Research accompanying the introduction of the falling weight deflectometer (FWD) in the Federal Republic of Germany

Im Rahmen der Erhaltung bestehender Straßen ist die Erfassung und Bewertung der Tragfähigkeit von großer Bedeutung. Zu deren Messung stehen statische, quasistatische und dynamische Verfahren zur Verfügung. Seit etwa 20 Jahren wird weltweit die dynamische Messmethode mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD) angewendet. Die mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD) gemessenen Deflexionen werden meistens unter vereinfachten Annahmen bezüglich der Last, der Materialgesetze für verschiedene Schichten und der dynamischen Effekte analysiert. Um einen Überblick über die wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu erhalten, wurde eine Literaturstudie durchgeführt, aus der sich folgende Gliederung ergab: - Arbeits- und Wirkungsweise des FWD, - Rückrechnungsmethoden, - Interpretierbarkeit der FWD-Messergebnisse, - Vergleich verschiedener Rückrechnungsprogramme, - Vergleich verschiedener FWD-Geräte, - Vergleich FWD mit anderen Messverfahren, - Sonstiges. Ein Ergebnis dieser Literaturstudie ist, dass eine theoretische Analyse des FWD-Verfahrens, wie sie in diesem Forschungsvorhaben durchgeführt wurde, noch nicht existiert. Darüber hinaus wurde das FWD-Verfahren detailliert mathematisch-physikalisch analysiert. Anhand der mathematisch-physikalischen Analyse des FWD-Verfahrens wird deutlich, das die E-Moduli elasto-statisch zurückgerechnet werden können. Allerdings kann die Dämpfung ab einer Deflexion von etwa größer gleich 0,4 mm die Messergebnisse des Falling Weight Deflectometer beeinflussen. Wie sich die Dämpfung auf die Messergebnisse auswirkt müsste analysiert werden. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die Dispersion zu keiner nennenswerten Verfälschung der Impulsform führt. Des weiteren wurden Deflexions-, Einsenkungs- und Krümmungsmessungen auf ehemaligen Untersuchungsstrecken und auf Strecken aus den jungen Bundesländern durchgeführt. Anhand der Messergebnisse auf ehemaligen Untersuchungsstrecken wurden die Schicht-E-Moduli zurückgerechnet und interpretiert. Hierzu wurden folgende Programme verwendet: - Mehrschichtenprogramm, - FWD-Rückrechnungsprogramm, - PROBE90-Programm und - Finite-Element-Programm. Zur Überprüfung der Rückrechnungsergebnisse erfolgten Asphalt-E-Modul-Bestimmungen im Labor.The measurement and assessment of the bearing capacity is of great significance in the course of the maintenance of existing roads. Static, quasi-static and dynamic methods are available for measuring the bearing capacity. For about 20 years, the dynamic measuring method with the falling weight deflectometer (FWD) has been applied worldwide. The deflections measured with the falling weight deflectometer (FWD) are usually analysed an the basis of simplified assumptions regarding the load, the material laws for various layers, and the dynamic effects. In order that an overview of the scientific publications might be obtained, a literature study was performed, which resulted in the following breakdown: - Principles of operation and action of the FWD, - Calculation methods, - Interpretability of the FWD measurement results, - Comparison of various calculation programs, - Comparison of various FWD devices, - Comparison of FWD with other measuring methods, - Miscellaneous. One result of this literature study was to establish that a theoretical analysis of the FWD method, as was performed in this research project, had not been performed previously. In addition, the FWD method was subjected to detailed physical and mathematical analysis. lt is clear from the physical and mathematical analysis of the FWD method that the moduli of elasticity can be calculated on the basis of elastostatic principles. From a deflection of around 0.4 mm upwards, however, the damping can influence the measurement results of the falling weight deflectometer. The manner in which the damping affects the measurement results should be analysed. In addition, it was possible to prove that the dispersion does not lead to any significant corruption of the pulse shape. Furthermore, deflection, settlement and curvature measurements were performed on past investigation sections and on sections in the new Federal Laender. The layer moduli of elasticity were calculated and interpreted using the measurement results from past investigation sections. The following programs were used for this purpose: - Multi-layer program, - FWD calculation program, - PROBE90 program and, - Finite element program. For the purpose of checking the calculation results, the asphalt modulus of elasticity was determined in the laboratory

