Ein Beitrag zur Dimensionierung von Straßenkonstruktionen mit dünnen Asphaltdecken auf Tragschichten ohne Bindemittel unter Berücksichtigung nichtlinear elastischer Materialeigenschaften

Um die Verwendung der Bauweise „dünne Asphaltschicht auf Tragschicht ohne Bindemittel“ in Bereichen geringer Verkehrsbelastung in Deutschland zu forcieren, wird die Anwendbarkeit des derzeit gültigen Regelwerkes auf die genannte Bauweise überprüft und erarbeitete Hinweise zu notwendigen Anpassungen bzw. Erweiterungen bereitgestellt. Im Speziellen wird das Regelwerk RDO Asphalt unter Berücksichtigung der Anforderungen in dem Regelwerk RStO in Anwendung gebracht und weiterer Forschungsbedarf abgeleitet. Auf Grundlage von umfassenden Berechnungen zu Beanspruchungszuständen und durchgeführten Dimensionierungsberechnungen, die durch eine große Varianz der hierfür erforderlichen Eingangsdaten geprägt sind, werden Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von flexiblen Straßenkonstruktionen mit nur dünnen Asphaltschichten (von ca. 4 cm) aufgezeigt. Das nichtlineare Materialverhalten der granularen Gesteinskorngemische wird dabei durch Anwendung eines nichtlinearen Stoffmodells, des Dresdner Modells, berücksichtigt. Das Dresdner Modell besteht aus zwei Ansatzfunktionen, die sowohl eine spannungsabhängige Formulierung des Elastizitätsmoduls als auch der Querdehnzahl bereitstellen. Um eine sinnvolle bzw. praktikable Anwendung des Dresdner Modells zu ermöglichen, werden zwei Varianten der Parameterbestimmung ausführlich anhand eines umfänglichen Beispiels vorgestellt und diskutiert. Auch werden der Einfluss der Korngeometrie (d. h. anisotropen Materialverhaltens) und des Verdichtungszustandes auf prüftechnisch bestimmtes Materialverhalten und die darauf aufbauende Parameterbestimmung untersucht und somit die Einsatzgrenzen des verwendeten Stoffmodells aufgezeigt. Anhand des Dresdner Modells wird erläutert, wie Stoffmodelle, die ursprünglich unter Voraussetzung homogener Spannungszustände entwickelt wurden, für inhomogene Spannungszustände angepasst werden können. Da Gesteinskorngemische nur über eine sehr begrenzte Fähigkeit verfügen, Zugspannungen aufnehmen zu können und das Dresdner Modell nur für Beanspruchungen im Druck- und nicht im Zugbereich definiert ist, werden zwei von der Autorin erarbeitete Möglichkeiten vorgestellt, um auftretende Zugbeanspruchungen zu reduzieren. Die verschiedenen Modellvarianten werden ausführlich beschrieben und anhand von dimensionierungsrelevanten Kenngrößen und weiteren ausgewählten Beanspruchungszuständen sowie berechneten Nutzungsdauern bzw. Ausfallzeitpunkten bewertet. Zudem wird erklärt, was jeweils bei der Einbindung in Finite Elemente Berechnungsprogramme zu berücksichtigen ist. Die korrekte Einbindung des Dresdner Modells wird anhand der Simulation von Ergebnissen aus Triaxialversuchen nachgewiesen. Aus den verschiedenen Modellvarianten wird eine zu bevorzugende Variante ausgewählt. Für diese Variante werden anschließend die Ergebnisse einer umfassenden Parameterstudie vorgestellt. Variiert werden sowohl Modellbedingungen, wie Geometrie- und Randbedingungen, als auch belastungsspezifische Annahmen und Materialeigenschaften. Das Dresdner Modell (d. h. ein nichtlineares Stoffmodell) wird hierbei erstmalig für eine rechnerische Dimensionierung nach den RDO Asphalt eingesetzt. Anhand umfänglicher Dimensionierungsberechnungen werden die Grenzen der derzeit geforderten Nachweise hinsichtlich deren Anwendbarkeit für Straßenbefestigungen mit dünnen Asphaltschichten auf Tragschichten ohne Bindemittel aufgezeigt und die Notwendigkeit der Berücksichtigung des i. d. R. nichtlinearen Verhaltens von Gesteinskorngemischen analysiert. Als Voraussetzung hierfür wird eine Möglichkeit vorgestellt, nichtlinear elastisches Materialverhalten durch lineares Materialverhalten zu repräsentieren. Die Berechnung von Beanspruchungszuständen erfolgt mit den eigens hierfür in Comsol erarbeiteten Finite Elemente Modellen. Anschließende Dimensionierungberechnungen wurden mittels von der Autorin bereitgestellten Excel-Makros realisiert. Ein Vergleich berechneter Beanspruchungszustände in verschiedenen Befestigungsvarianten mit im Triaxialversuch aufgebrachten Belastungen (zur Bereitstellung von Prüfdaten zur Bestimmung von Modellparametern) bietet Richtwerte zur Ableitung notwendiger Prüfbedingungen.To demonstrate the capabilities of the construction method „thin asphalt layer on unbound granular base course“ in areas of low traffic load in Germany, the applicability of the current national regulations to the construction method mentioned is examined and information is provided on necessary adaptations and extensions. In particular, the « RDO asphalt » regulations are applied, taking into account the requirements of the RStO regulations, and the need for further research is derived. Based on comprehensive calculations on stress and strain conditions and design life calculations, which are characterised by a large variance in the input data required for this, the possibilities and limits of the use of flexible road constructions with only thin asphalt layers (of approx. 4 cm) are shown. The non-linear material behaviour of the granular aggregate mixtures is taken into account by applying a non-linear material model, the Dresden model. The Dresden model consists of two initial functions, which provide both a stressdependent formulation of the elastic modulus and the Poisson’s ratio. In order to enable a reasonable and practicable application of the Dresden model, two variants of parameter determination are presented and discussed in detail on the basis of a comprehensive example. The influence of the grain geometry (i.e. anisotropic material behaviour) and the state of compaction on the material behaviour - determined by testing - and the parameter determination based on it are also examined. Based on this the limits of the applied material model are presented. Using the Dresden model, it is explained how material models, which were originally developed under the assumption of homogeneous stress conditions, can be adapted for inhomogeneous stress conditions. Since aggregate mixtures have only a very limited ability to absorb tensile stresses, and the Dresden model is only defined for stresses in compression and not in