VirtualGrip - Simulation der Oberflächeneigenschaften von Asphaltdeckschichten

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Ressel

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Markus Weise

Sicherheit, Funktionalität und Dauerhaftigkeit sind die drei wesentlichen Anforderungen, die im Straßenbau an eine Asphaltdeckschicht gestellt werden. Ein Forschungsschwerpunkt des Lehrstuhls für Straßenplanung und Straßenbau liegt daher auf der Untersuchung des qualitativen und quantitativen Einflusses von extrinistischen und intrinistischen Faktoren auf diese Grundanforderungen. Bei separater Betrachtung der Deckschicht als Verbindungelement von Reifen und Fahrbahn, stellen ein gutes Dränagevermögen, die Griffigkeit und das akustische Verhalten die wichtigsten Oberflächeneigenschaften dar.

Diese Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die geometrische Ausprägung der Textur einer Deckschicht beeinflusst und können unterschiedliche, teils gegensätzliche Anforderungen besitzen. Beispielsweise ist die Grobrauheit (Makrotextur) für die Drainagewirkung ausschlaggebend, während die Feinrauheit (Mikrotextur) für eine ausreichende Haftreibung zwischen Reifen und Fahrbahn und somit maßgeblich für das Niveau der Griffigkeit verantwortlich ist. Umgekehrt existiert ein Wellenlängenbereich der Oberflächentextur, der sowohl auf die Griffigkeit als auch auf das akustische Verhalten der Deckschicht einwirkt. Das langfristige Ziel der Forschungen des Lehrstuhls ist daher die Konzeption einer Software-Toolbox, die die Modelle zur Simulation einzelner Oberflächeneigenschaften bündelt. Dazu ist es zunächst notwendig jede Oberflächeneigenschaft für sich zu erforschen und zu modellieren. Die Zusammenfassung der einzelnen Modelle in einer Toolbox ermöglicht dann zukünftig gezieltes Materialdesign im Bereich der Asphalttechnik. Dazu wurde bereits in einem ersten Schritt ein Simulationsmodell zur Beurteilung des akustischen Lebenszyklus von Asphalt entwickelt. Im zweiten Schritt wurde ein Finite Volumen Modell erstellt, das die Simulation des Oberflächenwasserabflusses und somit des Dränagevermögens einer Fahrbahnoberfläche ermöglicht.

Im Projekt „VirtualGrip“ liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Griffigkeit von Fahrbahnoberflächen, was den dritten Teil der Software-Toolbox bildet. Ziel des Projekts ist die Bestimmung des Zusammenhangs zwischen der Oberflächentextur und der daraus abzuleitenden Dimension der Griffigkeit. Dazu werden zunächst geometrische Parameter von bestehenden Asphaltproben bestimmt, um die isotrope Textur einer Deckschicht eindeutig zu definieren. Anschließend werden auf Grundlage dieser Parameter virtuelle Texturen mit unterschiedlichen Wellenlängen generiert. Dabei wird die Selbstaffinität des technischen Werkstoffs Asphalt ausgenutzt und anhand dessen mehrskaligen fraktalen Struktur realitätsnahe Texturen erstellt. Das daraus abzuleitende tribologische Modell führt die Parameter der Texturgeometrie und die auftretenden Reibungskomponenten zusammen. Dieses Modell ermöglicht die numerische Simulation der kontaktmechanischen Prozesse zwischen Reifen und Fahrbahn, um Gummireibung und damit die Griffigkeit quantitativ beschreiben zu können.