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Forschung

Forschungsprojekte:

Nachweis der flächendeckenden Verdichtungskontrolle (FDVK) von Asphalt  (FE 89.0288/2013)

Bei der Verdichtung von Asphaltmischgut zu einer Schicht der Straßenbefestigung sollen durch den Eintrag von dynamischer und/oder statischer Verdichtungsarbeit die einzelnen Bestandteile eines Asphaltgemischs in einen optimal dichten Zustand umgelagert werden. Diesem Prozess, der einerseits ein Mindestverdichtungsmaß bereitstellen und andererseits gewährleisten muss, dass dabei nicht eine Überverdichtung und ein Aufbau von hydrostatischem Druck erreicht wird, kommt eine herausgehobene Bedeutung zu: Sie ist von ausschlaggebendem Einfluss auf die Verformungsbeständigkeit der Schicht und auf die Tragfähigkeit des gesamten Oberbaus. Umso bedeutsamer ist es, dass die an die Verdichtung gestellten Anforderungen in der Praxis vielfach nicht erreicht werden. Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts ist es aufzuzeigen, wie sich die flächendeckende Verdichtungskontrolle unter Einbeziehung neuer technologischer Möglichkeiten wie Telemetrie, GPS-Positionierung, moderner Datenverarbeitung und -vermittlung sowie verbesserter Maschinentechnik auf die Einbauqualität auswirkt. 

 

Entwicklung einer Systematik zur Ermittlung von repräsentativen Substanzwerten in homogenen Abschnitten (FE 04.0249/2011/FGB)

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine Systematik zu entwickeln, mit der die Ermittlung von repräsentativen homogenen Abschnitten möglich ist. Dabei sollen die Ergebnisse zerstörungsfrei arbeitender Messsysteme mit erweiterten Informationen (z.B. Aufbau, Alter und Zustand der Strecken) kombiniert werden, um anschließend übergeordnete homogene Abschnitte zu bilden und diese nach Möglichkeit zu klassifizieren. Weiterhin ist eine Überprüfung des Verfahrens zur Bildung homogener Abschnitte anhand von Tragfähigkeitsmessungen und von stichprobenartigen Materialuntersuchungen durchzuführen. In dem Forschungsprojekt tritt das Institut für Straßenwesen der Universität Siegen als Projektpartner der Villaret Ingenieurgesellschaft mbH auf.

 

Grundlagen für die Beurteilung der dimensionierunsrelevanten Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit von Oberbaubefestigungen aus Asphalt (FE 02.0236/2010/AGB)

Ziel des Forschungsprojektes ist es, den Einfluss der nach DIN EN 13108 – 21 nicht zu beanstandenden Toleranzen bei der Mischgutzusammensetzung als auch den Einfluss des Einbauprozesses auf die Eingangsparameter der rechnerischen Dimensionierung nach den RDO Asphalt 09 und somit auf die Ergebnisse der Dimensionierung zu bestimmen. Im Zuge einer Gesamtwirtschaftlichkeitsbetrachtung werden aufbauend auf den Ergebnissen dieser Berechnungen die Kosten für das Material und den Einbau – auf Grundlage der Abschätzungen von Zeiträumen für Erhaltungsmaßnahmen sowie des strukturellen Nut-zungsausfallzeitpunktes – über den Nutzungszeitraum hinweg aufsummiert. Ziel ist die Ab-schätzung des wirtschaftlichen Nutzens der aus der rechnerischen Dimensionierung hervor-gehenden Bauweisen, besonders im Bezug auf die Anwendbarkeit von innovativen Baustof-fen und Materialien. Als Grundlage für die Abschätzung der aus der Entstehung von Spurrinnen resultierenden Erhaltungsintervalle für Deck- und Binderschichten soll die in den RDO Asphalt 09 beschriebene Verfahrensweise für den Nachweis der Spurrinnengefährdung modifiziert werden. Auf dieser Grundlage können dann der erforderlichen Erhaltungsintervalle vergleichend beurteilt sowie eine zugehörige monetäre Bewertung durchgeführt werden. In dem Forschungsprojekt tritt das Institut für Straßenwesen der Universität Siegen als Projektpartner des Instituts für Stadtbauwesen und Straßenbau der TU Dresden auf.

