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Inverse analysis in road geotechnics

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[Quelle: http://e-collection.library.ethz.ch]

This research work had the aim of developing a procedure for back-calculating accurate and precise parameter values, describing the mechanical behaviour of the materials built in an existing road structure. After reviewing the existing testing techniques, a new device was designed and assembled at the IGT, Institute for Geotechnical Engineering (ETH Zürich) for measuring the three dimensional deflection bowl under a standard axle load (SAL). Particular attention was paid for obtaining precise and accurate significant measurements for inverse analysis. Three field tests on different locations and road structures were carried out: a flexible pavement type built in a concrete pit (indoor facility) at the EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), a semirigid type in Hinwil (Switzerland) and a flexible type in Bellinzona (Hinwil). The tests results show that the measured road displacements under a SAL, for relatively low temperatures, are generally reversible and time independent. Laboratory tests (uniaxial compression) were carried out on cores obtained from field samples. The strain measurements of the loaded samples were carried out with strain gages, and validated against devices with different technology (LVDT). The analysis of the test results showed that the materials have different bulk and deviatoric stress-strain behaviour. A new thermodynamical framework for non linear viscoelasticity (hyperviscoelasticity) was developed. Experimentally validated hyperviscoelastic and hyperelastic constitutive laws were adopted respectively for describing the mechanical behaviour of asphalt and cement stabilized mixtures. The inverse analysis of the field tests results was carried out with two different optimization algorithms (Levenberg Marquardt and Mesh Adaptative Direct Search), the FE program ABAQUS, and the developed user defined models. The results demonstrate the accuracy and precision of the parameter values obtained with the proposed inverse analysis procedure, demonstrating a potential for application of the developed technique for non destructing testing of real road structures.

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Bücher, Broschüren

Heike Vogt
Zum Einfluss von Fahrzeug- und Straßenparametern auf die Ausbildung von Straßenunebenheiten
Schriftenreihe des Instituts für Technische Mechanik, Karlsruher Institut für Technologie, Band 19
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Erhaltung und Instandsetzung von Straßen verursachen jährlich Kosten in Milliardenhöhe, sodass es ein erstrebenswertes Ziel ist, die Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Straßenschäden besser zu verstehen. Darüber hinaus vermindern longitudinale Unebenheiten von Straßen als eine wichtige Schädigungsart den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit. Die Entwicklung dieser Unebenheit ist in besonderem Maße durch die Wechselwirkung mit dynamischen Lasten von Fahrzeugen geprägt: eine zunehmende Unebenheit ruft höhere dynamische Lasten hervor, welche wiederum die Straße in verstärktem Maße schädigen. Das Ziel der Arbeit ist es, dieses Wechselspiel zwischen Straßenunebenheiten und Fahrzeugen im Laufe einer großen Anzahl von Überfahrten zu untersuchen. Das Interesse gilt dabei dem Schwerlastverkehr, dem eine überproportionale Schädigung der Straßen zugeschrieben wird. Um systematisch den Einfluss einzelner Fahrzeug- und Straßenparameter auf die Entwicklung bereits vorhandener Unebenheiten in der Straßenoberfläche zu analysieren, wird ein geeignet abstrahiertes Fahrzeugmodell zur Abbildung der Vertikaldynamik von Lastkraftwagen formuliert sowie ein phänomenologisches Gesetz zur Berechnung der bleibenden Verformung infolge der Lasteinwirkung in Abhängigkeit der Anzahl der Fahrzeugüberfahrten verwendet. Die Veränderung der Spurrinnentiefe und der Unebenheitsamplituden sowie die Verschiebung der Bodenwellen durch die Radaufstandskräfte wird mittels eines inkrementellen Vorgehens auf Basis eines einseitig gekoppelten Ansatzes berechnet: für jede Überfahrt werden die dynamischen Kontaktkräfte und die resultierende bleibende Verformung ermittelt. Auf diese Weise ist es möglich, die Entwicklung der Unebenheitsamplitude einzelner Spektralanteile der Straßenoberfläche zu prognostizieren, ohne aufwändige Zeitintegrationen durchführen zu müssen. Dabei zeigt sich, dass ein in der Anzahl der Belastungen lineares Schädigungsgesetz im Normalfall qualitativ gleichwertige Aussagen wie ein in der Belastungsanzahl nichtlineares Gesetz li

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Steffen Stolze
Variantenuntersuchung zum Bau von Verkehrswegen auf gering tragfähigen Untergrund
Akademische Schriftenreihe, Band V47475
2007, 148 S., 10 Farbabb. 297 mm, Softcover
GRIN Verlag

 

 

Um eine sinnvolle Verfahrensauswahl beim Verkehrswegebau auf gering tragfähigem Untergrund zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Vielfalt der Verfahren sowie deren Anwendungsbereiche zu kennen. Ein übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es daher, die derzeit existierenden und ausgeführten Verfahren zur Baugrundverbesserung zu erfassen und in eine Gesamtübersicht zu integrieren. Dazu werden zunächst alle relevanten Baugrundverbesserungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Haupteigenschaften zugeordnet. Im Anschluss daran erfolgt die genauere Betrachtung der benannten Verfahren hinsichtlich der Anwendungsbereiche, Verfahrensbeschreibung, Vor- und Nachteile sowie deren Anwendungskriterien. Ausgehend von der Betrachtung der verschiedenen Verfahren wird für den Neubau der Südumgehung von Mühlhausen im Rahmen einer Vorbemessung die vergleichende Betrachtung verschiedener Baugrundverbesserungsvarianten durchgeführt. Ausgehend von dieser Vorbemessung werden die wirtschaftlich und gebrauchstauglich sinnvollsten Verfahren für eine intensivere Betrachtung ausgewählt. Auf Grundlage der gewählten Verfahren werden erdstatische Berechnungen zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durchgeführt. Des Weiteren wird anhand numerischer Berechungen das Setzungsverhalten in Abhängigkeit von den verfahrensspezifischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Im Anschluss daran erfolgte unter anderem eine Bewertung der verschiedenen Verfahren hinsichtlich der Standsicherheit, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und der Ausführungszeit. Dazu werden verschiedene Kriterien benannt und für diese Verfahren vergleichend gegenüber gestellt.

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Wolfgang Breit, Eva-Maria Ladner, Anja Tusch
Praxisnahe Bewertung des Verschleißverhaltens von befahrenen Oberflächenschutzsystemen - Praxistest vs. Normprüfung
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3146
2019, 41 S., 11 Abb. u. 17 Tab., Softcover
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Die Bestimmung der Verschleißbeständigkeit von Oberflächenschutzsystemen (OS-System) erfolgt derzeit mit verschiedenen Prüfverfahren, die aus anderen Bereichen entliehen sind. Sowohl Probenaufbau als auch Beanspruchungen haben wenig Bezug zur eigentlichen Praxisanwendung. Mit dem Parking Abrasion Test (PAT) kann der Verschleiß deutlich realitätsnaher simuliert werden. Durch parallele Anwendung des BCA-Verfahrens (normativ) und des PAT-Verfahrens soll eine Korrelation hergestellt werden. Zusätzlich sollen weitere Einflüsse auf das Bewertungsergebnis, z. B. die Art des PKW-Reifens, erprobt werden.

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Zeitschriftenartikel

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