tension, two possibilities, developed by the author, are presented to reduce occurring tensile stresses. The different model variants are described in detail and evaluated on the basis of dimensioning-relevant parameters and other selected stress conditions as well as calculated service lives or failure times. In addition, it is explained what has to be taken into account when integrating the model variants into finite element calculation programs. The correct integration of the Dresden model is demonstrated and verified by simulating results from triaxial tests. From the different model variants a preferred variant is selected. The results of a comprehensive parameter study are then presented for this variant. Model conditions, such as geometry and boundary conditions, as well as load-specific assumptions and material properties are varied. The Dresden model (i.e. a nonlinear material model) is used for the first time for a computational design of flexible pavements following the RDO Asphalt standards. On the basis of extensive design life calculations, the limits of the currently required verifications are shown with regard to their applicability for road pavements with thin asphalt layers on unbound granular base courses and the necessity of taking into account the generally non-linear behaviour of aggregate mixtures is analysed. As a prerequisite for this, an approach is presented to represent non-linear elastic material behaviour by linear material behaviour. The calculation of stress conditions is carried out with the finite element models specially developed for this purpose in Comsol. Subsequent design life calculations were realised using Excel macros created by the author. A comparison of calculated stress conditions in different pavement variants, with measured stresses obtained from triaxial tests provides orientation values for deriving necessary test conditions for future investigations.Afin de pousser l’utilisation de la méthode de construction „couche d’asphalte mince sur la couche de base sans liant“ dans les zones à faible trafic en Allemagne, l’applicabilité de l’ensemble des règlements actuellement en vigueur à la méthode de construction mentionnée est examinée et des informations sur les adaptations ou extensions nécessaires sont fournies. En particulier, le règlement « RDO Asphalt » est appliqué, en tenant compte des exigences de règlement RStO, et le besoin de recherches supplémentaires en est déduit. Les possibilités et les limites de l’utilisation de constructions routières flexibles avec des couches d’asphalte minces (d’environ 4 cm) sont présentées sur la base de calculs complets des états de contrainte, de déformation et de calculs de dimensionnement (qui sont caractérisés par une grande variance des données d’entrée nécessaires). Le comportement non linéaire des mélanges de granulats est pris en compte en appliquant un modèle de matériau non linéaire : le modèle de Dresde. Le modèle de Dresde se compose de deux fonctions initiales, qui fournissent à la fois une formulation du module d’élasticité et de coefficient de Poisson en fonction de la contrainte. Afin de permettre une application judicieuse et pratique du modèle de Dresde, deux variantes de détermination des paramètres sont présentées et discutées en détail sur la base d’un exemple complet. L’influence de la géométrie des grains (c’est-à-dire le comportement anisotrope du matériau) et de l’état de compactage sur le comportement du matériau déterminé par les essais et la détermination des paramètres qui en découle est également examinée, ce qui permet de montrer les limites d’application du modèle de matériau utilisé. À l’aide du modèle de Dresde, on explique comment les modèles de matériaux, qui ont été développés à l’origine dans l’hypothèse de conditions de contraintes homogènes, peuvent être adaptés à des conditions de contraintes inhomogènes. Comme les mélanges de granulats n’ont qu’une capacité très limitée à absorber les contraintes de traction et que le modèle de Dresde n’est défini que pour les contraintes en compression et non en traction, deux possibilités développées par l’auteur sont présentées pour réduire les contraintes de traction qui se produisent. Les différentes variantes du modèle sont décrites en détail et évaluées sur la base des paramètres de dimensionnement et d’autres conditions de contrainte sélectionnées, ainsi que des durées de vie et des temps de défaillance calculés. En outre, il est expliqué ce qui doit être pris en compte lors de l’intégration du modèle dans les programmes de calcul par éléments finis. L’intégration correcte du modèle de Dresde est vérifiée en simulant les résultats d’essais triaxiaux. Parmi les différentes variantes du modèle, une variante préférée est sélectionnée. Les résultats d’une étude exhaustive des paramètres sont ensuite présentés pour cette variante. Les conditions du modèle, telles que la géométrie et les conditions aux limites, ainsi que les hypothèses spécifiques à la charge et les propriétés des matériaux, sont variées. Le modèle de Dresde (c’est-à-dire un modèle de matériau non linéaire) est utilisé pour la première fois pour des calculs de dimensionnement selon le règlement « RDO Asphalt ». Sur la base de calculs de dimensionnement approfondis, les limites des vérifications actuellement requises sont montrées en ce qui concerne leur applicabilité pour les construction routières avec des couches minces d’asphalte sur des couches de base sans liant et la nécessité de prendre en compte le comportement généralement non linéaire des mélanges de granulats est analysée. Comme condition préalable à cela, une possibilité est présentée de représenter le comportement élastique non linéaire des matériaux par un comportement linéaire des matériaux. Le calcul des conditions de contrainte est effectué avec les modèles d’éléments finis spécialement développés à cet effet dans Comsol. Les calculs de dimensionnement ultérieurs ont été réalisés à l’aide de macros Excel fournies par l’auteur. Une comparaison des conditions de contrainte calculées dans différentes variantes de fixation avec les charges appliquées dans l’essai triaxial (pour fournir des données d’essai permettant de déterminer les paramètres du modèle) fournit des valeurs guides pour dériver les conditions d’essai nécessaires

