Innovationen der Straßeninfrastruktur auf dem duraBASt
Road infrastructure innovations on duraBASt
ORR Dipl.-Ing. G. Golkowski; ORR Dipl.-Ing. S. Höller; Dr.-Ing. M. Kalantari; Dr.-Ing. J. Ritter, Bergisch Gladbach
Deutschland verfügt über eine funktionierende Straßeninfrastruktur. Diese ist wesentlich für die Wirtschaft und den Wohlstand. Um auch zukünftig diese Infrastruktur zu betreiben, bedarf es einer nachhaltigen Umgestaltung. Diese muss klimaneutral und Ressourcen schonend, aber dennoch finanzierbar sein. Daher hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) bereits im Jahr 2012 das Forschungsprogramm „Straße im 21. Jahrhundert“ initiiert, in dem die an der Straßeninfrastruktur Beteiligten innovative Ansätze einbringen können. Einige dieser Ansätze sind unmittelbar in der Praxis anwendbar, andere bedürfen noch der Weiterentwicklung und Prüfung. Dazu wurde in den Jahren 2015 bis 2017 das „Demonstrations-, Untersuchungs- und Referenzareal im Autobahnkreuz Köln Ost - duraBASt“ errichtet. Dort werden Innovationen im Straßenbau praxisnah ausgeführt, zeitraffend belastet und messtechnisch begleitet. Einige laufende Projekte werden in dem Beitrag vorgestellt. Von der Errichtung bis heute hat sich das duraBASt zu einer zentralen Stelle für Innovationen im Straßenbau entwickelt. Dies wird auch von Fachleuten im In- und Ausland wahrgenommen. Regelmäßig informieren sich Besuchergruppen über Forschungsprojekte und Innovationen auf dem duraBASt. Damit wird Akzeptanz für Innovationen im Straßenbau geschaffen, die Einführung in das Straßenbauregelwerk erleichtert und ein Beitrag geleistet, dass die vorgegebenen Klimaziele erreicht werden können.
Germany has a functioning road infrastructure. This is essential for the economy and prosperity. In order to continue to operate this infrastructure in the future, a sustainable transformation is required. This must be climate-neutral and resource-saving, but still financeable. The Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) therefore initiated the research program “Roads in the 21st Century” in 2012, in which those involved in road infrastructure can contribute innovative approaches. Some of these approaches are immediately applicable in practice, others still require further development and testing. For this purpose, the “demonstration, investigation and reference area in the Cologne East motorway intersection - duraBASt” was built between 2015 and 2017. There, innovations in road construction are carried out in a practical manner, taken under accelerated load testing and accompanied by measurement technology. Some ongoing projects are presented here. From its construction to today, duraBASt has developed into a central point for innovations in road construction. This is also noticed by experts at home and abroad. Groups of visitors regularly find out about research projects and innovations at duraBASt. This creates acceptance for innovations in road construction, facilitates the introduction into the road construction regulations and contributes to ensuring that the specified climate goals can be achieved.
doi.org/10.53184/STA11-2023-1
Wiederverwertung von Asphaltgranulat in kalt hergestellten Tragschichten mit Bitumen
Recycling asphalt granules in cold-formed base courses with bitumen
apl. Prof. Dr.-Ing. K. Mollenhauer; Dr.-Ing. A. Al-Mohammedawi, Kassel
Dr.-Ing. M. Kalantari, Bergisch Gladbach
Kaltrecyclingbaustoffe, welche unter Verwendung von hohen Anteilen an Ausbauasphalt bei Umgebungstemperatur mit Bitumenemulsion oder Schaumbitumen sowie hydraulischem Bindemittel hergestellt werden, werden international vermehrt als Alternative zu Heißasphalt in Tragschichten eingesetzt. Das mechanische Verhalten dieser Baustoffe weicht durch die geringen wirksamen Bindemittelgehalte sowie die Bindemittelkombination vom Verhalten von konventionellem Asphalt ab, sodass andere Verfahren zur Mischgutkonzeption eingesetzt werden. Zunächst werden verschiedene Arten von KRC-Baustoffen vorgestellt. Die in zahlreichen Ländern angewendeten Verfahren zur Mischgutkonzeption werden einander gegenübergestellt und verglichen. Weiterhin wird anhand von Forschungsergebnissen aus mehreren Forschungsprojekten und Dissertationen aufgezeigt, dass der Einsatz von Tragschichten aus KRC-Baustoffen in tragfähigen und dauerhaften Befestigungen möglich ist.
