Straßenbau-Forschung: Frostschäden vorab „wegplanen“

Eine Straße irgendwo in Thüringen. Nach dem Winter reiht sich Schlagloch an Schlagloch. Mangels Finanzen wird aus der Straßenoberfläche ein Flickenteppich, oberflächlich, doch die Schlaglöcher kommen wieder. Die Ursachen dafür liegen oft tiefer und sie könnten durch theoretische Berechnungen minimiert oder gar verhindert werden.

Seit 2009 läuft an der Fachrichtung Bauingenieurwesen der Fachhochschule Erfurt ein Forschungsprojekt, das dank einer vorhandene Befrostungseinrichtung möglich und auf dem Gebiet der Straßenbauforschung in Deutschland hinsichtlich technischer sowie geometrischer Randbedingungen einzigartig ist. Das Team von Prof. Dr.-Ing. Steffen Riedl, M.Sc. Frank Liedloff und Dipl.-Ing. (FH) Anett Kübler bearbeitet das Thema „Frosteinwirkung in ungebundene Schichten des Straßenaufbaus“. Für neuartige Bauvertragsmodelle (PPP oder Funktionalausschreibung) soll künftig das mechanische Verhalten einer Straßenkonstruktion rechnerisch zu beschreiben sein. So ließe sich die Lebensdauer des Straßenbauwerks anhand von Ermüdungsberechnungen nachweisen.

Die Wissenschaftler untersuchen unter Laborbedingungen die Eigenschaften des Untergrundes bzw. des Unterbaues im Straßenbau, die durch bisherige Richtlinien im Straßenbau nur empirisch berücksichtigt sind. In der Befrostungseinrichtung wurde ein Versuchsstand gebaut, mit dem Proben bis zu einem Gewicht von einer halben Tonne unter definierten Bedingungen beprobt werden können. Eine homogene Frostdurchdringung ohne seitliche Beeinflussung wird sichergestellt. Gleichartige Versuche können derzeit nur in wesentlich kleinerem Maßstab mit den damit verbundenen Störgrößen durchgeführt werden. Die Wissenschaftler haben ein Spektrum repräsentativer Bodenproben zusammengestellt, an denen die mechanischen Bodenkennwerte in Laborversuchen nach den geltenden Vorschriften ermittelt und in Probenprotokollen dokumentiert wurden. In ersten Versuchen konnte der Einfluss des Wassergehaltes auf die Frosteindringung nachgewiesen und dokumentiert werden.

Bei dem fachlich Planum genannten Untergrund handelt es sich entweder um den vor Ort anstehenden und eingeebneten Boden oder um eine Dammschüttung. Das Planum reagiert jeweils unterschiedlich auf Frosteinwirkung, Hebungen durch Eisschichten (Gefrierschäden) oder Verlust der Tragfähigkeit durch zu hohen Wassergehalt (Tauschäden). Die Tragfähigkeit kann um bis zu zwei Drittel nachlassen, was die Asphaltschicht stark beeinflusst und u.a. Schlaglöcher erst möglich macht.

In derzeit laufenden Bachelorarbeiten wird die Korrelation zwischen Laborversuchen und FEM- Modellierungen untersucht und verbessert. Das Team geht davon aus, dass durch eine Weiterführung der Forschung ein von den thermodynamischen Eigenschaften abhängiges Dimensionierungsverfahren erarbeitet werden kann. So können künftige Straßenbauvorhaben nach der thermodynamischen Planumseinstufung geplant und gebaut werden.

Kontakt: Frank Liedloff, Tel. 0361 6700-919