Asphaltdecke in konventioneller Bauweise

Die weiteren Gewichte n3 bis n6 werden aufgrund der in Kapitel 3 beschriebenen Zusammenhänge und Untersuchungsergebnisse wie folgt angenommen: Der Verdichtungsgrad und die Härte des Mörtels wirken auf das Maß der Schubverformung gleichermaßen stark. Ferner beeinflussen sie die Schubverformung mehr als der Schichtenverbund und das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis, die ebenfalls einen vergleichbaren Einfluss ausüben. Daher werden die Gewichte n3 und n4 für den Verdichtungsgrad und die Hilfsgröße der Härte des Mörtels mit dem Wert 2 gewählt, die Gewichte n5 und n6 für die Hilfsgröße des Schichtenverbunds und das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis mit dem Wert 1.

4.3.2 Asphaltdecke in konventioneller Bauweise

Asphaltdeckschicht (Beispielstrecke in konventioneller Bauweise)

Soll

(Eignungs-prüfung)

Ist

(Kontrollprüfung) Festlegung der Wahrscheinlichkeits-verteilung der Größe für die

Abbildung in DRAT Mittelwert

Standard-abweichung Asphaltmischgut SMA 0/11 S

Bitumengehalt B (M.-%) 6,5 6,23 0,14 Annahme Normalverteilung

um den Mittelwert

Raumdichte am MPK (g/cm³) 2,407 2,41 0,01 Annahme Normalverteilung um den Mittelwert

Asphaltdeckschicht

Verdichtungsgrad k (%) – 100,5 0,49 reale Verteilung aus den

Messdaten ermittelt Hohlraumgehalt Hbit (V.-%) 3,5 (MPK) 2,8 0,73

reale Verteilung in

Abhängigkeit von k aus den Messdaten ermittelt

Dicke der Asphaltdeckschicht (cm) 4,0 k.A. k.A. Annahme Normalverteilung um den Sollwert

Tabelle 4.4: Zusammensetzung des Asphaltmischguts SMA 0/11S und der eingebauten Asphaltdeckschicht in konventioneller Bauweise

MPK: Marshall-Probekörper; k.A.: keine Angabe

Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Größe Bitumengehalt in der Asphaltdeckschicht und Raumdichte am Marshall-Probekörper wird mit einer Normalverteilung (siehe die Erläuterungen in Abschnitt 4.2.1) und den in der Tabelle angegebenen Werten aus der Kontrollprüfung, Mittelwert und Standardabweichung, abgebildet. Dabei wird angenommen, dass die Schwankungen der Größe auf die zufälligen Abweichungen im Herstellungsprozess zurückzuführen sind; die systematische Abweichung bildet sich in der Differenz zwischen dem Mittelwert der Messdaten und den Vorgaben aus der Eignungsprüfung ab.

Anhand der Datenauswertung der Kontrollprüfungen wird die Verteilung des Verdichtungsgrads sowie die Verteilung des Hohlraumgehalts in der Asphaltdeckschicht in Abhängigkeit von dem Verdichtungsgrad bestimmt. Die Ermittlung des Hohlraumgehalts in Abhängigkeit von dem Verdichtungsgrad erfolgt, da der Hohlraumgehalt sehr eng mit dem Verdichtungsgrad verbunden ist und eine von diesem unabhängige Definition der Verteilung des Hohlraumgehalts zu einer deutlichen Verzerrung der Ergebnisse führen könnte. Bei der Auswertung der Daten im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeitsverteilung werden für den Verdichtungsgrad und den Hohlraumgehalt je sechs Klassen unter Betrachtung des Mittelwerts und der Spannweite der Messwerte definiert (dabei bildet der Mittelwert den Grenzwert zwischen der dritten und vierten Klasse). Die Wahrscheinlichkeitsverteilung wird für diese Klassen anhand der Messdaten ermittelt.

Bei der Herstellung der Asphaltdeckschicht wurde entsprechend dem Regelwerk ein Verdichtungsgrad von mindestens 97 % gefordert. Dieser Wert wird für die konventionelle Bauweise als „ausreichender“ Verdichtungsgrad (k*) verwendet. Unterstützt wird dieser Grenzwert durch die verschiedenen Untersuchungsergebnisse, die ein ungünstigeres bzw. verbessertes Gebrauchs-verhalten bei einem Verdichtungsgrad von unter bzw. über 97 % zeigten (vgl. Abschnitt 3.6.4).

Für die Dicke der Asphaltdeckschicht liegen keine Messdaten vor. Die Wahrscheinlichkeits-verteilung wird daher mit folgenden Annahmen festgelegt: Es liegt eine NormalWahrscheinlichkeits-verteilung (vgl.