Performance of asphalt mixes with high recycling rates for wearing layers

The corresponding paper presents selected results of a research on the feasibility of going toward 100% recycling of asphalt pavements into surface courses through an increasing percentage of RA within the mixes. The research is carried out within a two-year CEDR Transnational Road Research project, AllBack2Pave, led by the Technische Universitaet Dresden (Germany), together with the University of Nottingham (UK) and the University of Palermo (Italy), and finalised in January 2016. The main objectives of the project are - to establish, through laboratory tests on binders and asphalt mixes, whether the use of high rates of RA is feasible in developing mixes with high level of durability, and - to develop a "AllBack2Pave end-user manual” on how to best produce cost-effective and high-quality asphalt mixes with high RA content followed by a sustainability assessment of the practice of using asphalt surface mixes with high recycling rates based on chosen European case studies to identify the most cost-effective solutions, together with their environmental impact over the whole lifecycle of selected road pavements. The paper focus on selected results of laboratory tests conducted for different types of representative asphalt surface mixes with different amounts of reclaimed asphalt as well as for the bitumen extracted from the investigated asphalt mixes. In detail, the thermal cracking resistance of the used bitumen will be analysed and critical temperatures will be given. Regarding the asphalt mixes, the stiffness behaviour and the rutting resistance of all materials will be discussed

Efficient Simulation of 3D Electro-optical Waveguides Using the Effective Refractive Index Method

Abstract: 3D FEM simulation of millimeterscale, complex electro-optically induced waveguide based devices demands the use of grids with more than several million nodes. Hence, the simulation could take substantial time and require large amounts of available memory. This paper presents a computation algorithm based on the conversion of an initial 3D waveguide structure into an analogous 2D structure, where the wave propagation on the 'reduced' dimension is described by an effective refractive index. It is shown that with the proposed algorithm the computing efficiency could be improved. Moreover the algorithm could be successfully used to simulate large-size passive or electro-optically active waveguide structures. For an electro-optical waveguide coupler, we could demonstrate a good agreement between simulated and calculated coupling length

