Austrian Case Study Bitumen vs Pm B Markus

Austrian Case Study: Bitumen vs. Pm. B Markus Spiegl 4. Bitumen Fachtagung, 22. 02. 2018, Bern OMV Downstream

Inhalt Änderungen in der Oberbaumessung RVS 03. 08. 63 Rechnerische Bemessung des Straßenoberbaus für Asphaltstraßen (RVS 03. 08. 68) Einflussfaktoren Bitumen- und Asphaltmischguttypen Gebrauchsverhaltensorientierte Materialeigenschaften (Eingangsdaten) Numerisches Modell Bemessungsbeispiel Autobahn (AS 1 -LK 10) Lebenszykluskostenanalyse Beispiel – Autobahn (AS 1 -LK 10) Zusammenfassung, Resümee, Ausblick CEE Road Pavement Design Workshop Nov. 2018 2 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Änderungen in der Oberbaumessung RVS 03. 08. 63 Aktualisierung des Bemessungskatalog © Blab, Eberhardsteiner ► Änderungen der Namen für Lastklassen ► Neue Lastklassen LK 42 / LK 82 /LK 163 ► Neue Namen für Bautypen - AS 1. . . AS 2. . . AS 3. . . AS 4. . . Asphalt + ungeb. ober und untere Tragschicht (TS) (vorher BT 1) Asphalt + ungeb. obere TS (U 1) und untere TS (vorher BT 2) Asphalt + ungeb. obere TS (RA) und untere TS (vorher BT 3) Asphalt + stab. TS (ST-Z, ST-T) und ungeb. Untere TS (vorher BT 4) 3 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue rechnerische Oberbaudimensionierung Einflussgrößen Verkehrsbelastung ► Standardkollektiv (vorgegeben) ► Mautdaten ASFi. NAG (Lastgröße, Überrollhäufigkeit, Radkonfiguration) ► Fahrzeugwiegedaten (Achslastverteilung, Gesamtgewichtsverteilung) je nach Datengrundlage wählbar GVO Materialkenngrößen ► Mindeststeifigkeit Smin Asphalt (Deck-, Binder- und Tragschichten) oder Bindemittel ► Berücksichtigung von DSR-Mastercurves für Bitumen ► Ermüdungsfestigkeit ε 6 (Tragschichte) Herstellerdeklaration (Erstprüfung) 4 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue rechnerische Oberbaudimensionierung Einflussgrößen Klima ► Klimazone I oder II ► Temperaturverteilung Oberbaustruktur ► Mindesttragfähigkeit am Unterbau Planum (Untergrund, ungebunden unteren Tragschichten) ► Art und Dicke der ungebundenen bzw. stabilisierten Schichten ► Klasse der ungebundenen unteren Schichten gem. RVS 08. 15. 01 individuell wählbar 5 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Produkteigenschaften - Bindemittel OMV Straßenbaubitumen 70/100 (EN 12591) Merkmal/ Kennwert Einheit Penetration bei 25°C x 0. 1 mm Erweichungspunkt °C Masseänderung bei 163°C % Verbleibende Penetration % Erweichungspunkt nach Alterung °C Anstieg Erweichungspunkt °C Flammpunkt °C Brechpunkt nach Fraass °C Löslichkeit % (m/m) Dynamische Viskosität bei 60°C Pa. s Kinematische Viskosität bei 135°C mm²/s 6 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018 Wertebereich 70 - 100 43 -51 ≤ 0. 8 ≥ 46 ≥ 45 ≤ 9 ≥ 230 ≤ – 10 ≥ 99 ≥ 90 ≥ 230

