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Dokumentenidentifikation DE69304668T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0603029
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung des Ermüdungsrisswachstums von Strassendeckenmaterialien
Anmelder Colas S.A., Bouloge-Billancourt, FR
Erfinder Fuentes, Joseph, F-19300 Egletons, FR;
Caperaa, Serge, F-19300 Egletons, FR;
Petit, Christophe, F-19300 Egletons, FR;
Michaut, Jean-Paul, F-91190 Gif Sur Yvette, FR
Vertreter Weinhold und Kollegen, 60313 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69304668
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IE, IT, LI, MC, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 08.12.1993
EP-Aktenzeichen 934029653
EP-Offenlegungsdatum 22.06.1994
EP date of grant 11.09.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse G01N 3/32
IPC-Nebenklasse G01N 33/42   G01N 3/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mechanischen Prüfung, die es erlauben, das Ermüdungswachstum von Straßendeckenmaterialien zu untersuchen.

Im Bereich des Straßenbaus muß die Dimensionierung der verschiedenen Schichten einer Straßendecke unter anderem in Hinsicht auf die Rißbildung erfolgen, die aufgrund der Ermüdung der verwendeten Materialien auftritt. Abgesehen vom Fall einer unfallbedingten Rißbildung, fangen die Risse auf der Unterseite einer Schicht an, sich zu bilden, und breiten sich in Richtung der Oberseite dieser Schicht mit einer Geschwindigkeit aus, die Funktion mehrerer charakteristischer Parameter des mechanischen Feldes in der Umgebung der Belastungsspitze ist. Diese Risse können praktisch erst verfolgt werden, wenn sie an der Oberfläche der Straße erscheinen. Es wird daher versucht, Mittel zu finden, die es erlauben, die sicheren Intervalle zu bestimmen, während derer die Gefahr der Rißbildung minimal ist.

Das Gesetz über die Zeitschwingfestigkeit eines Risse aufweisenden Bereiches verbindet im allgemeinen die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Risses mit einem oder mehreren charakteristischen Parametern des mechanischen Feldes bei wiederholter, im allgemeinen periodischer, Belastung. So verbindet beispielsweise das Gesetz von Paris die Ausbreitung je Periode da/dN mit dem Spannungsintensitätsfaktor (Kmax - Kmin) während einer Periode:

da/dN = A(Kmax - Kmin)m,

wobei A und m zwei innere Parameter des Materials sind,

a die Länge des Risses parallel zur ausgeübten Belastungskraft,

N die Zahl der Belastungen,

Kmax und Kmin die maximale bzw. minimale Beanspruchung, die sich aus den Belastungen ergeben.

Die Dimensionierung der Deckschicht, die es erlaubt, die Beständigkeit der Straße gegen Ermüdungsrißbildung sicherzustellen, auch bekannt unter der Bezeichnung "reflective cracking", beruht auf der Integration von Gesetzen dieser Art. Die Berechnung der Straßenstruktur und digitales Modeling erlauben es, Beträge der Beanspruchung durch klimatische Einwirkungen und unter der Einwirkung des Verkehrs vorauszusehen. Es bleibt jedoch, durch Versuche die Konstanten zu bestimmen, die sich auf den Widerstand des Materials gegen Rißbildung beziehen.

Verschiedene Prüfvorrichtungen wurden entwickelt, die meistens zum Ziel hatten, die Effektivität der verschiedenen "Anti-Riß-"Verfahren zu prüfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind im wesentlichen qualitativ und erlauben eine Klassifizierung dieser Verfahren durch ein Kriterium, wie die Zahl der Perioden bis zum Bruch.

Die Schrift US-A-1 789846 beschreibt eine Maschine zur Messung der Reaktionen auf Scherversuche. Die Schrift MATERIAUX ET CONSTRUCTION Band 14, Nr. 79, Januar 1981, FR, Seiten 25-33 BUTLER ET AL.: "Preliminary data using a flexural cyclic loading machine to test plain and fibrous concrete" beschreibt eine Maschine, in der die Proben mittels zweier in Längsrichtung der Probe mit Abstand voneinander angeordneter Wellen biegebeansprucht werden.