Abschnitt 4.2.1) vor, deren Mittelwert der Soll-Vorgabe der Schichtdicke (40 mm) entspricht. Die Standardabweichung wird in Anlehnung an die in den ZTV Asphalt-StB genannte maximal zulässige Unterschreitung der Einbaudicke gewählt. Dabei wird angenommen, dass etwa 90 % der Werte der tatsächlichen Schichtdicke innerhalb des Bereichs von der zulässigen Unterschreitung der Soll-Dicke um 10 % (-4 mm) bis zu der Überschreitung um 10 % (+4 mm) liegen. Daraus lässt sich eine

Standardabweichung von rund 2,4 mm berechnen und die Klassengrenzen für die Wahrscheinlich-keitsverteilung lassen sich entsprechend der Erläuterungen in Abschnitt 4.2.1 festlegen.

Der Schichtenverbund entsteht bei der konventionellen Bauweise primär durch das Ansprühen der Unterlage mit Bitumenemulsion (siehe Abschnitt 3.6.3), die Verzahnung ist nur gering. Aufgrund dieser Herstellung und der Herstellung der Asphaltdeckschicht auf einer frisch eingebauten Asphaltbinderschicht wird für die Wahrscheinlichkeitsverteilung angenommen, dass die Hälfte der Fläche einen Schichtenverbund „mittlerer“ Ausprägung aufweist und 45 % der Fläche einen starken Schichtenverbund besitzt. Aufgrund von Verschmutzung oder unzureichenden Ansprühmengen wird 5 % der Fläche ein geringer Schichtenverbund zugewiesen.

Der Faktor u, der bei der Berechnung der Schubverformung den verdrängbaren Materialanteil beschreibt, wird für die konventionelle Bauweise wie folgt mit 0,775 (= (40 9)/40) bestimmt: Das Asphaltmischgut für die Asphaltdeckschicht wurde auf der gewalzten und erkalteten Unterlage eingebaut. Dabei wird davon ausgegangen, dass etwa 2 mm des Größtkorns (mit einem Durchmesser von 11 mm) im Bereich der Schichtgrenze in die Unterlage eingedrungen sind.

Folglich wird im unteren Bereich der Asphaltdeckschicht auf einer Höhe von etwa 9 mm keine Verdrängung stattfinden, das heißt es kann nur (40 9)/40 der Soll-Schichtdicke (hier 40 mm) infolge der Schubverformung verdrängt werden.

Das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis (g) wird anhand der Soll-Schichtdicke (dsoll

in mm, hier 40 mm) und des Größtkorndurchmessers (DG in mm, hier 11 mm) berechnet. Für die konventionelle Bauweise beträgt es 40/11 = 3,6. Die Betrachtung der Soll-Schichtdicke dient zur Vereinfachung.

Daten der Asphaltbinderschicht

Die Temperatur der Asphaltbinderschicht wird unter Berücksichtigung bekannter durchschnitt-licher Temperaturverläufe in der Asphaltbefestigung ([RDO Asphalt 09]) aus der oben beschriebenen Temperatur der Asphaltdeckschicht berechnet. Nach diesen bekannten Temperatur-verläufen ist bei einer Temperatur an der Oberfläche der Asphaltdeckschicht von 10 °C über die gesamte Asphaltbefestigung die gleiche Temperatur vorhanden. Ist an der Oberfläche der Asphaltdeckschicht eine Temperatur von 32,5 °C vorhanden, wird die Temperatur in einer Tiefe von 4 cm um etwa 2 K geringer sein und bei einer Temperatur der Asphaltdeckschicht von -12,5 °C um etwa 2 K höher. Innerhalb dieser Spannweite kann der Verlauf der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur bei 4 cm Tiefe und der Temperatur an der Oberfläche linear angenähert werden.

Daher wird für Berechnung der Temperatur der Asphaltbinderschicht für die konventionelle Bauweise folgende Formel erstellt:

T_ABi=0,90,91⋅T_ADS=0,90,91⋅T_Lufthg_Bewölkung ⁽²⁷⁾

Die aus der Belastung resultierende Spannung verändert sich über die Tiefe, sodass die Belastung der Asphaltbinderschicht aus der Verkehrsbelastung entsprechend anzupassen ist. In einer Tiefe von 4 cm bis 12 cm beträgt die Axialspannung im Mittel etwa 83,3 % und die waagerechte Normalspannung etwa 38,5 % der jeweiligen Spannung an der Fahrbahnoberfläche (Ablesedaten aus [Gerlach 1968]). Diese Spannungen bedingen wesentlich die Verformung infolge von Nach-verdichtung bzw. die Schubverformung aus vertikaler Belastung, sodass unter Berücksichtigung der 4.-Potenz-Regel (siehe Abschnitt 3.7.1) die oben beschriebene Verkehrsbelastung entsprechend für die Berechnung der Verformungen in der Asphaltbinderschicht zu reduzieren ist. Daher wird bei der Berechnung der Verformungen infolge von Nachverdichtung die Verkehrsbelastung mit dem Faktor p= 0,833⁴ und bei der Berechnung der Schubverformung mit q = 0,385⁴ multipliziert.

