Untersuchung des Verformungsverhaltens von Asphalt zur Bestimmung von Materialkennwerten für die Dimensionierung

Schindler, Kerstin

In Deutschland werden Straßenbefestigungen nach den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen (RStO), die auf empirischen Grundlagen basieren, bemessen. Alternativ kann zukünftig ein analytisches Verfahren gemäß den Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaues von Verkehrsflächen mit Asphaltdecke (RDO) angewendet werden. Danach wird aus den mischgutspezifischen Spannungs-Dehnungsverläufen in einer Fahrbahnbefestigung und den verschiedenen Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit einer Straßenbefestigung der Widerstand gegen Ermüdung, Rissbildung und Verformung hinsichtlich des Befestigungsaufbaus optimiert. Um die Spannungs-Dehnungsverläufe realitätsnah zu beschreiben, wurden in dieser Arbeit für die Stoffmodellierung Materialkennwerte zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Asphalt bestimmt. Es wurden mit drei unterschiedlichen Prüfverfahren die für die Dimensionierung erforderlichen Eingangswerte an vier verschiedenen Deckschichtvarianten, einer Binder- sowie einer Tragschichtvariante ermittelt. Asphalt weist ein elastisches, viskoses und plastisches Verformungsverhalten auf, das außerdem noch abhängig von Temperatur, Frequenz und Last ist. Daher wurden im Prüfprogramm diese drei Einflussgrößen systematisch variiert. Als Kennwerte wurden aus den unter verschiedenen Beanspruchungskombinationen gemessenen Verformungen die absoluten Elastizitätsmoduln, Steifemoduln, Phasenwinkel und Querdehnzahlen sowie Dehnungsraten, Verläufe der Dehnungskurven und Dehnungen nach festgelegten Beanspruchungszeiten für die ausgewählten Asphaltvarianten berechnet, ausgewertet und analysiert. Die Prüfverfahren unterscheiden sich hinsichtlich der Probekörpergeometrie und der im Probekörper herrschenden Spannungszustände. Die Auswirkungen dieser Randbedingungen auf das Verformungsverhalten und somit auf die Kennwertermittlung wurden untersucht und bestimmt bzw. durch eine Modifizierung der Verformungsmessung eliminiert.

In Germany asphalt structures are designed according to catalogued proven constructions (RStO), which are based on empirical principles. Alternatively an analytic procedure can be used soon as given in the guideline for the analytic design of asphalt constructions (RDO). This procedure allows optimizing the resistance against fatigue, cracking and deformation regarding the structure by using the stress-strain processes of different asphalts in a pavement structure and the different requirements of the serviceability of structures. In order to describe the stress-strain processes realistically, properties for the material modelling were determined in this work to specify the deformation behaviour of asphalt. Three different deformation test methods were used to determine the input values for the design of structures at four different surface course asphalts, one binder and one base course asphalt. The deformation behaviour of asphalt is elastic, viscous and plastic, additionally it depends on temperature, loading frequency and applied stress. For this reason, these three influencing factors were systematically varied in the test program. From the deformations determined under different test combinations, the resilient modulus, the stiffness modulus, the phase angle and the radical strain coefficient as well as the rates of strain, the strain curve and the strain after defined duration of loading were calculated, evaluated and analysed for the selected asphalt variants. The testing methods differ in the geometry of the test specimen and the stress conditions within the test specimen. The effects of these conditions on the deformation behaviour and on the determination of material properties were analysed and specified or rather eliminated by a modification of the deformation measurement.

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Schindler, Kerstin: Untersuchung des Verformungsverhaltens von Asphalt zur Bestimmung von Materialkennwerten für die Dimensionierung. 2008.

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