Werkstoffe I Einführung - IfB - ETH Zürich
Werkstoffe I Einführung - IfB - ETH Zürich
Werkstoffe I Einführung - IfB - ETH Zürich
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<strong>Werkstoffe</strong> I<br />
Einführung<br />
Pietro Lura<br />
<strong>Werkstoffe</strong> I, <strong>ETH</strong>Z, Frühjahrsemester 2010<br />
<strong>Werkstoffe</strong> I-III<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I (Lura/Niemz/Partl): Verformbarkeit;<br />
Festigkeit; Porosität; hygrische Eigenschaften;<br />
Schwinden; Holz und Holzwerkstoffe; Bitumen und<br />
Asphalt; Mineralische Bindemittel; Zement; Beton.<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> II (Herrmann/Wittel/Elsener):<br />
Thermische/optische Eigenschaften;<br />
Metalle/Gläser/Kunststoffe; Materialmodellierung;<br />
Korrosion.<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> III: FE + Praktika<br />
2<br />
1
Prof. Dr. Peter Niemz<br />
• <strong>ETH</strong> Zürich, Institut f. Baustoffe<br />
(<strong>IfB</strong>), Wood Physics group<br />
• Mechanische und physikalische<br />
Eigenschaften und Mikrostruktur<br />
von Holz<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I: 3x2 h über Holz<br />
3<br />
Prof. Dr. Manfred Partl<br />
• Empa Dübendorf, Abteilungsleiter<br />
Strassenbau-Abdichtungen /Assoc.<br />
Prof. KTH Royal Institute of<br />
Technology, Stockholm / Adjunct<br />
Research Professor Carleton<br />
University, Ottawa<br />
• Mechanische und physikalische<br />
Eigenschaften von Bitumen und<br />
Asphalt<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I: 2 h über Asphalt und<br />
Bitumen<br />
4<br />
2
Dr. Jan Bisschop<br />
• <strong>ETH</strong> Zürich, Institut f. Baustoffe (<strong>IfB</strong>),<br />
Oberassistent<br />
• Kriechen, Schwinden und Rissbildung<br />
in Beton und Zementstein<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I: Übungen, Prüfung<br />
5<br />
Carsten Rieger<br />
• <strong>ETH</strong> Zürich, Institut f. Baustoffe (<strong>IfB</strong>),<br />
Doktorand<br />
• Mikrofasernbeton<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I: Übungen, Prüfung<br />
6<br />
3
Dr. Pietro Lura<br />
• Empa Dübendorf, Abteilungsleiter<br />
Beton/Bauchemie<br />
• Beton (Schwinden und Rissbildung,<br />
Dauerhaftigkeit, Mikrostruktur)<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> I: 9x2 h über<br />
Werstoffeigenschaften, mineralische<br />
Bindemittel, Zement und Beton<br />
• HIF E 22.1 (Donnerstag), E-Mail:<br />
lurap@ethz.ch, Tel.: 044-8234135<br />
7<br />
• Die Empa ist eine interdisziplinäre Forschungs- und<br />
Dienstleistungsinstitution für Materialwissenschaften und<br />
Technologieentwicklung innerhalb des <strong>ETH</strong>-Bereichs.<br />
• Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der Empa<br />
orientieren sich an den Anforderungen der Industrie und den<br />
Bedürfnissen der Gesellschaft<br />
• ~30 Laboratorien, 900-1000 Mitarbeiter<br />
8<br />
4
Inhalt (1)<br />
• 25. Februar 2010: Einführung Lura<br />