Die Analyse der Beanspruchungen, denen eine Straße durch den Verkehr ausgesetzt wird, zeigt, daß bei jeder Durchfahrt eines Fahrzeugs jedes der Räder den Ort der Durchfahrt nacheinander

- bei seiner Annäherung: einer Scherung,

- bei seiner Durchfahrt: einer Biegung und

- bei seiner Entfernung: einer Scherung aussetzt.

Daraus folgt, daß die Beurteilung eines Straßendeckenmaterials durch eine Probe ebensosehr Biegeversuche, wie Scherversuche umfassen muß. Während zahlreiche theoretische Abhandlungen und praktische Versuche die durch Biegung verursachte Rißbildung behandeln, ist die Rißbildung durch Scherung wenig erforscht; bei Straßendecken geringer Dicke ist sie jedoch vorherrschend.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die es erlauben, die Komponenten des Verkehrs mit einer großen Variationsbreite zu simulieren, die einen Riß ebenso durch Biegung, wie durch Scherung verursachen und dabei die Erholungseigenschaften des Materials berücksichtigen.

Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine Vorrichtung zur Prüfung des Ermüdungsrißwachstums von Straßendeckenmaterialien, wobei die Vorrichtung einen Rahmen einschließt, der einen Sockel aufweist, der mit Lagern versehen ist, die zur Aufnahme einer Probe im allgemeinen länglicher Form bestimmt sind, und eine Trägerbrücke für Belastungsmittel der Probe, wobei die Belastungsmittel eine Achse umfassen, die zum Übertragen von Prüfbelastungen (Belastungskräften) auf die Probe rechtwinklig zur Längsachse der Probe bestimmt ist, und Mittel zur Messung der Belastungsbeanspruchung (Belastungskraft) und des Fortschreitens einer Rißfront.

Erfindungsgemäß ist die Prüfvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Achse an ihrem freien Ende mit einem austauschbaren Kopf versehen ist, der so ausgebildet ist, daß er die Belastungsbeanspruchung (Belastungskraft), die durch die Achse ausgeübt wird, in Scher- oder Biegebeanspruchungen umformen kann.

Es geht darum, eine Prüfvorrichtung zu entwickeln, die es erlaubt, auf zuverlässige Weise die Beträge der Beanspruchungen, bei denen es sich um meßbare und regelbare Größen handelt, mit den Merkmalen des erzeugten Risses derart in Beziehung zu setzen, daß die inneren Parameter des Materials zugänglich werden, Größen, die nicht direkt meßbar sind, wie etwa der Spannungsintensitätsfaktor.

Im allgemeinen haben die in der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung verwendeten Proben die Form eines Parallelepipeds. Jede andere Probenform ist jedoch möglich. Um eine voraussehbare Ausbreitungsrichtung des Risses zu erhalten, müssen die Formen und Abmessungen derart gewählt werden, daß die Beanspruchungsart einfach ist. Dies erlaubt die Anordnung einer Vorrichtung zur Messung des Fortschreitens der Rißfront.

Die Erfindung betrifft ebenfalls die folgenden Merkmale, einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet:

- Der Kopf der Achse, der dazu bestimmt ist, Belastungsbeanspruchungen (Belastungskräfte) auf die Probe zu übertragen, umfaßt einen Bügel, der dazu bestimmt ist, auf der Probe zwischen den Lagern angebracht zu werden, die die Probe aufnehmen, wobei der Bügel dergestalt ausgebildet ist, daß er eine Beanspruchung in zwei Richtungen auf die Probe ausübt (ausüben kann). Diese Anordnung erlaubt es, eine vorgegebene Kraft sicherzustellen und deren Regelung zu garantieren, insbesondere für veränderliche und hohe Frequenzen, unter Berücksichtigung der Entspannungsfunktionen des Materials.

- Der Bügel schließt die Probe über eine in Richtung der Längserstreckung der Probe gemessene ausreichende Länge ein, um die Scherwirkung durch Zusammenwirken des Bügels mit den Lagern zu erreichen.

- Der Kopf der Achse ist austauschbar. Diese Anordnung erlaubt es einerseits, die Prüfvorrichtung ebenso für Biegeversuche, wie für Scherversuche zu verwenden, indem ein geeigneter Kopf gewählt wird, und erlaubt andererseits, Proben jeglicher Form zu verwenden.

