TU Darmstadt / ULB / TUprints

Temperaturabhängigkeit von Befestigungen in Asphalt

Alexandrakis, Elena Ourania :
Temperaturabhängigkeit von Befestigungen in Asphalt.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2019)

[img]
Preview
Dissertation - Text (PDF)
22.01.2019_Dissertation_Alexandrakis.pdf - Accepted Version
Available under CC-BY-SA 4.0 International - Creative Commons, Attribution Share-alike.

Download (18MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Temperaturabhängigkeit von Befestigungen in Asphalt
Language: German
Abstract:

Befestigungen mit Metalldübeln zur Verankerung in Beton oder Mauerwerk werden seit einigen Jahren intensiv erforscht. Die ETAG 001 [1] (ersetzt durch EAD 330232-00-0601 [2]) und die DIN EN 1992-4 [3] beschreiben verschiedene Befestigungstypen einschließlich ihrer Bemessungsverfahren und gelten für die Bemessung im Verankerungsgrund Beton und Mauerwerk. Befestigungen in Asphalt hingegen sind bisher noch nicht hinreichend untersucht und aus diesem Grund noch nicht für alle relevanten Einsatzgebiete geregelt. Eingesetzt wird diese Befestigung bereits als Verankerung von passiven Rückhaltesystemen und Schutzeinrichtungen auf Asphalt. Zulässig ist dies nur bei Verwendung ohne besondere Anforderungen an die Sicherheit. Übertragbar ist hier lediglich eine stoßartige Belastung. Alle Befestigungssituationen mit erheblichen Anforderungen an die Sicherheit benötigen die Erstellung eines Betonfundaments, um dieses als zugelassenen Verankerungsgrund zu nutzen. Die hohen Kosten und der hohe Arbeitsaufwand jedoch richten den Fokus erneut auf die Grenzen und Möglichkeiten von Befestigungen in Asphalt. Hierbei geht es nicht nur um Asphalt als Straßenbelag, sondern auch um abdichtende Schichten, wie beispielsweise in Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen. Problematisch ist die Befestigung in solchen Anlagen insofern, als Schilder oder Leitplanken die bestehende abdichtende Schicht durchdringen. Laut dem „Besorgnisgrundsatz“ des Wasserhaushaltsgesetztes [4] gilt es, derartige Anlagen so zu errichten und zu betreiben, dass keine Stoffe austreten und Gewässer- oder Bodenverunreinigungen auftreten können. Hierzu ist eine zusätzliche Überprüfung und Gewährleistung der Abdichtungsfunktion erforderlich. Für alle relevanten Befestigungssysteme müssen dafür zunächst die Einflüsse auf das Tragverhalten untersucht und ein mögliches Prüfprogramm mit allen relevanten Lasteinwirkungen erarbeitet werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die grundsätzliche Übertragbarkeit von bereits bestehenden Regelwerken zur Bemessung von Verankerungen geprüft. Ein analytisches Modell im linear-elastischen Funktionsbereich mittels gekoppelter elastischer Bettung und Verbundversagen soll Erkenntnisse für das darauffolgend sich einstellende Versagen liefern. Mittels Finite-Elemente-Analyse soll tiefergehend eine genauere Betrachtung des Tragverhaltens erfolgen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind abschließend zur Bewertung einer praxisrelevanten Nutzung und für die Erarbeitung neuer Möglichkeiten wie das entwickelte und patentierte Verfahren der Selbstheilung von Asphalt zu nutzen. In dieser Arbeit konnten die ungünstigsten Einflussfaktoren durch Temperatur, Rissbildungen im Verankerungsgrund infolge Stoßbelastung und viskoses Verhalten des Asphalts durch experimentelle Analysen bestimmt werden. Die Möglichkeit Verankerungen im Asphalt unter Gewährleistung von angemessenen Lasthöhen einzusetzen, konnte bei hohen Temperaturen von 40°C bis 50°C nachgewiesen werden. Das gekoppelte, analytische Versagensmodell für Verbundversagen und den sich einstellenden Ausbruchkegel zeigt annähernd die Ergebnisse der experimentellen Analyse. So konnte der Radius des Ausbruchkegels in Abhängigkeit der Temperatur und die Verschiebung infolge Axialzugbelastung mithilfe der Verbund-Verschiebungsbeziehung (Verbundversagen) gekoppelt mit der elastischen Bettung (Ausbruchkegel) berechnet werden. Der Versuchsplan, Beobachtungen während der Versuche, die analytische Modellierung und die Annäherung mithilfe der Finiten-Elemente-Methode konnten ein Verständnis des Versagensablaufs infolge Belastung aufzeigen. Für die ungünstigsten Einflussfaktoren sind neue Lösungswege entstanden. Rissbildungen infolge Stoßbelastung können mithilfe über das Befestigungsmittel eingeleiteter Induktion wieder repariert werden und bieten einen innovativen Lösungsweg, um die Nutzungsdauer von