. - ^ \. " * ; - " ^T;.; O* a*.-:*«v. echnische. aterkeringen w\ ^ V*i

Transcriptie

1 . - ^ \. " * ; - " ^T;.;.., ***" O* a*.-:*«v echnische aterkeringen w\ ^ V*i

2 P WATERBOUWASF:U.TBETON Ontwerp en eigenschappen (laboratorium- en praktijkresultaten tot en met 1986) Werkgroep 4 "Dijkbekledingen" van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen Januari 1987 Adres: Dienst Weg- en Waterbouwkunde Hoofdafdeling Waterbouw van der Burghweg l/postbus GA Delft

3 INHOUD: Blz. 1. INLEIDING 1 2. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Conclusies Aanbevelingen 4 3. HISTORIE 6 4. WATERBOUWASFALTBETON 9 5. MENGSELONTWERP Algemeen De componenten De steenslag of grind Zand Vulstof Bitumen Ontwerpmethode Achtergronden Beschouwing van het waterbouwasfaltbetonmengsel Mengselontwerpprocedure FYSISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN Algemeen De stijfheidsmodulus De bezwijksterkte Toepassing van nomogrammen Niet-destructief onderzoek VERDICHTING Algemeen De ondergrond Verweking van de ondergrond Verdichting Verdichting van het asfaltbeton Onderzoek Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds Onderzoek Emmapolderzeedijk Onderzoek zeedijk "het Flaauwe Werk" Onderzoek drinkwaterreservoir "De Gij ster" Onderzoek "Rak van Scheelhoekdam" Onderzoek "Dollarddijk" DUURZAAMHEID ' Algemeen Scheurvorming 39 LITERATUUR 41

4 APPENDIX I : Berekening bitumengehalte waterbouwasfaltbeton (ontwerpprocedure) 1.1 APPENDIX II : Overzicht van proefnemingen naar de mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton verzameld door Montauban II.1.JPPENDIX III : Uitgangspunten en resultaten verdichtingsonderzoek Emmapolderzeedijk III.1 APPENDIX IV : Achtergrondinformatie verdichtingsonderzoek van het Flaauwe Werk IV.1 APPENDIX V : Onderzoek proefvakken drinkwaterreservoir "De Gij ster" V.1 APPENDIX VI : Onderzoek proefvakken waterbouwasfaltbeton Rak van Scheelhoekdam VI.1 APPENDIX VII : Toepassing van grindasfaltbeton bij de verzwaring van de Dollarddijk VII.1 APPENDIX VIII: Gehalte aan poriën (holle ruimte) van zandvulstofmengsels bij standaardverdichting volgens Engelsmann VIII.1

5 1. INLEIDING Het materiaal asfalt vindt al geruime tijd en op grote schaal toepassing in de Nederlandse waterbouw. Dateert het eerste werk, de afdichting van het Julianakanaal, al uit de dertiger jaren van deze eeuw, de grote stimulans voor het gebruik van asfalt in de waterbouw was de stormvloedramp in Toen moesten namelijk in zeer korte tijd een groot aantal zeeweringen worden hersteld waarbij als dijkbekledingsmateriaal vaak asfaltbeton is toegepast gezien de snelle en minder arbeidsintensieve verwerking ten opzichte van de toen gebruikelijke materialen. Tevens is asfaltbeton beter waterdicht dan het, toen al schaarse, klei en bevat het, behalve bitumen, geen uitheemse grondstoffen. Momenteel zijn een groot aantal werken met waterbouwasfaltbeton uitgevoerd en zijn de kennis en ervaring op dit gebied zodanig ontwikkeld dat goede bekledingen kunnen worden gerealiseerd. In 1984 is door de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen de "Leidraad voor de Toepassing van Asfalt in de Waterbouw" uitgegeven (1). In deze leidraad worden het ontwerp, de mengseltechnologie, de uitvoering en het beheer en onderhoud van waterbouwkundige asfaltproducten, waaronder asfaltbeton, behandeld. Na twee jaar gebruik van de leidraad geven signalen uit de "praktijk" aan dat voor sommige aspecten meer achtergrondinformatie is gewenst. Tevens hebben inmiddels nieuwe inzichten vorm gekregen en zijn resultaten uit onderzoek' beschikbaar gekomen. Daarom heeft werkgroep 4 "Dijkbekledingen" van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen, welke zich onder meer met deze materie bezig houdt, 'gemeend dat het zinvol is voor het materiaal waterbouwasfaltbeton een aanvulling te maken op genoemde leidraad. Dit heeft vorm gekregen in het voor u liggende rapport. Aspecten die hierin aan de orde komen zijn: - het mengselontwerp; - de fysisch-mechanische eigenschappen; - de verdichting; - de duurzaamheid. Het rapport moet niet worden gezien als een op zichzelf staand geheel maar ter aanvulling op en ondersteuning van de leidraad en dient zodoende altijd in combinatie hiermee te worden gebruikt. Voor eisen en voorschriften op dit gebied wordt verwezen naar de Standaard R.A.W. Bepalingen (21).