- Die Vorrichtung umfaßt Mittel, die es erlauben, gleichzeitig, aber unabhängig auf die verschiedenen Arten der Belastungsbeanspruchungen (Belastungskräfte) einzuwirken. Diese Anordnung berücksichtigt die Hauptfaktoren, die den Straßenverkehr charakterisieren, nämlich die Frequenz, verbunden mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Art der Fahrbahn und der Stelle des Risses, die Amplitude, verbunden mit der Achsbelastung, und die Ruhezeit zwischen der Durchfahrt zweier Achsen, Zeit, während der die Erholung stattfinden kann.

- Die Prüfvorrichtung umfaßt Meßmittel, die es gestatten, die Reaktion der Probe zu bestimmen.

- Der Sockel des Rahmens der Prüfvorrichtung weist eine Oberfläche auf, auf der Trägerelemente angeordnet sind, von denen jedes mit einem Stützelement versehen ist, wobei jede Gesamtheit Trägerelement/Stützelement in der Weise ausgebildet ist, daß sie eine Übertragung parasitärer Wirkungen, die von einer unangebrachten Belastung des Rahmens herrühren, auf die Probe unterbinden kann. Diese relative Unabhängigkeit des Befestigungs- oder Lagerbereichs der Probe vom Rest der Vorrichtung kommt gleichzeitig einer größeren Freiheit der Form und der möglichen Abmessungen der Probe entgegen.

- die Prüfvorrichtung umfaßt eine Klimaumhüllung, die dazu bestimmt ist, die Probe aufzunehmen, um hierin die Versuche durchzuführen, wobei die Klimaumhüllung mit einem dichten Durchgang versehen ist, der für die Achse bestimmt ist, und an einen Klimatisierungsschrank angeschlossen ist. Diese Anordnung trägt der Tatsache Rechnung, daß die Entspannungsfunktion des Materials von der Temperatur des Materials abhängt.

- Die Prüfvorrichtung ist mit einer programmierbaren Steuervorrichtung verbunden, die geeignet ist, die verschiedenen Belastungs-, Klimatisierungs- und Meßmittel gemäß einer vorgegebenen Folge von Versuchsschritten zu steuern.

Das Ziel der Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zur mechanischen Prüfung erreicht, daß es erlaubt, das Ermüdungsrißwachstum von Straßendeckenmaterialien zu untersuchen.

Erfindungsgemäß umfaßt dieses Verfahren die folgenden Schritte:

- Bilden einer Probe im allgemeinen länglicher Form aus einem Material, das dazu bestimmt ist, für eine Straßendecke verwendet zu werden,

- Anreissen eines Risses auf einem Abschnitt der Oberfläche der Probe, wobei der Riß im wesentlichen quer zur Längsausdehnung der Probe gerichtet ist,

- Anbringen der Probe in eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung,

- Versehen der Probe mit einem Sensor des Fortschreitens der Rißfront,

- Verbinden des Sensors mit der Meßvorrichtung,

- Anbringen der Belastungsachse der Prüfvorrichtung an der Probe,

- Programmieren der Steuervorrichtung mit den verschiedenen Versuchsparametern, die für den Versuchsablauf notwendig sind,

- Messen und Registrierung des Fortschreitens der Rißfront, und

- Bestimmung der inneren (wesentlichen) Parameter des Straßendeckenmaterials auf der Grundlage der registrierten Meßergebnisse.

Die Erfindung betrifft ebenfalls die folgenden Merkmale, einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet:

- Vorzugsweise hat die Probe die Form eines Parallelepipeds. Es ist jedoch vorstellbar, daß andere Probenformen vorteilhafter sind, sei es aufgrund des verwendeten Materials oder sei es durch die Zielsetzung, gewisse Beanspruchungen zu simulieren, denen eine Schicht ungleichmäßiger Dicke unterworfen ist.

- Der Riß wird in der Probe in der Ebene angerissen, die dazu bestimmt ist, gegenüber der Oberfläche des Sockels des Rahmens, auf der die Stützelemente angebracht sind, angeordnet zu sein, wenn die Probe in der Prüfvorrichtung angebracht ist. Im Fall einer Probe mit einer anderen Form, als der eines Parallelepipeds, wird der Riß auf einem Teil der Probenoberfläche angerissen, der im wesentlichen quer zur Orientierung der Belastungsachse ausgerichtet ist.

- Die Probe ist aus einem Einschichtmaterial gebildet.

