Was ist die Ermüdungsprüfung im Befestigungsbau?
Was ist eine Ermüdungsprüfung?
Die Ermüdungsprüfung ist ein Laborversuch, der einen Befestigungsbaustoff wiederholt belastet und die Lastwechsel zählt, bis der Baustoff versagt. Jede Überfahrt eines Rades ist ein Lastwechsel.
Ermüdungsrisse im Feld haben dieselbe Ursache. FAA AC 150/5380-6C beschreibt Alligatorrisse (Ermüdungsrisse) als Risse, die durch Ermüdungsversagen der Asphaltdeckschicht unter wiederholter Verkehrslast entstehen. Die Risse beginnen an der Unterseite des Asphalts, wo Zugspannung und Dehnung unter einer Radlast am größten sind. Danach wachsen sie bis zur Oberfläche.
Der Asphalt-Balkenversuch
Der bekannteste Versuch für Asphalt ist AASHTO T 321, ein Vierpunkt-Biegeversuch an einem Balken. Der FHWA-Laborleitfaden nennt diese Versuchsbedingungen:
- Der Balken ist etwa 380 mm lang, 50 mm hoch und 63 mm breit. Der Versuch verwendet drei Parallelbalken.
- Der Versuch hält den Balken auf 20 °C und belastet ihn mit 5 bis 10 Hz.
- Die Maschine hält in jedem Zyklus eine konstante Dehnung zwischen 250 und 750 Mikrostrain. Die Last, die dafür nötig ist, sinkt, wenn der Balken geschädigt wird.
- Der Versuch erfasst die Steifigkeit des Balkens und multipliziert sie mit der Zahl der Zyklen (S x n). Der Versuch endet, wenn dieses Produkt 15 Prozent unter seinem Maximum liegt.
Das Ergebnis ist die Zahl der Zyklen bis zum Versagen bei jeder Dehnungsstufe. Eine höhere Dehnung ergibt weniger Zyklen. Ingenieure müssen Laborergebnisse anpassen, bevor sie sie für den Entwurf im Feld verwenden. NCAT merkt an, dass Biegebalkenversuche die Ermüdungslebensdauer im Feld im Allgemeinen unterschätzen und dass Ingenieure einen Verschiebungsfaktor von 4 bis 100 anwenden.
NCAT nennt außerdem 70 Mikrostrain als häufig verwendeten Ermüdungsgrenzwert für den Entwurf flexibler Befestigungen. Dieser Wert beruht auf Laborversuchen bei einer Temperatur. Er ist keine Eigenschaft jeder Mischung.
Ermüdung im Entwurf von Flugplatzbefestigungen
FAARFIELD, das Entwurfsprogramm der FAA AC 150/5320-6G, nutzt die Ermüdung als Entwurfsgrenze. Bei flexibler Befestigung verwendet es zwei Vorhersagen für die Lebensdauer. Die eine ist die horizontale Dehnung an der Unterseite der Asphaltschichten. Die andere ist die vertikale Dehnung an der Oberseite des Untergrunds. Es beschreibt das Ermüdungsversagen als kumulativen Schadensfaktor (CDF), ein Modell nach der Miner-Regel. Der CDF ist für jedes Flugzeug die Summe aus den aufgebrachten Lastwiederholungen, geteilt durch die zulässigen Wiederholungen bis zum Versagen. Die Dicke wird angepasst, bis CDF = 1 für die Nutzungsdauer gilt.
Für Beton nennt AC 150/5320-6G die Biegezugfestigkeit als maßgebende Festigkeit und verweist für ihre Bestimmung auf ASTM C78. ASTM C78 ist ein statischer Festigkeitsversuch, kein Ermüdungsversuch.
Was eine Inspektion sieht
Ein Laborversuch zur Ermüdung ersetzt keine Feldinspektion. Die Inspektion findet, wo Ermüdungsrisse bereits aufgetreten sind. PAVER erfasst sie als Schadensart 41, Alligator- oder Ermüdungsrisse, und bewertet sie nach Schweregrad als Teil des Belagszustandsindex . AC 150/5380-6C verbindet Ermüdung außerdem mit Schlaglöchern. Wenn Ermüdungsrisse ein Netz bilden und Radlasten die losen Teile herausdrücken, kann ein Schlagloch entstehen.
Häufig gestellte Fragen
- Ist die Ermüdungsprüfung dasselbe wie eine Feldinspektion auf Ermüdungsrisse?
- Nein. Die Ermüdungsprüfung ist ein Laborversuch an einer Probe. Eine Feldinspektion betrachtet die Befestigungsoberfläche und erfasst die Risse, die wiederholte Verkehrslasten bereits verursacht haben. Die Alligatorrisse, die eine Inspektion erfasst, sind das Feldergebnis der Ermüdung.
- Wie berücksichtigt die FAA-Entwurfsmethode die Ermüdung?
- FAARFIELD, das Entwurfsprogramm der FAA, beschreibt das Ermüdungsversagen als kumulativen Schadensfaktor (CDF). Für jedes Flugzeug im Verkehrsmix ist der CDF-Term die aufgebrachten Lastwiederholungen geteilt durch die zulässigen Wiederholungen bis zum Versagen. Der CDF addiert diese Terme. Der Planer ändert die Dicke, bis CDF = 1 für die Nutzungsdauer gilt.
- Ist der Versuch nach ASTM C78 ein Ermüdungsversuch?
- Nein. ASTM C78 misst die Biegezugfestigkeit eines Betonbalkens. Das Ergebnis wird als Bruchmodul angegeben. Der Versuch setzt eine einzelne Last an den Drittelpunkten des Balkens an, keine wiederholte Last.
Referenzen
- fhwa-hmec-module-f
- Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction: Module F Performance Testing, Laboratory Manual (participant workbook), AASHTO T 321 FHWA
- faa-ac-150-5320-6g
- AC 150/5320-6G, Airport Pavement Design and Evaluation FAA
- faa-ac-150-5380-6c
- AC 150/5380-6C, Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements FAA
- paver-asphalt-airfields
- PAVER Distress Identification Manual for Asphalt Surfaced Airfields US Army Corps of Engineers (ERDC/CERL)
- ncat-fatigue-ratios
- Field-Based Fatigue Ratios for Perpetual Pavement Design National Center for Asphalt Technology, Auburn University
Dies ist ein Referenzeintrag. TarmacView bietet Drohneninspektionsdienste an und verkauft nicht die in diesem Glossar beschriebene Ausrüstung oder Materialien.
