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Detailergebnis zu DOK-Nr. 46290

Wasseranreicherung und Porenwasserdruck an der Unterseite von Straßenbefestigungen (Orig. engl.: Moisture accumulation and pore water pressures at base of pavement)

Autoren	G.J. Kennepohl K.D. Eigenbrod
Sachgebiete	7.3 Frost 8.0 Allgemeines 11.2 Asphaltstraßen

Transportation Research Record (TRB) H. 1546, 1996, S. 151-161, 12 B, 11 Q

Durch intensive Feld- und Laborversuche sind die Vorgänge untersucht worden, die häufig zum vorzeitigen Versagen von flexiblen Befestigungen in kalten Regionen wie Skandinavien sowie den nördlichen Teilen Kanadas und Amerikas geführt haben. Bei Lufttemperaturen, die unter den Temperaturen des Untergrunds liegen, kondensiert Wasser an der Grenzfläche zwischen der praktisch undurchlässigen Asphaltschicht und der ungebundenen Tragschicht. Fallen die Untergrundtemperaturen unter den Gefrierpunkt, friert das kondensierte Wasser und es bildet sich Eis an dieser Grenzfläche. Diese Eisanreicherung ist nicht mit der typischen Eislinsenbildung in feinkörnigen Böden vergleichbar, da sie nicht von der Kapillarwirkung des Untergrunds abhängt. Während längerer Tauperioden schmilzt das Eis an der Unterseite der Asphaltschicht. Wegen der dunklen Farbe des Asphalts beginnt der Auftauvorgang unter der Befestigung früher als unter den schneeüberdeckten Seitenstreifen. Dadurch ist das aufgetaute Wasser zwischen der Befestigung und der gefrorenen Unterlage eingeschlossen und führt zu hohen Porenwasserdrücken unter der Befestigung. Hohe Porenwasserdrücke in gesättigten körnigen Materialien haben den Verlust der Scherfestigkeit zur Folge und können zur Verflüssigung der Bereiche führen, die im Kontakt mit der Befestigung stehen. Die Unterlage verliert ihre Tragfähigkeit, was zu großen Verformungen und zum Versagen der Befestigung führt. Diese Zusammenhänge sind durch die Feld- und Laborversuche bestätigt worden. Der natürliche Wassergehalt des Tragschichtmaterials beträgt etwa 5 %. In der Grenzfläche zwischen Befestigung und Tragschicht wurden nach Frost Wassergehalte bis 16 % gemessen. Die Wasseranreicherung ist von den Temperaturen und ihrem Verlauf innerhalb der Schichten abhängig. Die höchsten Porenwasserdrücke von 6,5 bis 10,5 kPa wurden zu dem Zeitpunkt gemessen, als der Boden unter der Befestigung zu tauen begann. Der größte Porenwasserdruck entstand in Böden mit 15 bis 20 % Schluffanteil und sein Abbau dauerte mehrere Tage. Bei Körnungen mit weniger als 2 % Schluff wurde auch bei Wassersättigung kein Anstieg des Porenwasserdrucks in der Tauphase gemessen.