Dimensionierung von Pflasterbefestigungen mit Drainbeton: Prüftechnische Ansprache des Ermüdungsverhaltens und numerische Modellierung des Gebrauchsverhaltens

Abstract

Mit dem zunehmenden Einsatz von Pflasterbefestigungen in den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Alternativen entwickelt, mit denen solche Strukturen ausgeführt werden können. Aus diesem Grund müssen neue Bemessungsmethoden implementiert werden, die für die verschiedenen Varianten gültig sind. Es gibt Varianten, in denen die obere Tragschicht aus Drainbeton besteht. Ihre Verwendung bietet große Vorteile, da sie eine hohe Tragfähigkeit aufweist und ebenso die Ableitung des Wassers ermöglicht. Einer der wichtigsten Aspekte bei der Dimensionierung von Pflasterbefestigungen ist das Ermüdungsverhalten der Tragschicht, da sie durch dynamische und statische Beanspruchungen vom Verkehr belastet wird. Diese Arbeit befasst sich mit der Beschreibung des Verhaltens von Pflasterbefestigungen mit Drainbeton als gebundene Tragschicht. Zunächst werden der Aufbau und das Verhalten von Pflasterbefestigungen aus allgemeiner Sicht analysiert. Ebenso werden die Anforderungen und Bedingungen an einzelne Schichten und Materialien, die in der Verordnung festgelegt sind, dargestellt. Das Ermüdungsverhalten von Pflasterdrainbeton unter zyklischer Belastung wird im Anschluss mithilfe von Laborversuchen empirisch analysiert. Das Verständnis sowie die Beurteilung der Antwort dieses Materials auf diese Art von Belastung ist entscheidend für die Dimensionierung von Strukturen mit einer oberen Tragschicht aus Drainbeton. Eine wesentliche Aufgabe bei der Bemessung von Verkehrswegen ist die Abschätzung der Belastung des Oberbaus durch den Verkehr. Dieser Prozess ist keine leichte Aufgabe, weshalb in der Regel komplexe Werkzeuge wie numerische Simulationsmethoden verwendet werden. Daher wurden alle notwendigen Materialparameter in ein Finite-Elemente-Modell aufgenommen und die entsprechende Belastung simuliert. Zudem wurden verschiedene konstruktive Varianten analysiert und die Größe der Pflasterplatten ebenso wie jene der Tragfähigkeit der unteren Tragschichten variiert.

With the increasing use of block pavements in recent years, a large number of alternatives have been developed with which such structures can be implemented. For this reason, new design methods must be implemented that are valid for the different pavement types. There are types in which the upper base layer is made of drain concrete. Its use offers great advantages, as it provides a high bearing capacity and also allows the water to be drained. One of the most important aspects when designing pavements is the fatigue behavior of the base course, as it is subjected to dynamic and static loads from traffic. This thesis deals with the description of the behavior of block pavements with a base layer made of drain concrete. First, the composition and behavior of pavements and their various variants are analyzed from a general point of view. The requirements and conditions corresponding to each layer and each material laid down in the regulation are also set out. The fatigue behavior of concrete for long-lasting cyclic loads is then empirically analyzed in laboratory tests. Understanding and assessing the response of this material to this type of stress is critical in determining the dimensioning of this type of structure composed of an upper base layer of pervious concrete.It is an essential task to know the behavior against traffic loads in order to increase and optimize the use of this type of structures. This process is not an easy task, which is why more complex and precise tools such as numerical simulation methods are usually used. In order to obtain such modelling, all necessary material parameters were recorded and included in a finite element model. In addition, various constructive variants were analyzed and the size of the paving slabs as well as the load-bearing capacity of the lower base layers were varied.