Detailergebnis zu DOK-Nr. 61675
Ableitung der Belastungsfrequenz aus einer Analyse des zeitlichen Verlaufes des Fahrzeug-Lastimpulses zur Ermittlung eines geeigneten komplexen Moduls für die Verwendung im mechanisch-empirischen Bemessungsverfahren (MEPDG) (Orig. engl.: Frequency determination from vehicular loading time pulse to predict appropriate complex modulus in MEPDG)
| Autoren |
M.A. Elseifi I.L. Al-Qadi W. Xie |
|---|---|
| Sachgebiete |
11.1 Berechnung, Dimensionierung, Lebensdauer 11.2 Asphaltstraßen |
Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists 2008: From the Proceedings of the Technical Sessions, Philadelphia, PA, April 27-30, 2008. Lino Lakes, MN: Association of Asphalt Paving Technologists (AAPT), 2008, S. 739-771, 17 B, 4 T, 16 Q
Das mechanisch-empirische Dimensionierungsverfahren (Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, MEPDG) für Fahrbahnbefestigungen benötigt den komplexen Elastizitätsmodul von Asphaltschichten, um deren zeit- und temperaturabhängiges Last-Verformungsverhalten simulieren zu können. Da der komplexe E-Modul im Frequenzbereich gemessen wird, die Fahrzeuglasten aber im Zeitbereich einwirken, ist ein möglichst fehlerfreies Umrechnen des E-Moduls grundlegend notwendig, um die Zuverlässigkeit der Bemessungsrechnungen zu gewährleisten. Die zwei hierfür bisher verwendeten Ansätze ermitteln entweder die Belastungsfrequenz als Kehrwert der Belastungsdauer oder berechnen sie aus der in Winkelkoordinaten vorliegenden Lastfrequenz. Beide Ansätze werden zunächst untersucht. Dabei wird gezeigt, dass sie zwar im Zeitbereich zu befriedigenden Näherungslösungen führen, die Ergebnisse aber im Frequenzspektrum zu erheblichen Fehlern im Vergleich zu Messwerten führen. Vorgeschlagen wird stattdessen ein Fourier-Ansatz, mit dem das Lastfrequenzspektrum aus einer Analyse der Lastimpulsdaten abgeleitet wird. Berechnungen mit dem MEPDG-Programm unter Nutzung dieses Ansatzes zeigen dessen Vorteile. So lassen die Ergebnisse erkennen, dass, falls das Lastfrequenzspektrum genügend Energie enthält, um die Eigenfrequenz der Fahrbahnbefestigung zu erreichen, eine Vibration auf den Lastimpuls folgt. Diese wird jedoch sehr schnell durch die viskoelastischen Eigenschaften des Asphalts gedämpft. Sie wird genutzt, um die tiefste Eigenfrequenz des Asphalts in einer vorgegebenen Tiefe zu bestimmen. Zum derzeitigen Stand der Forschung kann noch nicht abgeschätzt werden, welche Auswirkungen diese Vibration verursacht. Speziell für schwer belastete Verkehrsflächen, wie zum Beispiel Start- und Landebahnen von Flughäfen, erscheint ihr Einfluss bedeutsam zu sein. Die Ergebnisse der Fourier-Analysen wurden auch genutzt, um die viskoelastischen Asphalteigenschaften und die dadurch bedingten verzögerten Lastreaktionen des Asphalts zu untersuchen. Trotz eines gleichen Lastimpulses kann der Asphalt bei Berücksichtigung der komplexen Charakteristiken des Frequenzspektrums ein unterschiedliches viskoelastisches Verhalten aufweisen.