DFG - Hydraulisch-mechanische Wechselwirkung

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DFG - Hydraulisch-mechanische Wechselwirkung in wasserdurchlässigen Fahrbahnaufbauten unter Berücksichtigung teilgesättigter Zustände

Herkömmliche Bodenbeläge sind so konzipiert, dass sie gut abgedichtet bleiben, um das Eindringen von Feuchtigkeit in ihre Struktur zu verhindern und Schäden zu vermeiden. Mit der raschen Ausweitung der versiegelten Gebiete auf Grund der Stadtentwicklung und industriellen Tätigkeiten erlebt die natürliche Wasserretention von Böden einen deutlichen Rückgang. Um den natürlichen hydrologischen Kreislauf wiederherzustellen und das städtische Hochwasserrisiko zu verringern sollen durchdringbare Straßenbeläge realisiert werden. Diese sollen das Durchsickern von Regenwasser durch die Fahrbahnoberfläche ermöglichen. Dadurch ist das Wasser bei Regenereignissen in der Lage durch die Fahrbahnstruktur zu infiltrieren und den Untergrund zu erreichen, den Druck in der Stadtentwässerung zu reduzieren und so ebenfalls dazu beizutragen den natürlichen Wasserkreislauf zu versorgen. Allerdings kann ihre poröse Struktur feuchtigkeitsbedingte Schäden verursachen, ein Mechanismus, der unter den wissenschaftlichen Erkenntnissen noch nicht ganz klar ist. Tatsächlich bleibt die hydro-mechanische Wechselwirkung zwischen Porenwasser und dem festem Skelett bei Verkehrslasten unbekannt.

Ziel dieser Forschung ist es, die hydro-mechanischen Eigenschaften von vollpermeablen Straßenoberflächen unter Verwendung einer porösen Polyurethan-gebundenen (PU-gebundenen) Oberflächenschicht zu untersuchen. Beide Oberflächen- und Basisschichten werden durch Simulation mehrerer Sättigungs- und Verkehrsbedingungen untersucht. Die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften werden durch den Aufbau einer durchlässigen Fahrbahnstruktur und eines Einbettungs- und Instrumentierungssystems bewertet, die in der Lage sind die hydromechanische Eigenschaft einer solchen Lösung zu quantifizieren. Auf der Grundlage der Laboruntersuchung zielt das Projekt ebenfalls darauf ab, ein verbessertes hydro-mechanisches Modell für das Verhalten vom Oberbau unter ungesättigten Bedingungen in Form von Vektoren von Poren-Luft-Druck, Poren-Wasser-Druck und Boden-Matrix-Deformation zu liefern. Basierend auf dem modifizierten theoretischen Rahmen werden die Simulationen über einen Finite-Elemente-Ansatz durchgeführt und die Ergebnisse durch den Vergleich mit Felddaten validiert. Mit dem gekoppelten hydromechanischen Modell wird der Schadensmechanismus von porösen Fahrbahnstrukturen aufgedeckt.

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