Activity-dependent silencing reveals functionally distinct itch-generating sensory neurons

The peripheral terminals of primary sensory neurons detect histamine and non-histamine itch-provoking ligands through molecularly distinct transduction mechanisms. It remains unclear, however, whether these distinct pruritogens activate the same or different afferent fibers. We utilized a strategy of reversibly silencing specific subsets of murine pruritogen-sensitive sensory axons by targeted delivery of a charged sodium-channel blocker and found that functional blockade of histamine itch did not affect the itch evoked by chloroquine or SLIGRL-NH2, and vice versa. Notably, blocking itch-generating fibers did not reduce pain-associated behavior. However, silencing TRPV1+ or TRPA1+ neurons allowed AITC or capsaicin respectively to evoke itch, implying that certain peripheral afferents may normally indirectly inhibit algogens from eliciting itch. These findings support the presence of functionally distinct sets of itch-generating neurons and suggest that targeted silencing of activated sensory fibers may represent a clinically useful anti-pruritic therapeutic approach for histaminergic and non-histaminergic pruritus

Reconnection Inside a Dipolarization Front of a Diverging Earthward Fast Flow

We examine a Dipolarization Front (DF) event with an embedded electron diffusion region (EDR), observed by the Magnetospheric Multiscale (MMS) spacecraft on 08 September 2018 at 14:51:30 UT in the Earth's magnetotail by applying multi-scale multipoint analysis methods. In order to study the large-scale context of this DF, we use conjunction observations of the Cluster spacecraft together with MMS. A polynomial magnetic field reconstruction technique is applied to MMS data to characterize the embedded electron current sheet including its velocity and the X-line exhaust opening angle. Our results show that the MMS and Cluster spacecraft were located in two counter-rotating vortex flows, and such flows may distort a flux tube in a way that the local magnetic shear angle is increased and localized magnetic reconnection may be triggered. Using multi-point data from MMS we further show that the local normalized reconnection rate is in the range of R ∼ 0.16 to 0.18. We find a highly asymmetric electron in- and outflow structure, consistent with previous simulations on strong guide-field reconnection events. This study shows that magnetic reconnection may not only take place at large-scale stable magnetopause or magnetotail current sheets but also in transient localized current sheets, produced as a consequence of the interaction between the fast Earthward flows and the Earth's dipole field

Multi-scale evolution of Kelvin–Helmholtz waves at the earth's magnetopause during southward IMF periods

At the Earth's low-latitude magnetopause, the Kelvin–Helmholtz instability (KHI), driven by the velocity shear between the magnetosheath and magnetosphere, has been frequently observed during northward interplanetary magnetic field (IMF) periods. However, the signatures of the KHI have been much less frequently observed during southward IMF periods, and how the KHI develops under southward IMF has been less explored. Here, we performed a series of realistic 2D and 3D fully kinetic simulations of a KH wave event observed by the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission at the dusk-flank magnetopause during southward IMF on September 23, 2017. The simulations demonstrate that the primary KHI bends the magnetopause current layer and excites the Rayleigh–Taylor instability (RTI), leading to penetration of high-density arms into the magnetospheric side. This arm penetration disturbs the structures of the vortex layer and produces intermittent and irregular variations of the surface waves which significantly reduces the observational probability of the periodic KH waves. The simulations further demonstrate that in the non-linear growth phase of the primary KHI, the lower-hybrid drift instability (LHDI) is induced near the edge of the primary vortices and contributes to an efficient plasma mixing across the magnetopause. The signatures of the large-scale surface waves by the KHI/RTI and the small-scale fluctuations by the LHDI are reasonably consistent with the MMS observations. These results indicate that the multi-scale evolution of the magnetopause KH waves and the resulting plasma transport and mixing as seen in the simulations may occur during southward IM

Multi-scale observations of the magnetopause Kelvin–Helmholtz waves during southward IMF