• 4. März 2010: Verformbarkeit (elastische Konstanten) Lura<br />
• 11. März 2010: Verformbarkeit (zeitabhängiges Verhalten) Lura<br />
• 18. März 2010: Festigkeit (Zug, Druck, …) und Bruchmechanik Lura<br />
• 25. März 2010: Porosität, Porengrössenverteilung, Wassertransport Lura<br />
• 1. April 2010: Schwinden und Quellen Lura<br />
9<br />
Inhalt (2)<br />
• 8. April 2010: Osterferien, keine Vorlesung<br />
• 15. April 2010: Holz Niemz<br />
• 22. April 2010: Holz Niemz<br />
• 29. April 2010: Holz Niemz<br />
• 6. Mai 2010: Asphalt und Bitumen Partl<br />
• 13. Mai 2010: Auffahrt, keine Vorlesung<br />
10<br />
5
Inhalt (3)<br />
• 20. Mai 2010: mineralische Bindemittel (Lehm, Gips, Kalk) Lura<br />
• 27. Mai 2010 : Zement Lura<br />
• 03. Juni 2010 Beton Lura<br />
11<br />
Übungen<br />
• 29. April: Übungsausgabe (Website) Rieger<br />
• 27. Mai: Übungsabgabe Rieger<br />
• Vorrechenübung Betonmischung Rieger<br />
ausserhalb der Vorlesungszeiten zur Prüfungsvorbereitung<br />
Betonmischung + Übungen<br />
Termin zu koordinieren<br />
• Fragen über die Übungen Rieger, Bisschop<br />
12<br />
6
Skripts und Kursmaterial (1)<br />
• Auf: https://www.ifb.ethz.ch/education/werkstoffe1/<br />
• <strong>Werkstoffe</strong>igenschaften (Kapitel 1, 2, 4, 5.1 und 7)<br />
• <strong>Werkstoffe</strong> im Bauwesen (Kapitel 1 und 2, mineralische Bindemittel,<br />
Zement, Beton)<br />
• Holz und Holzwerkstoffe<br />
• Handouts Asphalt kommen erst am 6. Mai<br />
13<br />
Skripts und Kursmaterial (2)<br />
14<br />
7
Beispiele aus der nächsten Umgebung<br />
Naturstein<br />
Glas<br />
Beton<br />
Stahl<br />
15<br />
Holz (1)<br />
Baumhaus, Papua Neuguinea<br />
Pfahlbau, Flores, Indonesien<br />
16<br />
8
Holz (2)<br />
Evolène, 18. Jahrhundert<br />
Scheitlin_Syfrig + Partner,<br />
Steinhausen, 2006<br />
17<br />
Holz (3) - Brettschichtholz<br />
Kuppeldach Uni Zürich, 1911<br />
Competence Center Hugo Boss,<br />
Coldrerio TI<br />
18<br />
9
Naturstein (1)<br />
Delphi, Griechenland, 4. Jhr. vor Chr.<br />
Cusco, Peru, 11. Jhr. n. Chr.<br />
19<br />
Naturstein (2)<br />
Maggiatal, Tessin<br />
20<br />
10
Beton (1)<br />
Puzzolanzement und Bimsstein<br />
43 m<br />
Pantheon, Rom, 126 n. Chr.<br />
21<br />
Beton (2)<br />
Palazzetto dello Sport, Rom - Pier Luigi Nervi, 1957<br />
22<br />
11
Beton (3)<br />
Atelier Linard Bardill, Scharans – Valerio Olgiati<br />
23<br />
Beton (4)<br />
LiTraCon (Beton+Lichtwellenleiter) - Áron Losonczi, 2001<br />
24<br />
12
Bitumenbaustoffe (1)<br />
• Abdichtungen<br />
- Dichtungsbahnen<br />
- Fugen, Risse<br />
Tagbautunnel<br />
Rissverguss<br />
M.N.Partl<br />
Flachdächer<br />
25<br />
Bitumenbaustoffe (2)<br />
• Strassen/Plätze<br />
- Beläge<br />
- Fahrbahn-Übergänge<br />
- Fugen<br />
Beläge<br />
M.N.Partl<br />
Fugen<br />
F.-Übergänge<br />
26<br />
13
Geschichte des Bauens<br />
Architekten<br />
Maslow‘sche<br />
Pyramide<br />
A. Maslow (1943)<br />
Neuzeit<br />
Bauingenieure<br />
Prähistorie<br />
27<br />
Geschichte der Baustoffe<br />