- Die Probe ist aus einem Mehrschichtmaterial gebildet.

Im allgemeinen ergeben die Versuche, die an einer einschichtigen Probe ausgeführt wurden, aussagekräftigere Resultate, als die an einer mehrschichtigen Probe ausgeführten. Es ist jedoch vorstellbar, Versuche an einer mehrschichtigen Probe zusätzlich zu den Versuchen auszuführen, die an einer einschichtigen Probe ausgeführt wurden, um den Einfluß der Funktionsart zwischen zwei Schichten auf die Rißbildung der Gesamtheit eines Mehrschichtbelags zu untersuchen.

- Die inneren (wichtigen) Parameter eines Straßendeckenbelags sind die Parameter A und m des Gesetzes von Paris.

Da sich die durch Scherung hervorgerufene Rißbildung im allgemeinen von der durch Biegung hervorgerufenen unterscheidet, ist es angebracht, zu präzisieren, daß Ac und Af für ein gegebenes Straßendeckenmaterial Konstanten für die Scherversuche bzw. für die Biegeversuche bezeichnen und daß mc und mf für ein gegebenes Straßendeckenmaterial für die Scherversuche bzw. für die Biegeversuche die Exponenten des Gesetzes von Paris bezeichnen.

- Der Sensor des Fortschreitens der Rißfront besteht aus mindestens einer Schicht gedruckter Widerstandsleitungen. Im Fall einer parallelepipedförmigen Probe wird auf jeder der beiden Längsseiten, die parallel zur Belastungsachse gerichtet sind, ein Film angebracht, auf den ein Netz von Widerstandsleitungen gedruckt ist, die dazu bestimmt sind, Leitung für Leitung mit dem Fortschreiten der Rißfront zu zerreißen. Es ist jedoch vorstellbar, insbesondere im Fall einer Probe mit gewölbter Oberfläche, eine Schicht einer Widerstandsfarbe zu verwenden.

Die Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die eine als nichteinschränkendes Beispiel angegebene Ausführungsform betreffen. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Form den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur mechanischen Prüfung, und Fig. 2 ein Prinzipschema der Verbindung der Prüfvorrichtung nach Fig. 1 mit ihren Steuer- und Auswertungsmodulen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt die Vorrichtung zur mechanischen Prüfung zunächst einen Rahmen 1, der einen Sockel 2 umfaßt, auf dem zwei Pfosten 3 und 4 errichtet sind, die von einer Brücke 5 überspannt werden. Der Sockel 2 weist zwischen den beiden Pfosten 3 und 4 eine horizontale obere Fläche 6 auf, auf der zwei Trägerelemente 7 und 8 angeordnet sind. Jedes der Trägerelemente 7 und 8 ist mit einem Stützelement 9 bzw. 10 versehen. Bei den Stützelementen 9 und 10 handelt es sich um auf der neutralen Achse regelbare, schwingende Bügel. Diese beiden Bügel sind jeweils auf einem Wagen (nicht dargestellt) befestigt, die eine freie horizontale Bewegung gestatten. Sie dienen als Lager für eine parallelepipedische Probe 11. Die Probe 11 hat üblicherweise eine Länge von 400 mm, eine Breite von 50 mm und eine Höhe von 100 mm. Die Form und die Anordnung der Trägerelemente 7 und 8 und der Stützelemente 9 und 1 0 stellen einerseits die notwendige Erhöhung der Probe 11 gegenüber der Oberfläche 6 sicher, um die Probe 11 Biege- und Scherbeanspruchungen aussetzen zu können, und andererseits eine maximale Verringerung der Übertragung von Schwingungen oder jeglicher anderer ungelegener Belastungen, die vom Rahmen 1 stammen.

Die Vorrichtung zur mechanischen Prüfung umfaßt außerdem einen Querträger 1 2, der zwischen den beiden Pfosten 3 und 4 des Rahmens 1 montiert ist. Darüber hinaus sind ein Motor 13 und ein Getriebe 14 auf der Brücke 5 montiert. Da die Übersetzung 14 mechanisch mit dem Motor 13 verbunden ist, wird die vom Motor 1 3 aufgebrachte Belastungskraft durch die Übersetzung 14 auf eine Belastungsachse 15 übertragen, die mit einem austauschbaren Kopf 1 6 versehen ist. Die Achse 15 ist senkrecht zur Längsachse der Probe 11 gerichtet.

