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23.10.2014 ; Referent: ian Wacker, Dr. Dirk Jansen

Innovative Verfahren zur Substanzbewertung

Bundesanstalt für Straßenwesen

16. Sachsen-Anhaltinisches BauseminarInvestitionsstau und Sanierungsbedarf für Straßen und Brücken

Innovative Verfahren zur Substanzbewertung als Grundlage für die Erhaltungsplanung

Bastian Wacker, Dr. Dirk Jansen

Referat: Dimensionierung und Straßenaufbau

23. Oktober 2014, Magdeburg



Vorgehen

Stand der Technik und

Forschung

Anwendung

Ausblick

Gliederung des Vortrages



Vorgehenbei der Substanzbewertung



Vorgehen

• Definitionen

Folie Nr. 4

Zeit

äquiv. 10-t AÜ

Restnutzungsdauer

Strukturelle Substanz

Technische Nutzungsdauer

Strukturelle Grundsubstanz



Vorgehen

• Module zur Erfassung der Substanz

Folie Nr. 6

• Module zur Bewertung der Substanz

Materialuntersuchungen Zerstörungsfreie Messungen

Abschreibungsmodelle Periodische Messungen und Untersuchungen auf Netzebene

Erfahrungen vorhanden

Aktuelle Forschung

Forschungin Anwendung



Vorgehen

• Idealer Datenmix

wichtig für umfassende Substanzerfassung und -bewertung

Folie Nr. 7



Vorgehen

• Angepasstes Vorgehen

Folie Nr. 8

Aufgabenstellung,

Netzgröße, …

DTVSV

Aufbau ZEB



http://oyle.files.wordpress.com/2010/01/img_3229.jpg

Vorgehen

• Oberflächenbild

Folie Nr. 9

Irritationen

Oberflächenschäden-Verfüllte Risse

-Nahtstellen

Bruch / Riss• Röntgenbild



Vorgehen

• Oberflächenbild

Folie Nr. 10

Irritationen

Oberflächenschäden-Verfüllte Risse

-Nahtstellen

• Röntgenbild

http://de.wikipedia.org/wiki/Knochenbruch



Stand der Forschung und TechnikErfassung und Bewertung



Stand der Forschung und Technik

• Substanzbewertung - Abschreibungsmodell

Folie Nr. 12

Alter

vorhandene

SchichtdickenÄquivalenz-

faktoren

äquivalente

Schichtdicken

RStO Dimensionierung

anhand

aktueller DTVSV Werte

erforderliche

Schichtdicken

Verhältniswert

Normierung

SubstanzwertBestand

Äq

uiv

ale

nzfa

kto

r




Folie Nr. 13

Ebenheit Oberflächenschäden

Normierung

SubstanzwertOberfläche

• Zustandserfassung und Bewertung (ZEB)




• Substanzbewertung - Tragfähigkeit

Folie Nr. 14

FWD0 km/h

Deflectograph

Lacroix5 km/h

Curviametro18 km/h

© Abbildungen: FGSV / Greenwood Eng.

TSD80 km/h




• Substanzbewertung – Schichtdicken und Inhomogenitäten

Folie Nr. 15

Sender-Antenne

Empfänger-Antenne

Inventarisierung des Netzes

Schnellfahrender Einsatz möglich

Kopplung mehrerer Antennen (Multi-Array)

Hohe Anforderungen an das Post-Processing




• Substanzbewertung – RSO-Verfahren (FGSV AK4.4.3)

Folie Nr. 16

Festlegung von homogenen Abschnitten

Entnahme von Bohrkernen

Berechnung von Restnutzungsdauern mittels

‚umgekehrter‘ Dimensionierungsrechnungen

Ermittlung der Steifigkeiten und

Ermüdungsfunktionen im Labor




• Substanzbewertung – RSO-Verfahren (FGSV AK4.4.3)

Festlegung von homogenen Abschnitten

TW SuB

950+000

926+500

GPR

DTV SV

TSD

I IIIII

IV V

VIVII

VIII

IX X XI XII

XIII

XIV XV XVI

945+000 940+000 935+000 930+000

!Farben spiegeln keine Wertung wieder!



AnwendungAktuelle Projektbeispiele



Anwendung

• Anwendung der RSO Asphalt auf der BAB 7

– Ziel: Praxiserprobung der RSO Asphalt auf längerem Autobahnabschnitt

– Ausgangslage: Straßenaufbau am zu erwartenden Ende der Nutzungsdauer

BAB A7, nördlich von Hamburg

2x 25 km

Alter der Asphalttragschicht rd. 44 Jahre

Alter der Asphaltdeckschicht rd. 10 bis 15 Jahre

Folie Nr. 19

Deges: Übersichtslageplan ÖPP A7



Anwendung


– Versuchsprogramm

» Aufbaudaten

» ZEB-Daten

» GPR-Messungen inkl. Videobefahrung

» TSD-Messungen

Folie Nr. 20

Erkenntnisse

‚Ingenieurtechnischer Sachverstand‘ ist unbedingt erforderlich

Vielschichtige Datengrundlage erforderlich

Wahl und Anpassung geeigneter Maßstäbe z.B. in Abhängigkeit der

Objektgröße

Festlegung der homogenen Abschnitte



Anwendung



Auswahl von homogenen Abschnitten für die Testanwendung

» RSO konform

» Abschnittsbeprobung

» Querschnittsbeprobung

Folie Nr. 21

Erkenntnisse

Umgang mit geschädigten Bohrkernen?