In this study, we present the first observations from the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission of the Kelvin-Helmholtz instability (KHI) at the dusk-flank magnetopause during southward interplanetary magnetic field conditions on September 23, 2017. The instability criterion for the KHI was fulfilled for the plasma parameters observed throughout the event. An analysis of the boundary normal vectors based on the application of the timing method onto the magnetic field and the electron density data and the minimum directional derivative method onto the magnetic field data shows signatures of surface waves in the plane parallel to the velocity shear. A comparison to 2D fully kinetic simulations demonstrates reasonable consistencies with the formation of surface waves generated by the KH instability, as well as the structures of rolled-up KH waves. The observations further indicated low density faster than sheath plasma as an indicator of rolled-up vortices, which is also consistent with the simulations. All of these results show that the observed waves and vortices are most likely generated by the KH instability. High-time resolution MMS measurements further demonstrate kinetic-scale electric field fluctuations on the low-density side of the edges of surface waves. Detailed comparisons with the simulations suggest that the observed fluctuations are generated by the lower-hybrid drift instability excited by the density gradient at the edges of these surface waves. These secondary effects can lead to a flattening of the edge layers, indicating the connection between kinetic and larger scales within the KH waves and vortices

Multi-scale evolution of Kelvin–Helmholtz waves at the Earth's magnetopause during southward IMF periods

At the Earth's low-latitude magnetopause, the Kelvin-Helmholtz instability (KHI), driven by the velocity shear between the magnetosheath and magnetosphere, has been frequently observed during northward interplanetary magnetic field (IMF) periods. However, the signatures of the KHI have been much less frequently observed during southward IMF periods, and how the KHI develops under southward IMF has been less explored. Here, we performed a series of realistic 2D and 3D fully kinetic simulations of a KH wave event observed by the Magnetospheric Multiscale (MMS) mission at the dusk-flank magnetopause during southward IMF on September 23, 2017. The simulations demonstrate that the primary KHI bends the magnetopause current layer and excites the Rayleigh-Taylor instability (RTI), leading to penetration of high-density arms into the magnetospheric side. This arm penetration disturbs the structures of the vortex layer and produces intermittent and irregular variations of the surface waves which significantly reduces the observational probability of the periodic KH waves. The simulations further demonstrate that in the non-linear growth phase of the primary KHI, the lower-hybrid drift instability (LHDI) is induced near the edge of the primary vortices and contributes to an efficient plasma mixing across the magnetopause. The signatures of the large-scale surface waves by the KHI/RTI and the small-scale fluctuations by the LHDI are reasonably consistent with the MMS observations. These results indicate that the multi-scale evolution of the magnetopause KH waves and the resulting plasma transport and mixing as seen in the simulations may occur during southward IMF

Ein Beitrag zur Dimensionierung von Straßenkonstruktionen mit dünnen Asphaltdecken auf Tragschichten ohne Bindemittel unter Berücksichtigung nichtlinear elastischer Materialeigenschaften