Der Kopf 16 hat die Form eines Bügels, der dazu bestimmt ist, die Achse 15 an der Probe 11 zu befestigen. Um die Scherwirkung zu erreichen, ist der Bügel 16 an der Probe 11 zwischen den beiden Stützelementen 9 und 10 angebracht. Außerdem hat der Bügel 16 eine im allgemeinen längliche Form, um die Probe über eine ausreichende Länge des zentralen Bereichs einschließen zu können.

Die Länge des Bügels 1 6 wird in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den beiden Stützelementen 9 und 1 0 festgelegt. Im allgemeinen hat der Bügel 16 eine Länge von ungefähr 30 mm. Seine Höhe beträgt ungefähr 110 mm und seine Breite ungefähr 60 mm. Dieser Bügel ist auf jeder Seite in seiner Längsrichtung durchbrochen, so daß ermöglicht wird, die Ausbreitung des Risses visuell zu verfolgen. Im Inneren des Bügels 1 6 sind zwei unabhängige, bewegliche Spannbacken (nicht dargestellt), beiderseits der angebrachten Kerbe angeordnet, an der Probe 11 durch eine Zylinder befestigt, der durch eine Feder geführt und durch eine Schraube geregelt wird.

Die Probe 11 wird in den Bügel 16 eingebracht, der auf einem Dorn versplintet ist, der zur Übertragung der Kraft dient. Der Dorn (nicht dargestellt) hat einen Krümmungsradius von 200 mm und ist mit der Achse 15 fest verbunden.

Die Verwendung eines Bügels als Belastungskopf ermöglicht es, die Achse 15 derart an der Probe 11 zu befestigen, daß die Belastung nicht nur bei der Verformung der Probe (erste Richtung) erfolgt, sondern außerdem die Rückkehr (zweite Richtung) des zentralen Bereichs der Probe in dieselbe Ruhestellung in jeder Periode garantiert.

Um eine regelmäßige Richtung der Achse 1 5 sicherzustellen, ist der Querträger 12 mit Führungsmitteln 17 versehen. Vorzugsweise bestehen diese Führungsmittel 17 aus einem zylindrischen Durchgang, der den Querträger 12 in einer Richtung vollständig durchquert, die im wesentlichen parallel zur Erstreckung der Pfosten 3 und 4 ist.

Um zu ermöglichen, die wesentlichen Faktoren der Simulation der Belastung zu verändern, sind die folgenden Regelungen vorgesehen:

- die Belastungsfrequenz wird durch die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 1 3 geregelt;

- die Veränderungen der Belastungsamplitude werden durch Regelung der Stellung eines Exzenters 18 und eines Hebelarmes 19 erreicht, was eine Regelung der auferlegten Verschiebung mit einer Präzision in der Größenordnung eines Millimeters gestattet;

- ein Programm zur Steuerung der Betätigung des Motors berücksichtigt die Arbeits- und Ruhezeiten, die der Benutzer wünscht.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur mechanischen Prüfung in einer Umgebung von Steuer- und Auswertungsmodulen. Es versteht sich von selbst, daß diese sehr schematische Darstellung nur die Module und Elemente zeigt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß die Entspannung des Straßendeckenmaterials temperaturabhängig ist, wird der Versuch im Inneren einer Umhüllung durchgeführt, die an einen Klimaschrank angeschlossen ist. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf dem Sockel 2 des Rahmens 1 eine Klimaumhüllung 20 angeordnet. Die Klimaumhüllung 20 umschließt die Probe 11, die von den Stützelementen 9 und 10 gehalten wird und in einer oberen Wand 21 eine klimatisch dichte Durchführung der Achse 15 aufweist. Die Klimatisierung erfolgt durch einen Schrank 23, der mit der Klimaumhüllung 20 verbunden ist.