Produkteigenschaften - Bindemitteltyp gemäß EN 14023 Merkmal/Kennwert Einheit Penetration bei 25°C x 0. 1 mm Erweichungspunkt °C Kraft-Duktilität J/cm² Masseänderung bei 163°C % Verbleibende Penetration % Anstieg Erweichungspunkt °C Flammpunkt °C Brechpunkt nach Fraass °C 25/55 -65 25 - 55 ≥ 65 45/80 -65 45/80 RC Pm. B Hi. M Wertebereich 45 - 80 ≥ 65 ≥ 70 ≥ 3 (5°C) ≥ 3 (10°C) 45 -80 ≥ 3 (5°C) ≥ 3 (10°C) ≤ 0, 5 ≥ 60 ≤ 8 ≥ 250 ≤ – 12 ≤ 0, 5 ≥ 60 ≤ 8 ≥ 250 ≤ – 18 ≤ 0, 5 ≥ 60 ≤ 8 ≥ 250 ≤ – 20 % ≥ 80 (95) Lagerbeständigkeit: Differenz der °C Erweichungspunkte ≤ 5 ≤ 5 Elastische Rückstellung (25°C) nach EN 12607 ≥ 60 ≥ 70 (80) Elastische Rückstellung (25°C) OMV Starfalt® Pm. B % 7 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Asphaltmischguttypen Deckschicht ► ► ► AC 11 deck 70/100 AC 11 deck Pm. B 45/80 -65 AC 11 deck Pm. B 45/80 -80 (Pm. B Hi. M) Binderschicht ► ► ► AC 22 binder 70/100 AC 22 binder Pm. B 25/55 -65 AC 22 binder Pm. B 45/80 RC mit 20 % RAP AC 22 binder Pm. B 45/80 -80 (Pm. B Hi. M) Tragschicht ► ► AC 32 trag 70/100 AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 AC 32 trag Pm. B 45/80 RC mit 20% RAP AC 32 trag Pm. B 45/80 -80 (Pm. B Hi. M) 8 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue Rechnerische Oberbaudimensionierung Rheologische Eigenschaften (DSR) Bindemittel Masterkurven für die untersuchten Bindemittel zur Ableitung der Eingangsparameter in das Wiener Modell 9 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue Rechnerische Oberbaudimensionierung GVO Materialkennwerte des Asphaltmischgut Steifigkeitsversuch (4 PB acc. EN 12697 -26) E* [N/mm 2] 12. 666 N/mm 2 1. 245 10 °C ε N/mm 2 40 °C 8 Hz Frequenz [Hz] 10 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue Rechnerische Oberbaudimensionierung Asphaltsteifigkeit nach dem Wiener Modell • Volumetrische Kenngrößen Asphalt • Bitumensteifigkeit G* bei maßgeblicher Temperatur & Belastungsfrequenz • Dynamische Steifigkeit Smix als Eingangsgröße in Bemessung © Blab, Eberhardsteiner 11 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue Rechnerische Oberbaudimensionierung GVO Materialkennwerte des Asphaltmischgut Asphaltsteifigkeit nach dem Wiener Modell Temperaturabhängige Steifigkeit Smix für AC 22 binder mit unterschiedlichen Bindemittel 12 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue Rechnerische Oberbaudimensionierung GVO Materialkennwert Ermüdung des Asphaltmischgut Ermüdungskurven (4 Punktbiegebalken) für die verwendeten Asphaltmischgutsorten und unterschiedlichen Bindemittel 13 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Bemessungsmodell Ermittlung der Primärwirkungen Gesamtgewichtsverteilung Verkehr und Achslastverteilung Tiefe [cm] Temperaturverteilung im Asphalt [°C] Klima Achslast Numerisches Modell si 14 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Neue rechnerische Bemessung des Straßenoberbaus für Asphaltstraßen Materialkennwerte Asphaltermüdung Ermüdungsparameter Zulässige Lastwechsel Wiener Modell Anforderungswert Widerstand gegen Ermüdung Spannungsberechnung numerisches Modell Berechnung der zulässigen Lastwechsel 15 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018 © Blab, Eberhardsteiner

Bemessungsbeispiel Autobahn LK 10 gem. RVS 03. 08. 63 Varianten - 16 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018 70/100 Pm. B 45/80 -65 Pm. B 25/55 -65 Pm. B 45/80 RC Pm. B 45/80 -80

Bemessungsbeispiel – Strukturelle Lebensdauer LK 10 gem. RVS 03. 08. 63 Gesamtdicke bituminöser Oberbau: 23 cm ► Modellasphalt Bemessungskatalog ► Variante I: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag 70/100 ► Variante II: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 70/100 ► Variante IIIa: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 70/100 ► Variante IIIb: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 Pm. B 25/55 -65 70/100 17 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Bemessungsbeispiel – Strukturelle Lebensdauer LK 10 gem. RVS 03. 08. 63 Gesamtdicke bituminöser Oberbau: 23 cm ► Variante IVa: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 ► Variante IVb: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 Pm. B 25/55 -65 Pm. B 45/80 -65 ► Variante IVc: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -65 Pm. B 45/80 RC Pm. B 45/80 -65 ► Variante V: 3, 5 cm AC 11 deck 8, 5 cm AC 22 binder 11, 0 cm AC 32 trag Pm. B 45/80 -80 18 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Bemessungsbeispiel LK 10 gem. RVS 03. 08. 63 Strukturelle Lebensdauer – zulässige Lastwechsel Vatiante V Vatiante IVc % 0 2 Vatiante IVb + Vatiante IVa Vatiante IIIa % 0 5 Vatiante I +1 Modellasphalt 0 5 10 19 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018 15 NLWzul [Mio. ] 20 25 30 35