Um die Verwendung der Bauweise „dünne Asphaltschicht auf Tragschicht ohne Bindemittel“ in Bereichen geringer Verkehrsbelastung in Deutschland zu forcieren, wird die Anwendbarkeit des derzeit gültigen Regelwerkes auf die genannte Bauweise überprüft und erarbeitete Hinweise zu notwendigen Anpassungen bzw. Erweiterungen bereitgestellt. Im Speziellen wird das Regelwerk RDO Asphalt unter Berücksichtigung der Anforderungen in dem Regelwerk RStO in Anwendung gebracht und weiterer Forschungsbedarf abgeleitet. Auf Grundlage von umfassenden Berechnungen zu Beanspruchungszuständen und durchgeführten Dimensionierungsberechnungen, die durch eine große Varianz der hierfür erforderlichen Eingangsdaten geprägt sind, werden Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von flexiblen Straßenkonstruktionen mit nur dünnen Asphaltschichten (von ca. 4 cm) aufgezeigt. Das nichtlineare Materialverhalten der granularen Gesteinskorngemische wird dabei durch Anwendung eines nichtlinearen Stoffmodells, des Dresdner Modells, berücksichtigt. Das Dresdner Modell besteht aus zwei Ansatzfunktionen, die sowohl eine spannungsabhängige Formulierung des Elastizitätsmoduls als auch der Querdehnzahl bereitstellen. Um eine sinnvolle bzw. praktikable Anwendung des Dresdner Modells zu ermöglichen, werden zwei Varianten der Parameterbestimmung ausführlich anhand eines umfänglichen Beispiels vorgestellt und diskutiert. Auch werden der Einfluss der Korngeometrie (d. h. anisotropen Materialverhaltens) und des Verdichtungszustandes auf prüftechnisch bestimmtes Materialverhalten und die darauf aufbauende Parameterbestimmung untersucht und somit die Einsatzgrenzen des verwendeten Stoffmodells aufgezeigt. Anhand des Dresdner Modells wird erläutert, wie Stoffmodelle, die ursprünglich unter Voraussetzung homogener Spannungszustände entwickelt wurden, für inhomogene Spannungszustände angepasst werden können. Da Gesteinskorngemische nur über eine sehr begrenzte Fähigkeit verfügen, Zugspannungen aufnehmen zu können und das Dresdner Modell nur für Beanspruchungen im Druck- und nicht im Zugbereich definiert ist, werden zwei von der Autorin erarbeitete Möglichkeiten vorgestellt, um auftretende Zugbeanspruchungen zu reduzieren. Die verschiedenen Modellvarianten werden ausführlich beschrieben und anhand von dimensionierungsrelevanten Kenngrößen und weiteren ausgewählten Beanspruchungszuständen sowie berechneten Nutzungsdauern bzw. Ausfallzeitpunkten bewertet. Zudem wird erklärt, was jeweils bei der Einbindung in Finite Elemente Berechnungsprogramme zu berücksichtigen ist. Die korrekte Einbindung des Dresdner Modells wird anhand der Simulation von Ergebnissen aus Triaxialversuchen nachgewiesen. Aus den verschiedenen Modellvarianten wird eine zu bevorzugende Variante ausgewählt. Für diese Variante werden anschließend die Ergebnisse einer umfassenden Parameterstudie vorgestellt. Variiert werden sowohl Modellbedingungen, wie Geometrie- und Randbedingungen, als auch belastungsspezifische Annahmen und Materialeigenschaften. Das Dresdner Modell (d. h. ein nichtlineares Stoffmodell) wird hierbei erstmalig für eine rechnerische Dimensionierung nach den RDO Asphalt eingesetzt. Anhand umfänglicher Dimensionierungsberechnungen werden die Grenzen der derzeit geforderten Nachweise hinsichtlich deren Anwendbarkeit für Straßenbefestigungen mit dünnen Asphaltschichten auf Tragschichten ohne Bindemittel aufgezeigt und die Notwendigkeit der Berücksichtigung des i. d. R. nichtlinearen Verhaltens von Gesteinskorngemischen analysiert. Als Voraussetzung hierfür wird eine Möglichkeit vorgestellt, nichtlinear elastisches Materialverhalten durch lineares Materialverhalten zu repräsentieren. Die Berechnung von Beanspruchungszuständen erfolgt mit den eigens hierfür in Comsol erarbeiteten Finite Elemente Modellen. Anschließende Dimensionierungberechnungen wurden mittels von der Autorin bereitgestellten Excel-Makros realisiert. Ein Vergleich berechneter Beanspruchungszustände in verschiedenen Befestigungsvarianten mit im Triaxialversuch aufgebrachten Belastungen (zur Bereitstellung von Prüfdaten zur Bestimmung von Modellparametern) bietet Richtwerte zur Ableitung notwendiger Prüfbedingungen.To demonstrate the capabilities of the construction method „thin asphalt layer on unbound granular base course“ in areas of low traffic load in Germany, the applicability of the current national regulations to the construction method mentioned is examined and information is provided on necessary adaptations and extensions. In particular, the « RDO asphalt » regulations are applied, taking into account the requirements of the RStO regulations, and the need for further research is derived. Based on comprehensive calculations on stress and strain conditions and design life calculations, which are characterised by a large variance in the input data required for this, the possibilities and limits of the use of flexible road constructions with only thin asphalt layers (of approx. 4 cm) are shown. The non-linear material behaviour of the granular aggregate mixtures is taken into account by applying a non-linear material model, the Dresden model. The Dresden model consists of two initial functions, which provide both a stressdependent formulation of the elastic modulus and the Poisson’s ratio. In order to enable a reasonable and practicable application of the Dresden model, two variants of parameter determination are presented and discussed in detail on the basis of a comprehensive example. The influence of the grain geometry (i.e. anisotropic material behaviour) and the state of compaction on the material behaviour - determined by testing - and the parameter determination based on it are also examined. Based on this the limits of the applied material model are presented. Using the Dresden model, it is explained how material models, which were originally developed under the assumption of homogeneous stress conditions, can be adapted for inhomogeneous stress conditions. Since aggregate mixtures have only a very limited ability to absorb tensile stresses, and the Dresden model is only defined for stresses in compression and not in tension, two possibilities, developed by the author, are presented to reduce occurring tensile