Wenn es auch vorstellbar wäre, die gesamte Prüfvorrichtung in eine Klimaumhüllung einzusetzen, so scheint es doch vorzuziehen zu sein, sich an die Ausführungsform zu halten, die soeben beschrieben wurde, weil die Entspannungsfunktion des Materials von der Eigentemperatur des Materials abhängt und nicht von der Umgebungstemperatur. Dieser Unterschied ist wichtig, wenn die Temperatur der Probe im Gegensatz zu den gewöhnlich angetroffenen Situationen vergleichsweise unabhängig ist von der Umgebungstemperatur. Zumindest folgt die Temperatur der Probe der Umgebungstemperatur mit einer recht erheblichen Verzögerung. Dies beruht auf der Tatsache, daß die mechanische Belastung, der die Probe ausgesetzt wird, eine Walkarbeit ist, die eine Erwärmung der Probe zur Folge hat. Dementsprechend ist es angebracht, die Frequenz und die Amplitude der Belastung derart zu wählen, daß eine zusätzliche Erwärmung der Probe vermieden wird.

Die Temperatur im Inneren der Umhüllung 20 wird mit Hilfe eines Thermometers 24 gemessen, daß mit einer Meßzentrale 25 verbunden ist.

Um die Kraft und die Amplitude der durch die Achse 15 ausgeübten Belastung zu messen, ist der Querträger 12 mit einem Kraftsensor 26 und einem Verschiebungssensor 27 verbunden, die beide mit der Meßzentrale 25 verbunden sind.

Zwei Mittel sind vorgesehen, um die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 13 zu verändern. Einerseits verfügt der Bediener der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung über ein Bedienpult 28. Andererseits kann die Veränderung der Geschwindigkeit des Motors 13 durch die Meßzentrale 25 erfolgen. Hierfür sind die Meßzentrale 25 und das Bedienpult 28 mit Hilfe eines Eingangsschaltkreises 29 mit dem Motor 13 verbunden. Der Eingangsschaltkreis kann beispielsweise eine Prioritätsvorrichtung umfassen, die den Steuersignalen die Priorität verleiht, die vom Bedienpult 28 kommen, gegenüber den Steuersignalen, die von der Meßzentrale 25 kommen.

In einer Variante der bis hier beschriebenen Ausführungsform der Prüfvorrichtung kann der Motor 13 mit einer Brems- Kupplung 30 ausgestattet sein, die es ermöglicht, die Arbeits- und Ruhezeiten der Vorrichtung zu regeln. Die Brems-Kupplung 30 ist mit der Meßzentrale 25 verbunden.

Die Handhabung der Prüfvorrichtung und die Steuerung der verschiedenen Module und Elemente, die zu ihrem Betrieb erforderlich sind, kann durch einen Computer erfolgen, der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist. Der Computer 31 kann insbesondere Programme enthalten, die für gewisse Belastungsarten spezifisch sind, die spezifischen Verkehrsbedingungen entsprechen.

Die Auswertung der verschiedenen erhaltenen Versuchsergebnisse erfolgt nach allgemein bekannten Techniken, deren detaillierte Beschreibung hier fortgelassen wird. Zusätzlich zur digitalen Aufzeichnung oder Aufzeichnung in Kurven der verschiedenen Versuchsergebnisse, erfolgt die Beobachtung des Fortschreitens der Rißfront mit Hilfe eines Sensors 32, der auf der Probe 11 angeordnet wird. Der Sensor 32 ist mit der Meßzentrale 25 und einer Auswertungsvorrichtung 33 verbunden. Vorzugsweise wird das Fortschreiten der Rißfront durch die Vorrichtung 33 in Form von Tabellen aufgezeichnet, wobei diese Tabellen beispielsweise das Fortschreiten einer Rißfront in Millimetern je hundert Belastungsbewegungen angeben.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Prüfung des Ermüdungsrißwachstums von Straßendeckenmaterialien sowohl durch Biegung als auch durch Scherung, wobei die Vorrichtung einen Rahmen (1), der einen Sockel (2) einschließt, der mit Lagern (9,10) versehen ist, die zur Aufnahme einer Probe (11) im allgemeinen länglicher Form bestimmt sind, eine Trägerbrücke (6) für Belastungsmittel (13-15) der Probe (11), wobei die Belastungsmittel (13-15) eine Achse (15) umfassen, die zum Übertragen von Prüfbelastungen auf die Probe (11) rechtwinklig zu der Längsachse der Probe (11) bestimmt ist, und Mittel zur Messung der Belastungsbeanspruchung (26,27) sowie Mittel zur Messung des Fortschreitens einer Rißfront (32) umfaßt, wobei die Achse (15) an ihrem freien Ende mit einem austauschbaren Kopf (16) versehen ist, der so ausgebildet ist, daß er die Belastungsbeanspruchungen, die durch die Achse (15) ausgeübt werden, in Scherbeanspruchungen oder Biegebeanspruchungen umformen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (16) einen Bügel umfaßt, der dazu bestimmt ist, an der Probe (11) zwischen den Lagern (9,10) angebracht zu werden, wobei der Bügel (16) dergestalt ausgebildet ist, daß er eine Beanspruchung in zwei Richtungen auf die Probe (11) ausüben kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (16) die Probe (11) über eine in Richtung der Längserstreckung der Probe (11) gemessene ausreichende Länge einschließt, um die Scherwirkung durch Zusammenwirken des Bügels (16) mit den Lagern (9,10) zu erreichen.