Asphaltoberbau und extreme Temperaturen

Der Artikel beschreibt Forschungsuntersuchungen von einer Neugestaltung der Asphaltarten- und Asphaltsorten in Bezug zu ihrer thermophysikalischen und Lichttechnischen Eigenschaften. Dies it insbesondere aufgrund des Klimawandels notwendig, da bisherige Asphaltoberbaukonstruktionen sich mit zunehmender Temperatur verformen

Sustainable and efficient repair of potholes

Im vorliegenden Projekt wurden in der Praxis verbreitete Materialien zur Schlaglochsanierung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit untersucht. Zunächst erfolgte eine Online-Befragung von Straßenbaulastträgern, um sowohl die Art der zum Einsatz kommenden Materialien als auch deren Einbaubedingungen umfassend zu ermitteln. Erwartungsgemäß zeigte sich, dass Kaltasphalte am weitesten verbreitet sind. Die Online-Befragungsergebnisse begründeten die Vorauswahl der Materialien, die sowohl im Labor als auch im Rahmen von Großversuchen (Rundlaufanlage) geprüft wurden. Dabei handelte es sich um diverse nicht-reaktive und reaktive Kaltasphalte, Heißasphalte sowie Sonderasphalte. Um entsprechende vergleichende Untersuchungen reproduzierbar durchführen zu können, musste zunächst ein Verfahren zur Erstellung von Musterschlaglöchern entwickelt werden. Diesbezüglich erwies sich ein Substitutionsverfahren als das am besten geeignete, bei dem ein Ersatzkörper in die Deckschicht eingebaut und gezogen wird. Die Großversuche zeigten auf, dass die Standfestigkeit der untersuchten Sanierungsmaterialien auf Grundlage des Kriteriums der Gesamtverformung stark voneinander abweichen. Während der Überrollung mit gleichzeitiger Beregnung wurden im Gegensatz zu Frost und Tauen erhebliche Schädigungen festgestellt. Ein Vergleich der Großversuche mit Laborversuchen zeigte, dass mittels modifizierten Spurbildungsversuchs die beste Korrelation verzeichnet werden kann. Ob mit einer Vergleichmäßigung der Versuchsrandbedingungen eine zufriedenstellende Übertragbarkeit möglich ist, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass sich Heißasphalte als Materialien mit besonders guter Haltbarkeit erwiesen haben und sich bei Kaltasphalten die generelle Tendenz gezeigt hat, dass reaktive Kaltasphalte haltbarer sind als nicht-reaktive. Jedoch ist zu betonen, dass es sowohl gut haltbare nicht-reaktive Materialien gibt als auch schlecht haltbare reaktive Materialien.This project researched the durability of the materials commonly used to repair potholes in practice. To begin with, an online survey was conducted of the bodies responsible for building and maintaining roads with a view to gaining a full insight into the types of materials used and the conditions for their implementation. As expected, cold-mix asphalt turned out to be the most common material. Based on the results of the online survey, an initial selection was made of materials to undergo laboratory assessments and extensive practical tests on a circular test track. The chosen materials were various different reactive and non-reactive cold-mix, hot-mix and special asphalts. A process for producing potholes had to be developed before testing could begin, in order to ensure that the comparative tests could be reproduced. The most suitable means of creating potholes was a substitution process which involved incorporating a substitute material into the surface layer and then removing it. The extensive battery of practical tests revealed that the repair materials' resistance varied greatly in terms of overall deformation. Considerable damage was observed during the "excessive moisture" test cycle, as opposed to the "freezing and thawing" test cycle. Comparing the practical tests with the laboratory tests showed that the best correlation could be achieved by using a modified version of the wheel tracking test, though on the whole, the results of the laboratory and practical tests do not yet correspond to a satisfactory extent. In summary, hot-mix asphalts turned out to be especially durable. Where cold-mix asphalts are concerned, reactive asphalts tended to perform better than non-reactive ones. However, it is worth noting that highly durable non-reactive materials do exist, as do non-durable reactive materials

Temperatureinfluss auf die Sichtbarkeit von Substanzmerkmalen (Oberfläche)