Die Zusammensetzung des Asphaltmischguts mit den für das Modell relevanten Größen ist Tabelle 4.5 zu entnehmen. Es sind sowohl die Soll-Werte aus der Eignungsprüfung als auch die in der Kontrollprüfung festgestellten Ist-Werte angegeben. Die Ergebnisse der Kontrollprüfung basieren auf 48 Einzelwerten.

Asphaltbinderschicht (Beispielstrecke in konventioneller Bauweise)

Soll

(Eignungs-prüfung)

Ist

(Kontrollprüfung) Festlegung der Wahrscheinlichkeits-verteilung der Größe für die

Abbildung in DRAT Mittelwert

Standard-abweichung Asphaltmischgut ABi 0/22 S

Bitumengehalt B (M.-%) 4,0 4,27 0,23 Annahme Normalverteilung

um den Mittelwert

Raumdichte am MPK (g/cm³) 2,382 2,30 0,01

reale Verteilung in

Abhängigkeit von k aus den Messdaten ermittelt

Asphaltbinderschicht

Verdichtungsgrad k (%) – 103,4 1,43 reale Verteilung aus den

Messdaten ermittelt Hohlraumgehalt Hbit (V.-%) 5,9 (MPK) 4,6 k.A. Berechnung

in Abhängigkeit von k Dicke der Asphaltdeckschicht (cm) 8,0 k.A. k.A. Annahme Normalverteilung

um den Sollwert Tabelle 4.5: Zusammensetzung des Asphaltmischguts ABi 0/22 S und der eingebauten Asphaltbinderschicht in

konventioneller Bauweise

MPK: Marshall-Probekörper; k.A.: keine Angabe

Wie bei dem Splittmastixasphalt der Asphaltdeckschicht wird für den Bitumengehalt in der Asphaltbinderschicht angenommen, dass dieser normalverteilt ist mit den in der Tabelle angegebenen Mittelwert und Standardabweichung aus den Daten der Kontrollprüfung.

Da in den verfügbaren Daten der Hohlraumgehalt der Asphaltbinderschicht nicht angegeben ist, wird dieser mit folgender Formel in Abhängigkeit des Verdichtungsgrads ermittelt, um die Korrelation zwischen dem Hohlraumgehalt und dem Verdichtungsgrad weiterhin abzubilden:

H_bit=





wobei k der Verdichtungsgrad, A,MPK die Raumdichte am Marshall-Probekörper und R,bit die Rohdichte des Asphaltmischguts ist. Die beiden Raumdichten werden – wie der Hohlraumgehalt in der Asphaltdeckschicht – in Abhängigkeit des Verdichtungsgrads aus den Daten der Kontrollprüfung ermittelt. Ihre Klassengrenzen bestimmen sich mit ihrem Mittelwert und der Standardabweichung. Dieser Schritt ist notwendig, um den Hohlraumgehalt der Asphaltbinderschicht in Abhängigkeit des Verdichtungsgrads mit der obigen Formel berechnen zu können.

Die Wahrscheinlichkeitsverteilung und die dazugehörigen Klassengrenzen des Verdichtungsgrads (k) werden analog zur Vorgehensweise bei der Asphaltdeckschicht anhand der Daten aus der Kontrollprüfung festgelegt.

Der ausreichende Verdichtungsgrad (k*) der Asphaltbinderschicht wird in Anlehnung an die Anforderungen im Regelwerk ebenfalls mit 97 % festgelegt.

Für die Schichtdicke der Asphaltbinderschicht sind wie bei der Asphaltdeckschicht keine Mess-daten der Kontrollprüfung vorhanden. Daher wird analog die Annahme getroffen, dass 90 % der Werte die Soll-Schichtdicke von 8 cm um höchstens 10 % über- bzw. unterschreiten. Daraus lässt sich eine Standardabweichung von 4,7 mm berechnen; diese dient zur Formulierung der Klassen-grenzen für die Wahrscheinlichkeitsverteilung entsprechend der Erläuterungen in Abschnitt 4.2.1.

Der Faktor u, der den verdrängbaren Materialanteil beschreibt, wird für die Asphaltbinderschicht der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise mit 0,8 (= (80 16)/80) berechnet. Dabei besteht

die Annahme, dass bis zu 16 mm des Größtkorns der Asphaltbinderschicht mit einem Durchmesser von 22 mm in die Asphalttragschicht (ATS C S 0/32) eindringen können.

Das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis (g) wird für die Asphaltbinderschicht anhand der Soll-Schichtdicke von 80 mm und des Größtkorndurchmessers von 22 mm ermittelt und beträgt 3,6.

4.3.3 Asphaltdecke in Kompaktasphaltbauweise