RSO „pro homogenem Abschnitt 16 Bohrkerne im ersten Kilometer, jeder weitere Kilometer

zusätzlich 5 Bohrkerne“

1 km = 16 Stk. / 2 km = 21 Stk. / 3 km = 26 Stk. / 4 km = 31 Stk. / …

Tagesleistung rd. 50 Stk. (1 Kolonne inkl. Verfüllung bei guten Bedingungen)

Annahme: 50 km ÷ 8 Abschnitten rd. 328 Bohrkerne Zeitbedarf rd. 1,5 Wochen

Bohrkernentnahme



Anwendung



» Ermittlung der Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktionund Ermüdungsfunktionen im Labor

» Berechnung der strukturellen Substanzund Restnutzungsdauern

Folie Nr. 22

Erkenntnisse

Auswahl der Bohrkerne (insbesondere bei probabilistischem Verfahren)

Vorgehen gemäß AL-Sp-Asphalt

Probabilistisches Verfahren

Deterministisches Verfahren



Anwendung

• Nationales Innovationsprogramm Straße des BMVI Innovationen im Straßenbau – Zerstörungsfreie Verfahren zur Bewertung

der strukturellen Substanz

– Ablauf:

Zustandserfassung zerstörungsfrei (verschiedenste Möglichkeiten)

Prognosen durch die Zuwendungsempfänger

Simulierte Belastung mit dem Mobile Load Simulator MLS10 (bis zur spezifischen Bauklassengrenze)

Folie Nr. 23

Modellstraße Asphaltbauweise der BASt

(Baujahr 2003) nach RStO 01

Mobile Load Simulator MLS10



Anwendung

• Full Scale APT MLS10

Großmaßstäblich zeitraffende Belastungsversuche mit dem MLS10

Mobile Load Simulator

» Entwicklung an der Universität Stellenbosch, Südafrika

» 4 Maschinen weltweit(2x MLS10 und 2x MLS66)

– Seit April 2013 im Versuchsbetrieb

– rd. 6Mio Überrollungen seit dem Bau

Folie Nr. 24



MLS10 der BASt

• Full Scale APT MLS10

– Belastung durch vier Radsatzzüge mit Belastungsrädern

» Radlast bis zu 75 kN

» Standardbetrieb mit 50 kN(äquivalente 10 t-Achse)

– Ausführung der Belastungsräder

» Zwillings- oderEinzelbereifung

– lineare Belastungsstrecke

» 3,50 m

– Geschwindigkeit

» bis zu 22 km/h = 6000 Ü/h

Folie Nr. 25

LMT Products (Pty) Ltd



MLS10 der BASt

• Impressionen des MLS10

Folie Nr. 26



MLS10 der BASt

• Voraussetzungen:

Folie Nr. 27

Actio

Reactio

Neben der reinen Belastungsmaschine MLS10 ist es elementar, ausgereifte

Sensorkonzepte und weitere Messverfahren in das Versuchsprogramm zu integrieren.



Anwendung

• Nationales Innovationsprogramm Straße des BMVI Innovationen im Straßenbau – Zerstörungsfreie Verfahren zur Bewertung

der strukturellen Substanz

– Ablauf:

Zustandserfassung zerstörungsfrei (verschiedenste Möglichkeiten)

Prognosen durch die Zuwendungsempfänger

Simulierte Belastung mit dem Mobile Load Simulator MLS10 (bis zur spezifischen Bauklassengrenze)

Verifizierung der Verfahren ggf. Anpassung (inkl. zerstörende Untersuchungen)

Folie Nr. 28



Ausblick

Zusammenfassung und



Zusammenfassung

Anwendbare Verfahren und Techniken existieren oder sind im Entstehen

Einzelne Verfahren und Techniken besitzen ihre Vor- und Nachteile

Deutlicher Innovationsschub zerstörungsfreier Verfahren im letzten

Jahrzehnt

Folie Nr. 30

Ziel sollten technisch und ökonomisch optimierte

Verfahren sein, die eine vorausschauende

Substanzbewertung erlauben.



Ausblick

Anwendung der RSO Asphalt

Erarbeitung der RSO Beton

Erweiterung der Kenntnisse über Schädigungsmechanismen in Situ

Begleitung und Evaluierung messtechnischer Entwicklungen und Innovationen

Folie Nr. 31



Ausblick

• Wunschziel

Folie Nr. 32

Periodische Erfassung im Gesamtnetz (Teil-) Automatisierte Auswertung

Bauakte……………………………………………………………………………………………

…

Verkehrs-zählung………………………………………………………………………………

Maß-nahme-daten………………………………………………

Labor-ergebnisse………………………………………………………………………………

Messwerte

Alter

Fakto

r

vorhandeneSchichtdicken

Äquivalenz-faktoren

äquivalenteSchichtdicken

Vertiefte Untersuchungsergebnisse

relevanter Teilnetze



Vielen Dankfür ihre Aufmerksamkeit!

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