Der Einsturz einer städtischen Straße offenbarte das katastrophale Versagen eines gemauerten Abwasserkanals aus dem 19. Jahrhundert. Die Untersuchung ergab, dass ein massiver Fatberg, eine Ansammlung von Fett und Abfällen, das hydraulische Fließregime veränderte. Diese Veränderung erzeugte Rückstauzonen, in denen aggressive chemische Verbindungen den ursprünglichen Kalkmörtel angriffen, seine Erosion beschleunigten und schließlich zum strukturellen Bruch der Leitung führten.
Rekonstruktion des Versagens mittels LiDAR SLAM und CFD 🛠️
Ein mobiler LiDAR-Scanner mit SLAM-Technologie, verarbeitet in GeoSLAM Hub, wurde verwendet, um eine millimetergenaue Punktwolke des Inneren des eingestürzten Abwasserkanals zu erhalten. In CloudCompare wurden die erodierten Oberflächen segmentiert und der Materialverlust im Mörtel der Fugen quantifiziert. Mit diesen geometrischen Daten wurde das Modell in Autodesk CFD importiert, um die Strömung vor dem Einsturz zu simulieren. Die Simulation zeigte, dass der Fatberg wie ein Damm wirkte, den effektiven Querschnitt verringerte und die Fließgeschwindigkeit erhöhte, was den chemischen Angriff von biogenem Schwefelwasserstoff auf die unteren Fugen konzentrierte, wo der Mörtel bis zu 40 % seiner ursprünglichen Dicke verlor.
Lehren für die Simulation von Materialermüdung in der Infrastruktur 🧱
Dieser Fall zeigt, dass Materialermüdung nicht nur von zyklischen mechanischen Lasten abhängt, sondern auch von lokalisierter chemischer Degradation, die durch Strömungsänderungen induziert wird. Der ursprüngliche Mörtel, ausgelegt für ein stabiles hydraulisches Regime, versagte, als er einer konzentrierten korrosiven Umgebung ausgesetzt wurde. Moderne Alternativen wie Mörtel mit Basaltgesteinskörnungen und Epoxidharzen bieten eine höhere Korrosionsbeständigkeit, aber ihre Anwendung muss mit CFD-Modellen validiert werden, die die kritischen Zonen der Ansammlung aggressiver Stoffe vorhersagen.
Welche Finite-Elemente-Simulationsmethodik empfehlen Sie, um die kombinierte Wirkung des hydraulischen Drucks eines Fatbergs und der chemischen Degradation des Mörtels in einem historischen gemauerten Abwasserkanal zu modellieren?
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)