Empa - eine Forschungsinstitution im ETH-Bereich
Bau- und Maschineningenieurwesen  
Mechanical Systems Engineering
Mechanics for Modelling and Simulation
Ingenieur-Strukturen
Angewandte Holzforschung
Bautechnologien
Beton/Bauchemie
Strassenbau/Abdichtungen
Akustik/Lärmminderung
Synergetic Structures
Smart Materials and Structures

Departement Bau- und Maschineningenieurwesen

Der Gesamtverbrauch an Energie und Rohstoffe in unserer Gesellschaft ist sehr stark abhängig vom Aufbau und Betrieb der bebauten Umgebung. Das Departement Bau- und Ingenieurwesen konzentriert sich auf die Entwicklung und Bewertung von Materialien, Systemen und Prozessen, die zu einer Verminderung des Ressourcenkonsums führen.
Unsere Haupttätigkeiten
Die ecoinvent Datenbank wurde in Zusammenarbeit mit anderen eidg. Forschungsinstituten entwickelt.

Verbrauch von Energie und anderen Ressourcen
Neue Lösungen sind gefragt, um den Energiekonsum von Gebäuden zu reduzieren. Unter die Hauptprioritäten fallen die Anwendung erneuerbarer Energie sowie die verbesserte Energieeffizienz in neuen und in nachgerüsteten Gebäuden. Beispiele sind die Entwicklung von Vakuum-Isolierplatten mit einer Dicke von nur 1 – 2 cm oder die Nachrüstung mit thermisch-aktivierten Deckenplatten. Methoden und Konzepte werden zur Beurteilung entwickelt, ob ein neues Material, ein neues System oder ein neuer Prozess die Nachhaltigkeitsbedingungen erfüllt. Ein solches Werkzeug ist die ecoinvent Datenbank, auf die über das Internet zugegriffen werden kann. Darüber hinaus wird die Anwendung von wiederverwerteten Materialien als Ersatz für Primärrohstoffe durch mehrere Forschungsprojekte unterstützt, hauptsächlich auf dem Gebiet der bituminösen und zementgebundenen Materialien.
Zellulosefibrillen haben einen Durchmesser von nur einigen Nanometern und eine Länge von mehreren Mikrometern.

Materialien
Man kann das makroskopische Verhalten von Baumaterialien nur dann ganz verstehen und optimal für eine spezifische Anwendung adaptieren, wenn man ihre Eigenschaften auf der mikroskopischen oder sogar auf der nanoskopischen Skala auch wirklich gut versteht. Neue analytische Werkzeuge wie AFM, FIB usw. werden im Zusammenhang mit der Thermodynamik-Modellierung eigesetzt, um neue Einblicke in die Hydration von zementgebundenen Materialien zu gewinnen. Diese Ergebnisse ermöglichen einen neuen Ansatz bei Fragen nach der Dauerhaftigkeit des Betons oder der Wirkung von Zusätzen. Die Anwendung von Holz, der wichtigste erneuerbare Werkstoff überhaupt auf nationaler Ebene und weltweit, wird durch die Verbesserung der technischen, ökologischen und ökonomischen Qualität des Holzes, der Holzprodukte und der Holzsysteme gefördert. Dazu gehört z.B. die Gewinnung von Zellulosefibrillen. Diese Fibrillen eignen sich hervorragend als Verstärkung für Polymere, vorzugsweise in Kombination mit einem bioabbaubaren Polymer.
Kohlenstofffaser- verstärkte Polymere (CFRP) verstärken die Duttweiler-Brücke in Zürkch.
Dauerhaftigkeit und Sicherheit
Um den unerwarteten vorzeitigen Ausfall von Materialien und Systemen zu verhindern, wird deren Alterungsverhalten mit entsprechenden Methoden charakterisiert und überwacht. Ein Beispiel dafür ist die Entwicklung von Systemen zur Überwachung der strukturellen Integrität der zivilen Infrastruktur. Im Zentrum dieser Systeme stehen die Echtzeiterfassung und Verarbeitung von Daten, die von verschiedenen Sensormodulen geliefert werden. Verbundstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFRP) werden zur nachträglichen Verstärkung bestehender Strukturen eigesetzt, um zu ermöglichen, dass diese grösseren statischen und dynamischen Lasten standhalten können. Modelle zur Vorhersage der Betriebsdauer werden entwickelt, die auf der wirklichkeitsnahen Bestimmung der für die Alterungsprozesse relevanten Umgebungsparameter basieren sowie auf einem vertieften Verständnis der damit verbundenen physikalischen und chemikalischen Prozesse. Die erwartete Dauerhaftigkeit von neuen Materialien und Systemen wird durch probenspezifische beschleunigte Laborprüfungen bestimmt, die zu wirklichkeitsnahen Alterungsprozessen führen. Fehleranalysen sowie Expertisen für Behörden sind wichtige Dienstleistungen.
Die Modellbrücke dient z.B. zum Vergleichen von Dämpfungselementen, mit denen Kabelschwingungen unterdrückt werden.
Adaptive Systeme
Die Verbindung von Wissen über intelligente Materialien, Sensorik, Mikroelektronik und Akustik führt unsere ForscherInnen zu neuen Lösungen auf den verschiedenen Gebieten. Zum Beispiel erlaubt die Anwendung der Leichbautechnik bei Ingenieurstrukturen den Bau von Brücken, die zwar grössere Spannweite haben, jedoch auch anfälliger sind auf Schwingungen durch Umgebungsfaktoren wie Wind, Regen oder Verkehr. Wir haben deshalb das Modell einer Schrägseilbrücke erstellt, die als Forschungsplattform für verschiedene Projekte dient, z.B. das Vergleichen von Dämpfungselementen, mit denen Kabelschwingungen unterdrückt werden. Sehr interessant sind elektroaktive Polymere, die wegen ihrer grossen Verformbarkeit von 10% bis 100% zur Aktivierung eingesetzt werden können. Erste Prototypen wurden schon gebaut mit dem mittelfristigen Ziel, sie als künstliche Muskeln, aktive Prothesen oder als Aktoren für die Bewegung grossflächiger Objekte zu nutzen. Die experimentelle Arbeit wird immer durch intensive Computermodellierung unterstützt.
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