Robotic reinforcement of pavements
Pavements are multilayered engineering structures constructed mainly using granular mineral aggregates, either in unbound configuration or bound with bituminous or hydraulic binder. Granular mineral aggregates from different sources, sizes and shapes make up the largest volume of a road structure and contribute critically to its bearing capacity. Aggregates can behave as a fluid- or solid-like material depending on their confinement and loading conditions. The transition from fluid- to solid-like state of a granular material is called jamming. In road engineering, this state is reached though compaction by applying external forces and vibration to the quasi-confined pavement material. The bearing capacity of unbound layers depends both on the material itself (cohesion and internal friction angle) but also on its tensional state, which depends on the applied external forces and the degree of confinement. Coarse granular materials with no cohesive properties tend to form force chains through the aggregate's contact points along the loading direction. In this situation, the material is able to support increasing loads and behave as a rigid body, as long as the contact forces among aggregates are below their crushing strength and also if the applied stress do not change in direction. Confinement in pavement structures is limited in both in the horizontal and in the vertical direction and in general it is insufficient to reach an optimum densification after compaction and to maintain the material jammed over time.
Straßenoberbauten sind mehrschichtige Bauwerke, die hauptsächlich aus körnigen Mineralstoffen bestehen, entweder in ungebundener Form oder gebunden mit bituminösen oder hydraulischen Bindemitteln. Körnige Mineralstoffe unterschiedlicher Herkunft, Größe und Form machen das größte Volumen eines Straßenaufbaus aus und tragen entscheidend zu dessen Tragfähigkeit bei. Gesteinskörnungen können sich je nach Einschluss- und Belastungsbedingungen wie ein flüssiges oder festes Material verhalten. Der Übergang vom flüssigen zum festen Zustand eines körnigen Materials wird als Verklemmung (auf English "Jamming") bezeichnet. Im Straßenbau wird dieser Zustand durch Verdichtung erreicht, indem äußere Kräfte und Vibrationen auf das quasi[1]eingeschlossene Straßenmaterial einwirken. Die Tragfähigkeit ungebundener Schichten hängt sowohl vom Material selbst (Kohäsion und innerer Reibungswinkel) als auch von seinem Spannungszustand ab, der von den aufgebrachten äußeren Kräften und dem Grad der Einschließung abhängt. Grobkörnige Materialien ohne kohäsive Eigenschaften neigen dazu, durch die Kontaktpunkte des Aggregats entlang der Belastungsrichtung Kraftketten zu bilden. In dieser Situation ist das Material in der Lage, zunehmende Lasten zu tragen und sich wie ein starrer Körper zu verhalten, solange die Kontaktkräfte zwischen den Gesteinskörnern unter ihrer Druckfestigkeit liegen und sich auch die Richtung der einwirkenden Kräfte nicht ändert. Die Einschnürung in Belagskonstruktionen ist sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung begrenzt und reicht im Allgemeinen nicht aus, um nach der Verdichtung eine optimale Verdichtung zu erreichen und das Material im Laufe der Zeit zu halten.