 

Grundlagen für eine vergleichende Bewertung der Restsubstanz von Fahrbahnbefestigungen in Betonbauweise nach mehrjähriger Verkehrsnutzung (FE 04.433/2009/DGB)

Die Bewertung der Restsubstanz von Betondecken stellt in Hinblick auf Instandhaltungs- und Erhaltungsmaßnahmen ein wesentliches Kriterium für den wirtschaftlichen Umgang mit vorhandenen Ressourcen dar. Das zu erstellende Verfahren sollte vorzugsweise auf der Basis zerstörungsfreier Messsysteme in Verbindung mit aus der Realität abgeleiteten Verhaltensfunktionen eine Restsubtanzbeurteilung ermöglichen. Die für die Ableitung der Verhaltensfunktionen notwendige Erfahrungssammlung muss auf zerstörende Bohrkernentnahmen in Verbindung mit zerstörungsfreien Verfahren (FWD, Georadar) an bestehenden Befestigungen erfolgen. Es sind statische (Spaltzugversuche) als auch dynamische Laborversuche (Ermüdungssimulation/Spaltzugschwellversuch) zur Bestimmung von spezifischen Materialkennwerten vorgesehen. Die abgeleiteten Materialkennwerte werden u.a. den Messergebnissen der zerstörungsfreien Verfahren gegenüber gestellt und auf funktionale Zusammenhänge geprüft.

 

Grundlagen für die Einbeziehung der sonstigen Anlagenteile von Straßen in die Straßenerhaltung als Voraussetzung eines umfassenden Asset Managements (FE 04.214/2008/MGB)

Mithilfe des Pavement Management Systems ist es über das Programm €-Cost möglich, die voraussichtlichen Kosten für Erhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen im Voraus hinreichen genau abzuschätzen. Allerdings finden die sonstigen Aggregate einer Straße –beispielsweise Lärmschutzbauwerke oder Entwässerungseinrichtungen- keine angemessene Beachtung im PMS. Auch existieren bis dato keine belastbaren Daten im Hinblick auf die Nutzungsdauer und etwaige funktionalen Zusammenhänge zu den Qualitätsmerkmalen der Bauteile. Durch die Vernachlässigung der sonstigen Aggregate wird der Straßenkörper als Ganzes nur unzureichend erfasst. Ein optimiertes Erhaltungsmanagement im Rahmen eines Asset Managements setzt belastbare Kostendaten und Kenntnisse über die Nutzungsdauer entsprechender Aggregate zwingend voraus. Mit diesem Forschungsvorhaben soll die Grundlage gelegt werden, um das nötige Finanzvolumen für Unterhaltungs-, Erhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen auch unter der adäquaten Berücksichtigung der sonstigen Aggregate einer Straße Abschätzen zu können. Weiterhin sollen Informationen zu der Nutzungsdauer und mögliche Zusammenhänge zu Qualitätsmerkmalen ermittelt werden. 

 