Bemessungsbeispiel LK 10 gem. RVS 03. 08. 63 Strukturelle Lebensdauer Vatiante V Vatiante IVc Vatiante IVb % 0 2 Vatiante IVa + Vatiante IIIa Vatiante I % 0 5 1 + Modellasph alt 0 10 20 30 Technische Lebensdauer [a] 20 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018 40 50 60

Wirtschaftlichkeitsanalyse – LCCA Methodik ► Berücksichtigung der Zahlungsströme für die Errichtung, bauliche Erhaltung und des Restwertes im Lebenszyklus (Baulastträgerkosten) ► Ermittlung von Barwert & Annuität 21 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Wirtschaftlichkeitsanalyse – LCCA Simulation der Zustandsentwicklung Maßgebliche Schadensmerkmale Risse & Spurrinnen Bautype AS 1 -LK 10, Variant I - Oberbau mit Destillationsbitumen 22 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Wirtschaftlichkeitsanalyse– LCCA Simulation der Zustandsentwicklung Maßgebliche Schadensmerkmale Risse & Spurrinnen Bautype AS 1 -LK 10, Variante IV - Oberbau mit Pm. B- Bitumen 23 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Wirtschaftlichkeitsanalyse– LCCA Errichtungskosten vs. Lebenszykluskosten Bautype AS 1 -LK 10 Betrachtungszeitraum 50 Jahre Mittelpreise (Preisbasis 2015, Baulosgrößen über 5. 000 m 2), Zinsfuß i = 3% 24 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Wirtschaftlichkeitsanalyse– LCCA Errichtungskosten vs. Lebenszykluskosten Bautype AS 1 -LK 10 Betrachtungszeitraum 50 Jahre Mittelpreise (Preisbasis 2015, Baulosgrößen 5. 000 m 2), Zinsfuß i = 3% 25 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Zusammenfassung und Resümee Technisch fundierte Berücksichtigung der unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften verschiedener Bindemittel ist erforderlich Die untersuchten Oberbauvarianten unterscheiden sich bei Einsatz von Asphalten mit Destillations- bzw. Pm. B-Bitumen teilweise deutlich in der rechnerischen Lebensdauer Einsatz von modifizierten Bitumen (Pm. B) auch in den Binder- und Tragschichten kann bei gleicher Schwerverkehrsbelastung die strukturelle Lebensdauer des Oberbaus deutlich erhöhen. Bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Pm. B-Asphalten dürfen nicht nur die Errichtungskosten betrachtet, sondern es müssen die Gesamtkosten über den Lebenszyklus (LCC) herangezogen werden. Trotz höherer Errichtungskosten zwischen 4 bis 8% beim Einsatz von Pm. BAsphalten auch in den Binder- und Tragschichten, immer günstigere LCC zwischen 5 bis 9 % gegenüber Asphalten mit Destillationsbitumen nachgewiesen werden 26 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Ausblick Dritter Workshop (2008 – 2012 – 2016) – ZAS, OMV Experten aus 8 teilnehmenden Ländern 42 Teilnehmer Derzeitige und zukünftige Straßengestaltung [Actual and future road design approach] Projektidee: Internationale Zusammenarbeit in der Straßengestaltung (Vergleich der unterschiedlichen Gestaltungsansätze) [international cooperation in road design (comparison of the various road design approaches)] Nächster Workshop 2018 oder 2020 Mehr Teilnehmer und mehr Länder 27 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Ausblick Projekt – Vergleich rechnerischer Dimensionierungsmethoden 2 Mischgutsorten, 3 Länder, 1 Bindemitteltyp (Pm. B) Nationale GVO Untersuchungen Nationale rechnerische Dimensionierungsmethode verwendet Mehrere Varianten Vergleich der zulässigen NLW, rechnerischen Lebensdauer CEE Road Pavement Design Workshop 2018 Mehr teilnehmende Länder (> 8) und mehr Experten (> 42) Verbesserung der rechnerischen Oberbaudimensionierung Nächster Workshop Nov 2018 in CZ 28 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

CEE Road Pavement Design Workshop 2016 29 | OMV Downstream, Markus Spiegl, Bern – 22. 02. 2018

Fragen? markus. spiegl@omv. com OMV Downstream

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