Robotergestützte Verstärkung von Belägen

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: ASTRA2017/005
• Projekttitel Englisch: Robotic reinforcement of pavements

Schlüsselwörter (Deutsch)

Roboterbasierter Aufbau, Verstärkung von ungebundenem Gemisch, Belagsmaterial, 3D Drucken

Schlüsselwörter (Englisch)

Robotic construction, reinforcement of granuar materials, pavement materials, additive manufacturing

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Strassenbau wird Bitumen oder Beton als Bindemittel für den Zusammenhalt verschiedener Aggregatstoffe verwendet. Kernstück dieses Projektes ist es diese Bindemittel durch weiches Verstärkungsmaterial zu ersetzten. Dabei sollen Roboterarme die Aggregate mit diesem Material zu einer festen Einheit verstricken. Dieses Gebilde soll ohne den Einsatz von Bindemittel oder äussere Begrenzungen, Zugkräfte in die drei Dimensionen der Belagsstruktur besser umverteilen können. In einem ersten Forschungsansatz wird die beste Kombination von Aggregate und Verstärkung sowie deren Einsatzstrategien analysiert. In einer zweiten Projektphase werden anhand der damit gewonnen Erkenntnisse Proben hergestellt, welche in Labortest mechanisch charakterisiert werden. Diese Laborprüfungen führen zu der Herstellung von entsprechenden Belägen, die abschliessend unter verkehrsähnlichen Bedingungen validiert werden. In einer Machbarkeitsstudie werden die erhaltenen Ergebnisse genutzt um die Anwendung von additiven Fertigungsmethoden im Strassenbau zu evaluieren.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In road construction, bituminous or cementitious agents are usually employed to provide cohesion to the materials. Instead of using bitumen or cement to form the hard matrix that holds aggregates together, the current proposal focus on the use of soft reinforcement materials to be placed with robotic arms following the most convenient patterns. In this way, tensile forces can be transferred into the depth of the pavement structure in a 3D manner giving stability to the aggregates without the need of binders or external confinement. One research approach will be the theoretical analysis of the best combination of aggregates and reinforcement types as well as the reinforcement deployment strategy. On the other hand, specimens will be constructed and will be mechanically tested in the laboratory. Finally, there will be a validation of the results using loads that simulate rolling tires. Consequently, the outcomes will provide a proof of concept of this idea; giving hints about the benefits of continuous  reinforcement and the use of robotic arms in the construction of pavements.

Projektziele (Deutsch)

Innovationen im Bauwesen und speziell im Bereich des Strassenbaus sind durch klassische Materialforschung eher konservativ gehalten. In diesem Zusammenhang wurde der Einsatz moderner Produktionsmethoden wie die Additive Fertigung nur unzureichend untersucht. Dieses Projekt begegnet dieser Wissenslücke mit der automatisierten Verstärkung von Aggregate zur Herstellung von innovativen, widerstandsfähigeren Belägen. Die Basis dafür bilden die Arbeiten von Gramazio und Kohler Research (ETH) sowie des Instituts für Baumaterialien der ETH Zürich. Dieses Projekt verfolgt zwei grundsätzliche Ziele. Zum einen sollen digitale Fertigungsverfahren im Strassenbau erschlossen werden, zum anderen widerstandsfähigere und nachhaltigere multifunktionale Beläge entwickelt werden.

Projektziele (Englisch)

Innovation in the construction industry and especially in pavement engineering is limited to traditional material research. So far, little effort was given to the investigation of novel production technologies like additive manufacturing or robotic construction. The current proposal is based on a work of Gramazio Kohler Research (ETH) and the Institute for Building Materials (ETH), and proposes the use of robotic reinforcement to produce advanced, more resistant pavements materials. Therefore, the project's goal is two folded: it aims to the introduction of digital technologies in the pavement construction industry and simultaneously to the development of sustainable and more durable multifunctional pavement materials.

Berichtsnummer (Deutsch)

1753