. Hugo, F, Epps, A.: “Significant Findings From Accelerated Pavement Testing”, NCHRP Synthesis 325, TRB (2004)