Simulation eines Plattendruckversuchs oberhalb eines Leichtbaustoffs in Plaxis 3D und LS Dyna

Im Rahmen eines vorangegangenen Forschungsvorhabens von 2015-2017 (SCHAUMGLASS) wurden oberhalb einer künstlichen Weichschicht mit einem E_v2-Wert von 5 MN/m² systematisch Mehrschichtaufbauten, bestehend aus Schaumglasschotter und 0/32 Tragschichtmaterial, auf deren Tragfähigkeit untersucht (Abbildung 1).

Neben der Variation der Einbauhöhe des Tragschichtmaterials und des Schaumglasschotters, wurden die Einbaudichte und die Rezeptur (grau/rosa) des Schaumglasschotters variiert (Abbildung 2). Es wurden neben dem E_v2-Wert, dem E_vd-Wert und dem CBR-Wert an der Oberkante des Mehrschichtsystems nach dem Versuchseinbau (48h Standzeit), auch die Spannungsverteilung oberhalb der künstlichen Weichschicht sowie oberhalb des Schaumglasschotters während des Plattendruckversuchs aufgezeichnet.

Insgesamt wurden für die erste Versuchsserie 25 Versuche, inklusive Referenzversuch (0/32 Tragschichtmaterial), durchgeführt. Aufgrund der Abmessungen der Versuchsanlage (Abbildung 1), konnten 12 Versuche infolge der angestrebten Einbauhöhe und eventuell auftretender Randeinflüsse nicht durchgeführt werden. Diese gilt es nun unter Einsatz eines geeigneten numerischen Modells zu simulieren. Hierbei soll die Simulationssoftware Plaxis 3D sowie LS Dyna zum Einsatz kommen.

Für die Berechnungen mit Plaxis 3D steht ein entsprechendes Modell am Lehrstuhl zur Verfügung. Dieses gilt es mit Hilfe der zahlreichen Versuche (Abbildung 2) und einer eigens durchgeführten Literaturrecherche zur Modellierung von Plattendruckversuchen zu kalibrieren. Für die Einarbeitung in LS Dyna ist ein 3-tägiges Einführungsseminar vorgesehen. Im Mittelpunkt der anschließenden Berechnungen mit LS Dyna steht des Stoffgesetz FOAM, welches erlaubt große Verformungen des Schaumglasschotters zu generieren. Im Anschluss der Nachrechnung der Versuche mit LS Dyna ist eine Aussage zur Modellgenauigkeit in Plaxis 3D und LS Dyna zu treffen. Das geeignetere Modell soll anschließend zur Vervollständigung der Versuchsserie 1 herangezogen werden.

Ziel der Arbeit ist die Darstellung des E_v2-Werts an der Oberkante der Tragschicht in Abhängigkeit des anstehenden Untergrunds, der Einbauhöhe und Einbaudichte des Schaumglasschotters, sowie der Mächtigkeit des Oberbaus bestehend aus einem 0/32 Mineralgemisch (Abbildung 3). Diese sollen in Zukunft im Straßen- und Erdbau praxisnah zur Orientierung der erreichbaren Tragfähigkeiten beim kontrollierten Einsatz von Schaumglasschotter unterhalb eines Tragschichtpolters dienen.

Diese Arbeit soll in folgenden Schritten bearbeitet werden:

I. Numerische Berechnungen mit Plaxis 3D

• Einarbeitung und Datenaufbereitung durchgeführter Plattendruckversuche
• Literaturrecherche zur Modellierung von Plattendruckversuchen in Plaxis 3D
• Einarbeitung, Anpassung und Optimierung eines am Lehrstuhl vorhandenen 3D Modells in Plaxis
• Nachrechnung ausgewählter Plattendruckversuche
• Präsentation Berechnungsergebnisse

II. Numerische Berechnungen mit LS Dyna

• Teilnahme am Seminar: „Einführung in LS Dyna“ (3-tägig)
• Simulation der durchgeführten Plattendruckversuche unter Verwendung eines geeigneten Stoffgesetzes für Schaumglas (foam material)
• Vergleich und Diskussion der Ergebnisse mit denen aus Abschnitt I
• Präsentation Berechnungsergebnisse

III. Vervollständigung der Versuchsmatrix und Veranschaulichung der Ergebnisse

• Wahl des geeigneteren Modells und Simulation der ausstehenden Plattendruck-versuche
• Grafische Darstellung des E_v2-Werts in Abhängigkeit des anstehenden Untergrunds, der Einbauhöhe und Einbaudichte des Schaumglasschotters, sowie der Mächtigkeit des Oberbaus