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Detailergebnis zu DOK-Nr. 80104

Robotergestützte Verstärkung von Belägen (Forschungsprojekt ASTRA 2017/005) (Orig. engl.: Robotic reinforcement of pavements)

Autoren	M. Arraigada S. Abbasion P. Lura P. Aejmelaeus-Lindstroem F. Gramazio M. Kohler
Sachgebiete	9.12 Vliesstoffe, Papier, Folien, Textilien, Geotextilien 11.1 Berechnung, Bemessung, Lebensdauer

Zürich: Schweizerischer Verband der Straßen- und Verkehrsfachleute (VSS), 2023, 85 S., 55 B, 4 T, 29 Q (Bundesamt für Straßen (Bern) H. 1753)

Straßenoberbauten können mit handelsüblichen 2D-Gittern, -Gitternetzen oder -Filzen zwischen gebundenen oder ungebundenen Schichten oder Böden im Unterbau verstärkt werden. Diese Verstärkungselemente wirken nur auf Zug, vor allem wenn sich das Bauwerk unter Belastung durch den sogenannten Membraneffekt verformt. Sie verbessern die Tragfähigkeit, indem sie die potenzielle Versagensfläche verändern, sie bieten den Aggregaten durch die Verzahnung mit der Gitteröffnung seitlichen Halt und sie sorgen für Reibungs- und Scherkräfte. Diese 2D-Gitter befinden sich jedoch kaum in der besten vertikalen Position innerhalb einer Schicht, um eine optimale seitliche Begrenzung zu aktivieren, und wenn sie innerhalb der Asphaltschichten verwendet werden, könnten sie die Grenzflächenhaftung stören. Neuere Forschungen an der ETH Zürich haben gezeigt, dass eine neuartige Konstruktion diese Nachteile durch den Einsatz einer durchgehenden Bewehrung überwinden kann. Schlanke Objekte wie Fäden oder Drähte, die sorgfältig schichtweise und nach bestimmten Mustern zwischen ungebundenen Gesteinskörpern platziert werden, können eine Verklemmung hervorrufen und verbessern, so dass neuartige tragende Strukturen wie Säulen und Wände entstehen. Um diese so genannten "Jammed Architectural Structures (JAS)" zu bauen, muss ein Roboterarm eingesetzt werden, der in der Lage ist, die Schnüre nach einem genauen Muster durch einen digitalen Bauplan zu verlegen. Die Konstruktion kann vollständig automatisiert werden, indem derselbe Roboterarm die Aggregate additiv gießt und verdichtet, was die Technologie zu einer vielversprechenden digitalen Roboterfertigung macht. Nach der Nutzung können die Komponenten dieser Strukturen einfach recycelt werden, indem man die Schnur herauszieht. Mit der Forschungsarbeit soll das Konzept der JAS in die Straßenbaulandschaft eingeführt werden, insbesondere zur Entwicklung einer einzigartigen Art der Bewehrung für Beläge. Anstelle von vertikalen Strukturen, die hauptsächlich quasistatischen Belastungen standhalten sollen, wurde das Konzept der durchgehenden Strangbewehrung auf die ungebundenen Schichten von Straßenoberbauten ausgedehnt, die in erster Linie die Aufgabe haben, wiederkehrende, vorübergehende vertikale Verkehrslasten von der Oberfläche aufzunehmen und sie auf eine breitere Bodenfläche zu verteilen, ohne sich übermäßig zu verformen. Der Hauptvorteil eines solchen Ansatzes gegenüber herkömmlichen Methoden besteht darin, dass die Schnüre beispielsweise beim Rückbau eines mit dieser Methode gebauten provisorischen Belags leicht aus den Schichten herausgezogen werden können, sodass die verbleibenden ungebundenen Zuschlagstoffe mit minimalem Aufwand wiederverwendet werden können. Die Bewehrungsfäden können mit Hilfe automatischer Geräte und sogar in 3D-Fadenanordnungen, die den Bewegungen einer Stricknadel ähneln, verlegt werden.