Cold recycled materials, which are produced using high proportions of reclaimed asphalt at ambient temperature with bitumen emulsion or foamed bitumen and hydraulic binder, are increasingly being used internationally as an alternative to hot asphalt in base courses. The mechanical properties of these materials differ from that of conventional asphalt due to the low effective binder content and the binder combination, so that other mix design methods are used. First, different types of cold recycling construction materials are presented. The mix design methods used in many countries are compared. Furthermore, research results from several research projects and dissertations show that it is possible to use base courses made of cold recycling materials in durable pavement structures.
doi.org/10.53184/STA11-2023-2
Stand und Wege für die Automatisierung und den Einsatz von Robotik im Straßenbau
Status and paths for automation and the use of robotics in road construction
Dr.-Ing. V. Rosauer; B. Jungen, M. Sc., Bergisch Gladbach
Die Automatisierung und der Einsatz von Robotik bergen große Potenziale für den Straßenbau. Insbesondere hinsichtlich des sich u. a. verstärkenden Fachkräftemangels und der sich ändernden Arbeitsschutzbedingungen können diese Technologieentwicklungen die Produktivität und die technische Qualität steigern. Für eine gelungene Automatisierung und den Einsatz von Robotik ist ein hoher Digitalisierungsgrad entscheidend. Daher wurden und werden sowohl im Asphalt- als auch im Betonstraßenbau Forschungsprojekte durchgeführt (z. B. PAST, Betonfahrbahn 4.0), um zunächst den aktuellen Stand der Technik abzubilden, die Potenziale zu identifizieren und die Maschinentechnik weiterzuentwickeln. So konnte der Automatisierungsgrad diverser Arbeitsabläufe (z. B. lasergestützte Höhenreferenzierung für Walzvorgänge, optimierte Mischprozessführung in der Betonherstellung) deutlich gesteigert werden. Zur Weiterentwicklung von baupraktisch relevanten Automatisierungsprozessen und Robotikanwendungen werden auch in Zukunft Forschungsprojekte im Rahmen von Förderprogrammen wie z. B. dem „Innovationsprogramm Straße“ der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführt.
Automation and the use of robotics hold great potential for road construction. Particularly in view of the increasing shortage of skilled professionals and the changing health and safety conditions, these technological developments can increase productivity and technical quality. A high degree of digitalization is crucial for successful automation and the use of robotics. Therefore, in both asphalt road and concrete road construction, numerous research projects have been and are being carried out (e.g. PAST, Concrete Roadway 4.0), initially mapping the current state of the art, identifying the potential and further developing the machine technology. In this way, the degree of automation of various work processes (e.g. laser-supported height referencing for rolling processes, optimized mixing process control in concrete production) could be significantly increased. For the further development of automation processes and robotics applications relevant to construction practice, further research projects will be carried out in the future within the framework of funding programs such as the "Road Innovation Program" of the Federal Highway Research Institute.
doi.org/10.53184/STA11-2023-3
INFUKON – ein neuer Ansatz zur ganzheitlichen Analyse des Gebrauchsverhaltens hochbeanspruchter Betonfahrbahndecken im Fugenbereich
INFUKON – A holistic approach for performance analysis of the service behavior of joint systems in heavy duty concrete pavements
Dipl.-Ing. C. Recknagel, Berlin
Dipl.-Ing. A. Spilker, Bergisch Gladbach
Betonfahrbahndecken zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Dauerhaftigkeit und Wartungsarmut aus, welche im Ergebnis zu einer sehr guten Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit führen. In den vergangenen Jahren wurden große Fortschritte hinsichtlich der Weiterentwicklung von Konstruktion, Baustoff und Fahrbahnoberfläche erzielt. Forschung und Entwicklung befassen sich seit einigen Jahren systematisch auch mit der Optimierung von Fugensystemen für hochbeanspruchte Bundesfernstraßen. Das Forschungsprojekt INFUKON liefert einen generalisierbaren methodischen Ansatz zur ganzheitlichen Analyse des Gebrauchsverhaltens hochbeanspruchter Fugensysteme in Betonfahrbahndecken und eine innovative Versuchseinrichtung die als technische Grundlage zur Verfügung stehen. In diesem Beitrag werden wesentliche Projektergebnisse vorgestellt.