5 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Veränderungsmittel der Belastung (25,28) umfaßt, die es gestatten, gleichzeitig, aber in unabhängiger Weise, auf verschiedene Belastungsbeanspruchungen einzuwirken.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Meßmittel (32,33) umfaßt, die es gestatten, die Reaktion der Probe (11) auszuwerten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (2) eine Oberfläche (6) zeigt, auf der Trägerelemente (7,8) angeordnet sind, von denen jedes mit einem Stützelement (9,10) versehen ist, wobei jede Gesamtheit Trägerelement/Stützelement (7,9; 8,10) in der Weise ausgebildet ist, daß sie eine Übertragung parasitärer Wirkungen zu der Probe (11) unterbinden kann, die eine unangebrachte Belastung des Rahmens (1) hervorruft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Klimaumhüllung (20) umfaßt, die dazu bestimmt ist, die Probe (11) aufzunehmen, um hierin die Versuche durchzuführen, wobei die Klimaumhüllung (20) mit einem dichten Durchgang (22) versehen ist, der für die Achse (15) bestimmt ist, und die an einen Klimatisierungsschrank (23) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer programmierbaren Steuervorrichtung verbunden ist, die geeignet ist, verschiedene Belastungsmittel (13 bis 15), Klimatisierungsmittel (23) und Meßmittel (32,33) gemäß einer Folge von vorgegebenen Versuchsschritten zu steuern.

9. Verfahren zur Prüfung des Ermüdungsrißwachstums von Straßendeckenmaterialien sowohl durch Biegung als auch durch Scherung, umfassend die folgenden Schritte:

- Bilden einer Probe (11) im allgemeinen länglicher Form aus einem Material, das bestimmt ist, für eine Oberdecke einer Straße verwendet zu werden,

- Ankörnen eines Risses auf einem Abschnitt der Oberfläche der Probe (11), wobei der Riß im wesentlichen quer bezüglich der Längsausdehnung der Probe (11) gerichtet ist,

- Anbringen der Probe (11) in einer Versuchsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

- Versehen der Probe (11) mit einem Sensor (32) des Fortschreitens der Rißfront,

- Verbinden des Sensors mit der Meßeinrichtung (26,27),

- Anbringen der Belastungsachse des Versuchsapparats mit der Probe 11) mittels eines austauschbaren Kopfes (16), der es gestattet, die Belastungswirkungen, die durch die Achse ausgeübt werden, in Scherbeanspruchungen oder Biegebeanspruchungen zu transformieren..

- Programmieren der Steuereinrichtung mit den verschiedenen Versuchsparametern der Scherung oder der Biegung, die für den Versuchsablauf notwendig sind,

- Messen und Registrierung des Ablaufs der Rißfront und

- Bestimmen der wesentlichen Parameter des Straßendeckenmaterials auf der Grundlage von registrierten Meßergebnissen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) die Form eines Parallelepipeds hat und daß der Riß in der Ebene angekämt ist, die dazu bestimmt ist, gegenüber der Oberfläche des Sockels des Rahmens (1), auf der die Stützelemente angebracht sind, orientiert zu sein, sobald die Probe (11) in dem Versuchsapparat angebracht ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) als Einschichtenmaterial ausgebildet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (11) aus Mehrschichtenmaterial ausgebildet ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wichtigen Parameter die Parameter A und m des Gesetzes von Paris sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor des Fortschreitens (26,27) durch wenigstens eine Schicht von gedruckten Widerstandsleitungen gebildet ist.







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