VSS 6 2016

FORSCHUNG RECHERCHE 41 DE FORSCHUNGSBERICHT NR. 1558 Vergleich verschieden starker Asphalt-Belagsaufbauten: Ermittlung der Versagens- grenze eines T4-Norm- Belages mit der mobilen Grossversuchsanlage MLS10 Empa, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt MARTIN ARRAIGADA, Dr., Dipl. Ing. ANDREAS TREUHOLZ, M.Sc. MANFRED N. PARTL, Prof. Dr., Dipl. Ing. ETH Forschungsprojekt ASTRA 2011/014_OBF auf Antrag des Bundesamtes für Strassen (ASTRA) Dank dem MLS10 soll im Rahmen die- ses Projektes die Lebensdauer eines für Kantonsstrassen einsetzbaren Belages ermittelt werden. Die dadurch erziel­ baren Resultate sollen als Referenz für die Analyse von Belägen gleicher Stei- figkeit verwendet werden. Aus diesem Grund wurde ein T4-S2-Oberbau, beste- hend aus 60 cm ungebundenem Gemisch 0/45 und drei Asphaltschichten zu 6 cm, 3,5 cm und 2,5 cm, aufgebaut und mit verschiedenen Sensoren bestückt. Da- durch kann die strukturelle Antwort des Belages auf die Belastung mit dem MLS10 erfasst werden. Der Belag wurde an einer ersten Stelle mit mehr als 1 000 000 Überrollungen und an einer zweiten Stelle mit knapp 400 000 Überrollungen zu jeweils 65 kN belastet, was einer Achslast von unge- fähr 13 Tonnen entspricht. Die Daten- analyse hat ergeben, dass die erstellte Struktur ähnlichen Lastzyklen, wie in den Normen vorgegeben wird, standge- EN RESEARCH REPORT NO. 675 Fatigue of bridge deck slabs in reinforced concrete strengthened with UHPFRC Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL Laboratoire de Maintenance, Construction et Sécurité des Ouvrages E. BRÜHWILER, Prof. Dr. T. MAKITA, Dr. Forschungsprojekt AGB 2008/005 auf Antrag der Arbeitsgruppe Brückenforschung (AGB)) With the appearance of higher and more frequent axle loads on roads, especially deck slabs of road bridges are subjected to more severe stresses. This increased solicitation of this structural element could lead to fatigue damage with sub- sequent strengthening, in particular in the cases of relatively thin deck slabs and slabs with welded steel reinforcing bars. The idea of this research project consists in increasing the fatigue resist- ance of bridge deck slabs in reinforced concrete by adding an approximately 50 mm thin layer of reinforced UHPFRC (R-UHPFRC). The R-UHPFRC layer is ef- fective in particular in zones where the UHPFRC is subjected to tensile stresses. Consequently, this research focuses on the tensile fatigue behaviour of R-UHPFRC. The aim of this research project consisted in examining by means of experiments the fatigue behaviour under tensile stresses of the building material UHPFRC, the com- posite material R-UHPFRC as well as slab strips in composite construction consist- ing of R-UHPFRC and reinforced concrete, in view of strengthening of deck slabs. In all test series, the existence of a fatigue limit at 10 million load cycles was evident. The fatigue limit was found to be at a solici­ tation level with a maximum fatigue load of 40 to 60 % of the ultimate resistance of the test specimens. No fatigue dam- age was identified at solicitation below this fatigue limit. The building material UHPFRC when subjected to fatigue showed an important capacity for stress and deformation redistribution in the material volume. The fatigue behaviour of the composite R-UHPFRC was charac- terized by tensile stress transfer from the UHPFRC to the steel rebars. Finally, fatigue fracture always appeared in the rebars. In view of the practical implementation of these results for the strengthening of elements in reinforced concrete using R-UHPFRC, a procedure was suggested to determine the fatigue resistance of com- posite elements consisting of R-UHPFRC and reinforced concrete considering a cri- terion based on the fatigue limit. Conse- quently, design provisions for the fatigue strengthening of bridge deck slabs by means of a layer of R-UHPFRC are now available. halten hat. Diese schätzen die Lebens- dauer eines T4-S2-Oberbaus auf mini- mal etwa 308 700 Lastzyklen bis maxi- mal 1 028 900 bei einer Last von 65 kN. Die aufgebrachte Anzahl Lastzyklen an Stelle 1 liegt somit innerhalb der erwar- teten Gebrauchsdauer. Anzeichen des Belagsversagens traten vor allem durch Spurrinnenbildung nach ungefähr 500 000 Lastzyklen auf. Zu die- sem Zeitpunkt wurde eine permanente Deformation von 20 mm gemessen. Dies vor allem aufgrund der hohen Tempe- raturen während des Tests. Dehnungs- messstreifen liessen darauf schliessen, dass sich die Steifigkeit der gesamten Struktur bei etwa 700 000 Überrollun- gen verändert hat. Zu diesem Zeitpunkt traten die ersten Ermüdungsrisse im Be- lag auf. Risse an den Rändern der Fahr- spur wurden nach 450 000 Überrollun- gen festgestellt. Die zerstörungsfreien Prüfungen, spe- ziell FWD-Messungen, registrierten eine Änderung in der Steifigkeit der Asphaltschichten. Messungen mit dem leichten Fallgewichtsgerät zeigten, dass der Untergrund durch die MLS10- Belastung zusätzlich verdichtet wurde. Die Laboruntersuchungen zeigten, dass ein Durchstanzen der Belagsschichten in den Untergrund stattgefunden hatte. Aus­serdem führte die Belastung an gewissen Stellen des Belags zu einer Schichtentrennung. Zusammengefasst erreichte der Belag eine Lebensdauer, welche mehr oder weniger der durch die Norm erwarteten Lebensdauer entspricht. Nichtsdesto- trotz muss berücksichtigt werden, dass die unüblich hohen Temperaturen wäh- rend des Tests die Resultate massgeblich beeinflusst haben.

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