Quantifizierung der Wirkung von Geogittern in Asphaltfundamentschichten

Feb 15, 2024

Geogitter, die während des Baus zwischen die Schichten der Asphaltdecke eingefügt werden, können die Festigkeit und Haltbarkeit der fertigen Straße erhöhen. Um Ingenieuren bei der Entscheidung zu helfen, ob sie Geogitter in Straßenbauprojekten verwenden sollten, berechneten die Forscher, wie viel Festigkeit und Haltbarkeit Geogittermaterial einer Asphaltdecke verleihen kann, und integrierten die Ergebnisse in die Designsoftware von MnDOT.

Weiche Böden können Straßenplaner und -bauer vor vielfältige Herausforderungen stellen. Wenn Straßen ohne ein ausreichend stabiles Untergrundfundament gebaut werden, können Verkehrslasten und andere Belastungen dazu führen, dass Asphalt oder flexible Fahrbahnbeläge reißen und vorzeitig beschädigt werden. Die Schaffung dieser starken Basis kann jedoch bedeuten, dass tiefer gegraben und der weiche Boden durch Zuschlagstoffe ersetzt werden muss, was sowohl Zeit als auch Kosten für ein Projekt mit sich bringt.

„Zuschlagstoffe sind teuer und knapp. Dieses Projekt hat gezeigt, wie Geogitter verwendet werden können, um den Bedarf an Zuschlagstoffen im Straßenbau zu reduzieren, um Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die langfristige Leistung der Gehwege zu erhöhen“, sagte Vernon Schaefer, Professor am Department of Civil, Construction and Environmental der Iowa State University Maschinenbau.

Seit Jahrzehnten bieten Geogitter in Minnesota eine Lösung. Wenn dieses synthetische Material während des Baus zwischen den Fahrbahnschichten platziert wird, stabilisiert es die Aggregatbasis und erzeugt auf weichen Böden einen Schneeschuheffekt, wodurch die Last auf eine größere Fläche verteilt wird. Durch den Einsatz von Geogittern wird die Struktur verstärkt und die Lebensdauer von Asphaltbelägen verlängert.

Im Jahr 2015 gab MnDOT Leitlinien zur strukturellen Leistungsfähigkeit von Geogittern heraus und gab an, dass eine Geogitterschicht die gleiche Verstärkungsleistung bietet wie 2 Zoll des typischerweise im Bundesstaat verwendeten Zuschlagstoffgrundmaterials. Seitdem deuten Fortschritte in der Technologie darauf hin, dass das Material möglicherweise stärker ist und mehr Gesteinskörnungen verdrängen kann als bisher angenommen.

Ziel der Forschung war es, durch Feld- und Labortests die kurzfristigen und langfristigen Vorteile der Verwendung von Geogittern in Asphaltbelägen zu bewerten und herauszufinden, wo in den Schichten des Belags Geogitter für eine maximale Wirkung platziert werden sollten. Ein weiteres Ziel war die Entwicklung eines Moduls für MnPAVE, das flexible Computerprogramm für Straßenbelagsdesign von MnDOT, das es Ingenieuren im ganzen Bundesstaat ermöglichen würde, Geogitter problemlos in Straßenbeläge zu integrieren, die gemäß den MnDOT-Spezifikationen entworfen wurden. Mit einem genaueren Verständnis darüber, was Geogitter leisten können und wo und wann sie den größten Nutzen bieten, sind die Ingenieure örtlicher Verkehrsbehörden besser in der Lage, eine effektive Straßenbelagslösung für die individuellen Umstände und das Budget ihrer Projekte zu entwerfen.

Die Forscher untersuchten zunächst die veröffentlichte Literatur, die die Verstärkungsfähigkeiten von Geogittern dokumentiert.

Anschließend führten die Forscher in Zusammenarbeit mit einem geotechnischen Ingenieurbüro eine Reihe von Labortests durch, um zu untersuchen, wie Geogitter die Fahrbahnleistung in einer kontrollierten Umgebung beeinflussen. Unter Verwendung von vier Arten proprietärer Geogittermaterialien – leichte und schwere zweiachsige (quadratisches Muster) und leichte und schwere dreiachsige (dreieckige Muster) – simulierten die Tests Fahrzeuglasten mit maßgeschneiderter, hochmoderner Ausrüstung .

Anschließend arbeiteten die Teams zusammen, um dieselben Geogittermaterialien unter realistischen Bedingungen zu bewerten. Beim Bau von zehn Straßenabschnitten setzten die Forscher schwere Maschinen ein, um jeden Standort verschiedenen Belastungstests zu unterziehen und dabei Daten zu sammeln und die Leistung zu bewerten.

Abschließend skizzierte das Forschungsteam, wie MnDOT die Erkenntnisse in seine MnPAVE-Designsoftware integrieren könnte.

Die Untersuchung zeigte, dass, da eine Reihe von Variablen die Leistung eines Geogitters in der fertigen Fahrbahn beeinflussen, je nach örtlichen Standortbedingungen und anderen Faktoren für einige Projekte möglicherweise weniger Zuschlagstoffe erforderlich sind. Da es sich bei Asphaltbelägen um ein Schichtprodukt handelt, hängt der Erfolg des Endergebnisses letztlich von der Dicke und Qualität der einzelnen Komponentenschichten ab. Die Tiefe des Unterbaus, die Menge und Größe der Zuschlagstoffe, die Art des Geogitters, seine Position im Bauwerk und die Asphaltmischung der Oberfläche tragen alle zu einer erfolgreichen fertigen Fahrbahn bei.

„Dank dieses Projekts verfügen Ingenieure und Designexperten im ganzen Bundesstaat über ein weiteres Werkzeug, das sie bei Entscheidungen zur Straßengestaltung in ihrem Gebiet nutzen können“, sagte Michael McCarty, stellvertretender Stadtingenieur der Stadt Mankato.

Die Forscher machten einige allgemeine Designbeobachtungen, darunter die folgenden:

Diese Forschung lieferte die dringend benötigte Klarheit darüber, wann und wo Geogitter bei flexiblen Straßenbauprojekten effektiv eingesetzt werden können. Jeden Tag berücksichtigen örtliche Straßenplaner und Ingenieure im ganzen Bundesstaat eine Vielzahl von Faktoren, wenn sie abwägen, welche Materialien und Methoden sie für Projekte in ihrer Gemeinde wählen sollen.

Mit den objektiven Daten aus dieser Studie können diese Interessengruppen die tatsächlichen Kosten und Vorteile eines Geogitters genauer einschätzen, was zu fundierteren Entscheidungen darüber führt, ob und wo sie den größten Nutzen bieten können.