Concrete pavements are characterized in particular by high durability and low maintenance, which result in very good cost efficiency and sustainability. In recent years, great progress has been made with regard to the further development of design, material and pavement surface. For some years now, research and development has also been systematically concerned with the optimization of joint systems for highly stressed federal highways. The INFUKON research project provides a generalizable methodological approach for the holistic analysis of the service behavior of highly stressed joint systems in concrete pavements and an innovative test facility as a technical basis. This paper presents the main results of the project.
doi.org/10.53184/STA11-2023-4
Luftunterstützung für die Aufgaben der Autobahn GmbH
Air Support for the challenges of the Autobahn GmbH
Dr.-Ing. B. Wacker; Annemarie Arnold, Berlin
Die Autobahn GmbH hat sich zum Ziel gesetzt, die Verfügbarkeit, die Sicherheit und die Nachhaltigkeit im Autobahnbereich auch durch Innovationen zu steigern. Ein Baustein könnte die Luftunterstützung sein, um Datenerfassungen mittels Drohnentechnologie durchzuführen und dadurch die tägliche Arbeit im Gefahrenbereich zu verringern. Durch die Drohnentechnologie ist es möglich, an Bereiche heranzukommen, die sonst nur schwer oder mit viel Aufwand (Streckensperrung, zusätzliches Gerät und/oder Gefahrenpotenzial) zu erreichen sind. Hierzu hat die Autobahn GmbH aktuell verschiedene Aktivitäten angestoßen, um die Möglichkeiten und Grenzen im Tagesgeschäft zu ermitteln. Dazu gehören Projekte im Bereich des Vegetationsmonitorings, dem Betriebsdienst, aber auch im Bereich der Brückenprüfungen. Aus diesen Aktivitäten haben sich einige Herausforderungen gezeigt. Dies betrifft die Genehmigungssituation, die Zertifizierung von Fluggeräten sowie die Erhöhung der Akzeptanz in Bezug auf die Nutzung der Drohnentechnologie.
The Autobahn GmbH has set itself the goal of increasing availability, safety and sustainability in the Autobahn area, also through innovations. One component could be aerial support to carry out data collection using drone technology and thus reduce the daily work in the danger zone. Drone technology makes it possible to access areas that would otherwise be difficult to reach or would require a great deal of effort (road closures, additional equipment and/or Potential danger). To this end, Autobahn GmbH has currently initiated various activities to determine the possibilities and limits in day-to-day business. These include projects in the area of vegetation monitoring, operational services, but also in the area of bridge inspections. These activities have revealed a number of challenges, including the licensing situation, certification of aircraft and increasing acceptance of the use of drone technology.
doi.org/10.53184/STA11-2023-5
Hochverdichtungsasphalt
High-density asphalt
G. Köditz; D. Stein; Erfurt
Dipl.-Ing. S. Köse, Bergisch Gladbach
Herkömmlich konzipierte Asphaltschichten zeigen oftmals erste auftretende Schäden in Form von Rissen, Substanzverlust und möglichen Wasserzutritt durch erhöhten Hohlraumgehalt. Diese Schichten erreichen dann häufig nicht die vorgesehene Nutzungsdauer. Das Asphaltkonzept Hochverdichtungsasphalt (HVA) hat zum Ziel, die Gebrauchstauglichkeit über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Dies soll durch eine optimierte Asphaltzusammensetzung, einen veränderten Schichtenaufbau und eine höhere Verdichtung erreicht werden, die besonders gegen eindringendes Wasser schützt und im Gesamten insbesondere die Rissbeständigkeit der Schicht verbessert. Dazu wird ein Asphaltmischgut in Anlehnung an den Splittmastixasphalt (SMA), aber mit einem reduzierten Bindemittelgehalt und unter Verwendung von Bitumen 70/100 in großer Dicke (ca. 8 cm) unter Einsatz von Hochverdichtung (mit entsprechendem Einbau- und Logistikkonzept) möglichst dicht eingebaut. Ein größerer Einbau wurde auf der A73 bei Eisfeld in Thüringen durchgeführt und von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) begleitet. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass Asphaltschichten aus HVA mit einem geänderten Walzkonzept zielsicher eingebaut werden können. Insgesamt bietet das Konzept des Hochverdichtungsasphalts interessante Ansätze.
Conventionally designed asphalt layers often show the first signs of damage in the form of cracks, loss of substance and possible water ingress due to increased void content. These layers then frequently do not achieve their intended service life. The asphalt concept high-compaction asphalt (HVA) aims to ensure serviceability over a longer period of time. This is to be achieved by an optimized asphalt composition, a modified layer structure and higher compaction, which particularly protects against water penetration and improves the overall crack resistance of the layer. For this purpose, a mixture similar to stone mastic asphalt (SMA), but with a reduced binder content and a binder 70/100, is paved in a large thickness (approx. 8 cm) using high compaction (with a corresponding paving and logistics concept) to achieve the highest possible density. A major paving operation was carried out on the A73 near Eisfeld in Thuringia and monitored by the German Federal Highway Research Institute (BASt). The results allow the conclusion that asphalt layers made of HVA can be paved accurately with a modified rolling concept. Overall, the concept of high-compaction asphalt offers interesting approaches.
doi.org/10.53184/STA11-2023-6