6 -2- Het rapport is samengesteld door ir. J.A. van Herpen (Ingenieursbureau "Oranjewoud") en bevat een verzameling van resultaten van, meestal recent, onderzoek, waarvan het meerendeel is uitgevoerd bij de Dienst Weg- en Waterbouwkunde (Montauban, Gruis). Medewerking werd verleend door een projectgroep, resorterend onder de genoemde werkgroep "Dijkbekledingen", de zogenaamde "Asfaltbegeleidingsgroep" welke bestaat uit de volgende leden: Prof. drs. W. van Dijk (Technische Universiteit, Delft) Ir. È.H. Ebbens (Dienst Weg- en Waterbouwkunde) H.J.A.J. Gruis (Dienst Weg- en Waterbouwkunde) Ir. J.A. van Herpen (Ingenieursbureau "Oranjewoud") Ing. C.C. Montauban (Dienst Weg- en Waterbouwkunde) Ir. G.L.M. Mulders (Bitumarin B.V.) Ir. H. Roos (Bitumarin B.V.)

7 -3-2. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN De belangrijkste conclusies en aanbevelingen van deze rapportage staan hieronder vermeld. Voor meer gedetailleerde informatie wordt verwezen naar de betreffende hoofdstukken Conclusies - Met de beschikbare kennis en ervaring is het mogelijk een goede en duurzame bekleding van waterbouwasfaltbeton te realiseren. - Met de aangegeven ontwerpmethode kan een waterbouwasfaltbetonmengsel met de gewenste holle ruimte worden verkregen dat tevens voldoende stabiliteit bezit. - Toepassing van te grove steen ten opzichte van de aan te leggen laagdikte kan tot problemen leiden tijdens de verwerking van het asfalt. - Het gebruik van grind in waterbouwasfaltbeton, i.p.v. de gebruikelijke steenslag, is in principe goed mogelijk. - In beginsel kan als bouwstof iedere zandsoort worden gebruikt. Een meer regelmatig gegradeerd zand, zand A (4), is echter gewenst. - Vervanging van een gedeelte van het natuurlijke zand door brekerzand geeft mengsels met een lagere holle ruimte die tevens een betere stabiliteit bezitten tijdens de verwerking. - Gebleken is dat toepassing van "zwakke" in plaats van de gebruikelijke "zeer zwakke" vulstof de verwerkbaarheid van het mengsel vergroot zonder een significant nadelig effect op de holle ruimte. - Tegenwoordig wordt een bitumengehalte van 6,5% (m/m) in plaats van de vroeger gebruikelijke 7% (m/m) op 100% mineraal toegepast, aangezien dit een betere verwerkbaarheid geeft waardoor het bereikbare holle ruimtepercentage niet verandert en de kans op initiële scheurvorming wordt verminderd. - Toepassing van de gebruikelijke nomogrammen ter bepaling van de mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton, met name de stijfheidsmodulus, vermoeidheidsbreukrekken en de dwarscontractiecoëfficient, geeft bruikbare resultaten. Een en ander dient overigens wel te worden gerelateerd aan de gebruikelijke nauwkeurigheid van de nomogrammen. - Een goed verdichte ondergrond (minimale proctordichtheid 95 a 97%) is van groot belang voor het verkrijgen van een goede waterbouwas^ faltbetonbekleding. Om verweking van een met water verzadigd zandbed ten gevolge van stootbelastingen te voorkomen dient de relatieve dichtheid van het zand tenminste 60% te zijn (relatieve proctordichtheid 97%) tot een diepte van één a twee meter onder de bekleding. Tevens geeft een goed verdichte or "lergrond betere resultaten bij verdichting van het asfaltbeton.