Das Ziel der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) auf Bundesfernstraßen ist die Bereitstellung qualitätsgesicherter Daten für das Erhaltungsmanagement. Ein für die Beurteilung des Zustands wichtiges Merkmal sind Risse an der Fahrbahnoberfläche (Netzrisse, Risshäufungen, Einzelrisse bei Asphaltbauweise; Längs-, Querrisse bei Betonbauweise). Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Fahrbahnoberflächentemperatur und -feuchte die Sichtbarkeit von Rissen beeinflussen. Diese Einflussfaktoren waren in diesem Forschungsprojekt zu untersuchen und zu quantifizieren. Auf vier Versuchsstrecken wurden zu unterschiedlichen Jahres- und Tageszeiten mit einem schnellfahrenden Messsystem Oberflächenbilder zur Erfassung von Substanzmerkmalen der Fahrbahnoberfläche gemäß ZTV ZEB-StB aufgenommen, ausgewertet und analysiert. Die Auswertungen der erhobenen Messdaten haben einen Einfluss der Fahrbahnoberflächenfeuchte auf die Sichtbarkeit von Rissen gezeigt. Im Vergleich zu trockenen Fahrbahnen nimmt die Erkennbarkeit bei abtrocknender Fahrbahnoberfläche zu, wenn Restfeuchte in den Rissen verbleibt. Da die Restfeuchte auf der Fahrbahn praktisch kaum gesteuert beeinflusst und nur schwierig quantifiziert werden kann, sind Erfassungen auf Abschnitten mit Restfeuchte nicht zu empfehlen. Auch ist von Messungen bei Regen sowie bei geschlossenen und größeren Wasserfilmdecken abzusehen, da die Erkennbarkeit von Rissen hierdurch stark eingeschränkt wird. Der Einfluss der Temperatur auf die Erkennbarkeit von Rissen konnte im Rahmen des Forschungsprojektes nicht eindeutig nachgewiesen werden. Innerhalb der Wintermessungen wurden vermehrt Risse auf Fahrbahnen in Asphaltbauweise erkannt. Jedoch konnte nicht genau differenziert werden, ob dieser Einfluss allein auf die niedrigen Temperaturen zurückzuführen ist oder ob infolge der niedrigen Lufttemperaturen im Winter eine geringe Rest-feuchte in augenscheinlich trockenen Abschnitten zu einer Verbesserung der Risserkennung geführt hat. Ein signifikanter Einfluss mittlerer und hoher Fahrbahnoberflächentemperaturen auf die Erkennbarkeit von Rissen konnte auf Fahrbahnen in Asphaltbauweise nicht nachgewiesen werden. Bei der Versuchsstrecke in Betonbauweise wurde bei höheren Fahrbahnoberflächentemperaturen eine bessere und bei niedrigen eine verschlechterte Sichtbarkeit von Rissen festgestellt.The aim of the pavement condition survey and assessment (ZEB) on federal highways is to provide quality-assured data for maintenance management. Cracks on the road surface (crazing, accumulation of cracks, individual cracks in asphalt constructions; longitudinal and transverse cracks in concrete constructions) are an important characteristic for assessing the condition. Experience has shown that the road surface temperature and humidity influence the visibility of cracks. These influencing factors were investigated and quantified in this research project. On four test sections, surface images were recorded, evaluated and analyzed at different times of the year and day using a high-speed measuring system for recording substance characteristics of the road surface in accordance with ZTV ZEB-StB. Evaluations of the measured data have shown that the road surface humidity has an effect on the visibility of cracks. Compared to dry road surfaces, the detectability increases with drying road surfaces when residual humidity remains in the cracks. Since the residual humidity on the road surface can hardly be controlled and is difficult to quantify, it is not advisable to collect data on sections with residual humidity. Measurements in rain as well as in case of closed and larger water films are also not advisable, as this greatly reduces the detectability of cracks. The influence of temperature on the visibility of cracks could not be clearly proven in this project. During the winter measurements, cracks in asphalt pavements were increasingly detected. However, it could not be precisely differentiated whether this influence is due solely to the low temperatures or whether a low residual humidity in apparently dry areas led to an improvement of the detection of cracks as a result of the low air temperatures in winter. A significant influence of medium and high road surface temperatures on the visibility of cracks could not be detected on asphalt pavements. The test section in concrete construction was found to have a better visibility of cracks at higher road surface temperatures and a worse visibility of cracks at lower temperatures