• Ursprünglich ausschliesslich lokale Baustoffe<br />
- z. B. Ziegel in Mesopotamien (Verfügbarkeit von Lehm)<br />
- Ausnahme: Kultstätten (Pyramiden von Gizeh)<br />
• Natürlich vorkommende Baustoffe<br />
- Lehm<br />
-Holz<br />
- Naturstein<br />
Zeitachse<br />
• „Industrielle“ Baustoffe<br />
- Kalk und Zement<br />
- Metalle<br />
-Glas<br />
- Kunststoffe<br />
28<br />
14
Historische Entwicklung<br />
29<br />
Baustoffkreislauf<br />
• Ca. 70 Mio t pro Jahr<br />
verbaut, fast 10 t pro<br />
Person<br />
Gleichgewicht 2050:<br />
• Neue Prozesse und<br />
Anwendungen für<br />
Recycling Material<br />
• Vermittlung des<br />
Konzeptes<br />
geschlossener<br />
Kreisläufe in der Lehre<br />
• Aufnahme von rec.<br />
Materialien und deren<br />
Anwendung im<br />
Normenwerk 30<br />
15
Materialfluss in der Schweiz in Mio t<br />
Holz ist der einzige<br />
nachwachsende<br />
Rohstoff!<br />
31<br />
CO 2 -Emissionen der Zementproduktion<br />
32<br />
16
Forum Chriesbach, Eawag<br />
http://www.forumchriesbach.eawag.ch/<br />
Je besser die<br />
Energieeffizienz,<br />
umso höher der<br />
Anteil der durch<br />
die Baustoffe<br />
eingebrachten<br />
grauen Energie<br />
Forum Chriesbach<br />
Energie - Vergleich<br />
Primärenergiebedarf 1 [kWh/m2a]<br />
275<br />
250<br />
225<br />
200<br />
175<br />
150<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
FC ist FC Plan MINERGIE-P MINERGIE 0815Neubau<br />
Wärmeenergie<br />
Kühlenergie<br />
Elektrizität<br />
Graue Energie<br />
Bob Gysin + Partner BGP, Architekten <strong>ETH</strong> SIA BSA, Zürich<br />
3-Plan Haustechnik, Winterthur<br />
1<br />
bezogen auf die Energiebezugsfläche (11'170)<br />
33<br />
De Architectura - Vitruvius<br />
• Vitruvius, 1. Jahrhundert v. Chr:<br />
- Firmitas Dauerhaftigkeit, Solidität<br />
- Utilitas Nützlichkeit<br />
- Venustas Schönheit<br />
• Prinzipien gelten auch heute noch und um<br />
diese Vorgaben zu erfüllen sind zwingend<br />
grundlegende Kenntnisse der<br />
Baumaterialien notwendig<br />
34<br />
17
Firmitas (1)<br />
Löwentor, Mykene, Griechenland, 13. Jhrt. vor Chr.<br />
35<br />
Firmitas (2)<br />
Beton mit Alkali-Aggregat Reaktion, ~10 Jahre alt<br />
36<br />
18
Firmitas (3)<br />
Mississippi River Bridge, Minneapolis, USA, 2007<br />
37<br />
Firmitas (4)<br />
Turnhalle, St.Gallen, 24. 2. 2009<br />
38<br />
19
Utilitas (1)<br />
Verstellbare<br />
Glaslamellen zur<br />
Regulierung der<br />
Sonneneinstrahlung<br />
Forum Chriesbach, Eawag – Bob Gysin, 2006<br />
39<br />
Utilitas (2)<br />
Schwermetalle, Blei und Kupferbleche als Abschlüsse<br />
40<br />
20
Utilitas (3)<br />
41<br />
Venustas (1)<br />
Kirche in Mogno, Tessin - Mario Botta, 1996<br />
42<br />
21
Venustas (2)<br />
Guggenheim Museum, Bilbao, Spanien - Frank O. Gehry 1997<br />
43<br />
Venustas (3)<br />
Sunnibergbrücke – Christian Menn, 1998<br />
44<br />
22
Venustas (4)<br />
Vele di Scampia, Neapel, Italien – Franz Di Salvo, 1962-1975<br />
45<br />
23
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