stresses. The different model variants are described in detail and evaluated on the basis of dimensioning-relevant parameters and other selected stress conditions as well as calculated service lives or failure times. In addition, it is explained what has to be taken into account when integrating the model variants into finite element calculation programs. The correct integration of the Dresden model is demonstrated and verified by simulating results from triaxial tests. From the different model variants a preferred variant is selected. The results of a comprehensive parameter study are then presented for this variant. Model conditions, such as geometry and boundary conditions, as well as load-specific assumptions and material properties are varied. The Dresden model (i.e. a nonlinear material model) is used for the first time for a computational design of flexible pavements following the RDO Asphalt standards. On the basis of extensive design life calculations, the limits of the currently required verifications are shown with regard to their applicability for road pavements with thin asphalt layers on unbound granular base courses and the necessity of taking into account the generally non-linear behaviour of aggregate mixtures is analysed. As a prerequisite for this, an approach is presented to represent non-linear elastic material behaviour by linear material behaviour. The calculation of stress conditions is carried out with the finite element models specially developed for this purpose in Comsol. Subsequent design life calculations were realised using Excel macros created by the author. A comparison of calculated stress conditions in different pavement variants, with measured stresses obtained from triaxial tests provides orientation values for deriving necessary test conditions for future investigations.Afin de pousser l’utilisation de la méthode de construction „couche d’asphalte mince sur la couche de base sans liant“ dans les zones à faible trafic en Allemagne, l’applicabilité de l’ensemble des règlements actuellement en vigueur à la méthode de construction mentionnée est examinée et des informations sur les adaptations ou extensions nécessaires sont fournies. En particulier, le règlement « RDO Asphalt » est appliqué, en tenant compte des exigences de règlement RStO, et le besoin de recherches supplémentaires en est déduit. Les possibilités et les limites de l’utilisation de constructions routières flexibles avec des couches d’asphalte minces (d’environ 4 cm) sont présentées sur la base de calculs complets des états de contrainte, de déformation et de calculs de dimensionnement (qui sont caractérisés par une grande variance des données d’entrée nécessaires). Le comportement non linéaire des mélanges de granulats est pris en compte en appliquant un modèle de matériau non linéaire : le modèle de Dresde. Le modèle de Dresde se compose de deux fonctions initiales, qui fournissent à la fois une formulation du module d’élasticité et de coefficient de Poisson en fonction de la contrainte. Afin de permettre une application judicieuse et pratique du modèle de Dresde, deux variantes de détermination des paramètres sont présentées et discutées en détail sur la base d’un exemple complet. L’influence de la géométrie des grains (c’est-à-dire le comportement anisotrope du matériau) et de l’état de compactage sur le comportement du matériau déterminé par les essais et la détermination des paramètres qui en découle est également examinée, ce qui permet de montrer les limites d’application du modèle de matériau utilisé. À l’aide du modèle de Dresde, on explique comment les modèles de matériaux, qui ont été développés à l’origine dans l’hypothèse de conditions de contraintes homogènes, peuvent être adaptés à des conditions de contraintes inhomogènes. Comme les mélanges de granulats n’ont qu’une capacité très limitée à absorber les contraintes de traction et que le modèle de Dresde n’est défini que pour les contraintes en compression et non en traction, deux possibilités développées par l’auteur sont présentées pour réduire les contraintes de traction qui se produisent. Les différentes variantes du modèle sont décrites en détail et évaluées sur la base des paramètres de dimensionnement et d’autres conditions de contrainte sélectionnées, ainsi que des durées de vie et des temps de défaillance calculés. En outre, il est expliqué ce qui doit être pris en compte lors de l’intégration du modèle dans les programmes de calcul par éléments finis. L’intégration correcte du modèle de Dresde est vérifiée en simulant les résultats d’essais triaxiaux. Parmi les différentes variantes du modèle, une variante préférée est sélectionnée. Les résultats d’une étude exhaustive des paramètres sont ensuite présentés pour cette variante. Les conditions du modèle, telles que la géométrie et les conditions aux limites, ainsi que les hypothèses spécifiques à la charge et les propriétés des matériaux, sont variées. Le modèle de Dresde (c’est-à-dire un modèle de matériau non linéaire) est utilisé pour la première fois pour des calculs de dimensionnement selon le règlement « RDO Asphalt ». Sur la base de calculs de dimensionnement approfondis, les limites des vérifications actuellement requises sont montrées en ce qui concerne leur applicabilité pour les construction routières avec des couches minces d’asphalte sur des couches de base sans liant et la nécessité de prendre en compte le comportement généralement non linéaire des mélanges de granulats est analysée. Comme condition préalable à cela, une possibilité est présentée de représenter le comportement élastique non linéaire des matériaux par un comportement linéaire des matériaux. Le calcul des conditions de contrainte est effectué avec les modèles d’éléments finis spécialement développés à cet effet dans Comsol. Les calculs de dimensionnement ultérieurs ont été réalisés à l’aide de macros Excel fournies par l’auteur. Une comparaison des conditions de contrainte calculées dans différentes variantes de fixation avec les charges appliquées dans l’essai triaxial (pour fournir des données d’essai permettant de déterminer les paramètres du modèle) fournit des valeurs guides pour dériver les conditions d’essai nécessaires