Befestigungen in Asphalt zu verlängern. Hohe Temperaturen im Bereich der Verankerung können mithilfe reflektierender Schichten reduziert werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Fortification by metal dowels for anchoring in concrete or brickwork structures has been intensively researched for several years. ETAG 001 [1] (superseded by EAD 330232-00-0601 [2]) and DIN EN 1992-4 [3] define various fortification types including their design methods and are valid for dimensioning in concrete and brickwork based anchoring. However, fortification for asphalt based grounds has not been sufficiently researched yet and therefore is not regulated for all possible fields of application. This kind of fortification is already used for restraining and protection systems on asphalt. Permission is only granted for usage without any specific safety requirements. Only intermittent stress is transferable with this method. All anchoring types with significant safety specifications require creating a concrete foundation which is to be used as an appropriate anchoring base. Once again, high expenses and the high amount of work highlight the limits and opportunities of fortifications on asphalt. On this occasion, it does not only concern asphalt as road surfaces, but also asphalt as sealing layers as in systems for handling water-polluting substances. To this extent, fortifications in such systems are difficult, since signs and crash barriers penetrate the existing sealing layer. According to the axiom of concern of the Water Resources Act [4], such systems are to be installed and operated in a way that no substances leak and no waters or grounds are polluted. For this purpose additional verifications and warranties concerning the tightness are required. First of all the impacts on the load-bearing behavior for all relevant fortifications systems is to be researched and a possible inspection program with all relevant load impacts is to be developed. In this context, the fundamental transferability of already existing sets of rules for designing anchoring is to be verified. A modell with a coppled elastic embedded plate and shear-slip in linear-elastic part of the function shall be used to understand the following failure of the system. Further, a detailed consideration concerning the load-bearing behavior by means of finite element analysis shall follow. As a result, this knowledge shall be used to finalize the evaluation for a practical usage and for the development of new capabilities such as the developed self-healing of asphalt. With this scientific work the most unfavorable influencing factors such as temperature, crack formation in anchoring base due to shock load as well as the asphalt’s viscous behavior could be determined through experimental analysis. The possibility to apply anchoring in asphalt with appropriate load heights could be verified when subjected to excessively high temperatures between 40°C and 50°C. The coupled, analytic failure model for bond failure and the breakout cone approximately demonstrate the results of the experimental analysis. That way, the breakout cone’s radius depending on temperature and the displacement in consequence of axial tensile loading could be calculated by means of relations between bonding and displacement (bond failure) as well as elastic bedding (breakout cone). Comprehension of the failure sequences due to loading could be obtained by means of trial design, surveillance during the experiments, analytic modeling as well as the approximation using the finite element method. For the unfavorable influencing factors new approaches were developed. Crack formation due to shock load can be repaired using induction with the fastening elements and offer a new and innovative approach to extend the asphalt’s fortification life cycle. Using reflective layers can diminish high temperatures around the anchoring.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Construction and Building Materials
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Construction and Building Materials > Befestigungstechnik
Date Deposited: 05 Apr 2019 08:10
Last Modified: 05 Apr 2019 08:10
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-85086
Referees: Koenders, Prof. Dr. Eduardus and Vormwald, Prof. Dr. Michael
Refereed: 30 November 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8508
Export:

Downloads

Downloads per month over past year

Actions (login required)
View Item View Item