Strukturelle Substanzbewertung von Straßenbefestigungen

Der Schwerpunkt der Straßenbaumaßnahmen ist in den letzten Jahren zunehmend in die Richtung möglichst effizienter Erhaltungsbaumaßnahmen gerückt. Die Auswahl der Maßnahmenart stützt sich dabei vielfach auf das Schadensbild, ohne das tiefer gehende strukturelle Untersuchungen zur Substanzbewertung vorgenommen werden. Eine wissenschaftliche Grundlage zur funktionalen Substanzbewertung zur Ableitung geeigneter Sanierungsverfahren wurde durch zahlreiche Forschungsvorhaben und nicht zuletzt durch die Veröffentlichung der RDO Asphalt geschaffen. Hierzu sind insbesondere belastbare Daten zu den dimensionierungsrelevanten Parametern (E-Modul und Ermüdung) der Asphaltschichten notwendig. Diese werden für die neu einzubringenden Schichten primär an im Labor gemischten Asphalten ermittelt. Ziel dieser Arbeit ist zum einen die Ergänzung von Erfahrungswerten zur Beurteilung der Restlebensdauer von Asphaltschichten (hier: Asphalttragschichten). Dabei werden die Möglichkeiten der zerstörungsfreien Beurteilung und Gleichmäßigkeit der strukturellen Substanzbewertung genutzt, um geeignete Entnahmestellen für Bohrproben zu ermitteln. Zudem sollen Daten über die dimensionierungsrelevanten Kennwerte in Praxis eingebauter Asphaltschichten gesammelt werden. Der Nachweis der Rechenergebnisse ist dann über eine Langzeitbeobachtung der Erprobungsstrecken zu erbringen.

 

Aktualisierung der Kostendaten FE 29.196/2008/BASt

Die Entwicklung einer bundeslandübergreifenden Erhaltungsstrategie für das gesamtdeutsche Straßennetz wird mit Hilfe des Pavement Management Systems (PMS) durchgeführt. Im Rahmen des PMS wurde durch ein vorausgegangenes Forschungsprojekt das DV-Programm €-Cost entwickelt. Dieses ermöglicht es, Angebotspreise für verschiedene Erhaltungsmaßnahmen, abhängig von der Region in Deutschland, der Bauloslänge und der Bahnigkeit, zu ermitteln. Aufgrund von überdurchschnittlich gestiegenen Rohstoffpreisen, Neuerungen bei Maßnahmearten und weiteren veränderten Randbedingungen, sind die vorhandenen Kostendaten und funktionalen Zusammenhänge allerdings nicht mehr aktuell. Das Forschungsprojekt „Aktualisierung der Kostendaten“ hatte deshalb das Ziel, das vorhandene €-Cost Programm zunächst ausgiebig auf Plausibilität zu prüfen und in einem zweiten Schritt aktualisierte Kostendaten zu erheben. Hierzu wurde in Anlehnung an das vorherige Forschungsprojekt eine deutschlandweite Umfrage, sowohl bei Baufirmen als auch bei Stofflieferanten, durchgeführt. Nach statistischer Auswertung der Ergebnisse konnten neue Kostenfunktionen und Zusammenhänge ermittelt und in das €-Cost Programm integriert werden.

 

Nationales Innovationsprogramm Straße: „Bewertung der strukturellen Substanz und Restwertermittlung von Asphaltstraßenbefestigungen“

Im Forschungsprojekt wird das Ziel verfolgt, ein neuartiges Substanzbewertungsverfahren für Straßenbefestigungen aus Asphalt auf der Grundlage bekannter Zusammenhänge zwischen Wellenausbreitung und mechanischen Eigenschaften zu entwickeln. Das Verfahren greift auf das Messverfahren mit dem Falling Weight Deflectometer sowie auf die Schwingungsanregung mit einem Shaker zurück. Während das Falling Weight Deflectometer im Rahmen der Impulsbelastung ein breites Spektrum an Frequenzen in die Oberbaukonstruktion einleitet, ist es mit dem Shaker möglich, gezielt Schwingungen mit definierter Frequenz in die Konstruktion einzuleiten. Ziel der Untersuchungen ist die Ableitung funktionaler Zusammenhänge zwischen der Ausbreitung der eingetragenen Schwingungen innerhalb der Konstruktion sowie deren Veränderungen und den strukturellen Merkmalen (Schichtdicken, Schichtsteifigkeiten) der Oberbaukonstruktion. Das Forschungsprojekt ist eine Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Straßenwesen der Universität Siegen und der Hochschule Mittweida unter der Federführung des Instituts für Straßenwesen.