Transparency of local government finances in Austria through Linked Open Budget Data : an analysis of the state-of-the-art and a prospect for future applications

Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDurch die technischen Entwicklungen und Fortschritte im Bereich der Informationstechnologien sind die heutigen Möglichkeiten als auch die Notwendigkeit von Transparenz im Bereich der öffentlichen Finanzen größer denn je. Das Ziel, Regierungsbudgets in einer nachvollziehbaren, verständlichen, transparenten und offenen Weise zu veröffentlichen, verursacht nicht nur Anforderungen an die öffentlichen Haushaltsdaten an und für sich, sondern auch an die dazugehörigen Budgetprozesse und systeme sowieso die zugrundeliegenden technischen und rechtlichen Konzepte. Im Zuge dieser Diplomarbeit wird der diesbezügliche aktuelle Stand der Technik, der Forschung und der international bereits bewährten Methoden auf Open und Linked Data ausgeweitet, um diese gemeinsam auf Gemeindefinanzen in Österreich anzuwenden. Damit soll ein neues Niveau in Bezug auf Transparenz und fachlicher Praxis – verglichen mit dem derzeitigen Stand hierzulande – erreicht werden. Dementsprechend, wurde ein beispielhafter Ansatz mit Hilfe von neuesten Technologien auf dem Gebiet der Wirtschaftsinformatik konzeptioniert, implementiert und veröffentlicht. Dieser Ansatz verschafft Gemeindefinanzen – durch die Integration und Verwendung der Grundlagen einer übergreifenden Vision eines semantischen Webs – selbst definierte Semantik als auch eigenständige Bedeutung und beseitigt damit bestehende Probleme bei der Veröffentlichung als auch der Verbreitung solcher Daten. Schließlich wurde auch eine qualitative Bewertung dieses Ansatzes durchgeführt, womit sichergestellt wurde, dass das Ergebnis üblichen Standards und Regelwerken entspricht, die sich für solch eine Anwendung als relevant erweisen. Nicht zuletzt, analysiert und zeigt die vorliegende Arbeit den aktuellen Stand von bereits veröffentlichten Budgetdaten international, aber auch insbesondere in Österreich. Dafür werden alle notwendigen theoretischen Grundlagen in einer umfassenden Art und Weise erörtert, wobei jüngste, relevante Entwicklungen und Literatur beachtet wurden, damit eine aktuelle Perspektive auf die Themen und die zugrundeliegenden Konzepte von Gemeindefinanzen, Linked und Open Data als Ausgangspunkt für den Rest dieser Arbeit gewonnen werden kann.Not until the recent technical developments and progresses with respect to information technologies, the possibilities but also the needs to gain budgetary transparency over governmental finances are greater than ever. The goal to publish information about budgets of governmental authorities in a reasonable, comprehensive, transparent and open way induces challenges not only with respect to the data itself but also to the embedded budgetary processes and systems as well as underlying technological and legal concepts. In the course of this Diploma Thesis, relevant state-of-the-art approaches and international best practices are expanded towards Open and Linked Data for an application on local government finances in Austria. Thereby, a new level of best practise and transparency – compared to the status quo – is created in this part of the world. Accordingly, an exemplary approach was conceptualized, implemented and made publicly available with latest technologies in this field of Business Informatics. This approach enhances data on local government finances with self-defined semantics and meaning by incorporating and using the basic foundations of the overall Semantic Web vision, and thereby, overcomes present issues regarding the publication and distribution of such data. In the end, a qualitative assessment has been performed as well, in order to ensure that the result complies with common standards and guidelines relevant for such an application. Last but not least, the present work also shows and analyses the current state of published budgetary data internationally and, in particular, in Austria. Therefore, also all the necessary theoretical principles are introduced in a comprehensive manner while carefully considering recent developments and relevant literature, so that an up-to-date perspective can be gained over the topics and underlying concepts of local government finances, Linked and Open Data – as a basic foundation for the rest of this work.11