8 -4- - De volgende aspecten zijn van invloed op de verdichting:. Naarmate de taludhelling flauwer is zijn de bereikte holle ruimten lager. Dit aspect speelt nauwelijks een rol bij taluds van 1:4 en flauwer maar is duidelijk aanwezig bij steilere taluds;. De temperatuur waarbij met verdichten moet worden aangevangen dient zo hoog mogelijk te zijn. Zwaarder en langer verdichten bij lagere temperaturen biedt hiervoor geen alternatief;. Naarmate het bitumengehalte hoger is wordt de holle ruimte geringer, echter de verwerkbaarheid van het asfalt neemt af. Mengsels met een bitumengehalte groter dan 7,5% (m/m) op 100% mineraal zijn over het algemeen onverwerkbaar. Aanbevolen wordt een bitumengehalte van ca. 6,5% (m/m);. Onnodig lang en zwaar verdichten moet worden vermeden. Dit kan (initiële) scheurvorming geven terwijl het effect op de holle ruimte zelfs negatief kan zijn. Aanbevolen wordt met walsen te stoppen zodra de walssporen zijn verdwenen; Verdichten met een rol heeft een minder goede "dieptewerking" dan met een trilwals. Na vijf overgangen (heen en weer) met de rol neemt de dichtheid van het asfalt niet meer toe. Een overgang met een tandemtrilwals geeft hetzelfde resultaat als vier a vijf rolovergangen;. Een indicatie voor de toe te passen walsmethodiek is: of voorverdichting met 2 rolovergangen en naverdichting met 4 a 5 tandemtrilwalsovergangen; of verdichting met 5 a 6 tandemtrilwalsovergangen. - Bij werken waar zeer hoge eisen aan de verdichting worden gesteld of waar dikke lagen (dikker dan 35 cm) moeten worden gerealiseerd hebben meer-laagsystemen de voorkeur. Hierbij dient wel de onderlinge hechting van de lagen verzekerd te zijn. - Het verdient de voorkeur tijdens het vooronderzoek de meest optimale verdichtingsmethodiek te bepalen. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren in het kader van een "eerste dag" productie. - De duurzaamheid van waterbouwasfaltbeton wordt sterk beïnvloed door het holle ruimtepercentage. De normaal toegepaste eis van maximaal 6% is in dit verband over het algemeen voldoende. - Het verschijnsel scheurvorming in asfaltbetonbekledingen, dat nadelig is voor de sterkte en duurzaamheid, kan aanzienlijk worden beperkt door:. een goed mengselontwerp. een goede uitvoering en toezicht hierop, met name van overgangen en lassen. een goede opbouw van de ondergrond. een correcte wijze van walsen. toepassing van meer-laagsystemen. 2.2 Aanbevelingen - Uniforme richtlijnen met betrekking tot de optimale verdichtingstechniek zijn nog niet volledig beschikbaar. Aanvullend onderzoek, onder andere ter verifiëring van bestaande informatie, is hiervoor noodzakelijk.

9 -5- De duurzaamheid van asfaltbeton is een aspect dat zeker in de toekomst steeds belangrijker wordt, doch waarover echter nog onvoldoende kennis bestaat. Nader onderzoek is ten sterkste aan te bevelen. Hierbij speelt ook het onderzoek naar niet-destructieve methoden ter bepaling van de eigenschappen van asfaltbeton. Het verdien*- aanbeveling aandacht te besteden aan de toepassing van grind in plaats van steenslag en "zwakke" in plaats van "zeer zwakke" vulstof in waterbouwasfaltbeton. Aanvullend onderzoek ter vergroting van de kennis met betrekking tot de mechanische eigenschappen in de zin van statische en dynamische laboratoriumproeven is aan te bevelen. Ter toetsing van de diverse aspecten is het wenselijk een volledig "pakket van eisen" te formuleren.

10 -6-3. HISTORIE Waterbouwasfaltbeton heeft, voordat het in haar huidige vorm (1986) resulteerde, sinds de eerste toepassingen een aanzienlijke ontwikkeling doorgemaakt. Om een beter inzicht met betrekking tot de huidige mengselsamenstelling te verkrijgen is enige achtergrondkennis onontbeerlijk. Reden waarom hieronder een beknopt historisch overzicht wordt gegeven (22). Over het algemeen zijn alle ontwikkelingen in mengselsamenstelling in de loop der tijd gebaseerd geweest op eisen ter verbetering van de verwerkbaarheid en verdichtbaarheid. In de periode van 1934 tot omstreeks 1950 werden mengsels gebruikt, die als "bitumenrijk" zandasfalt kunnen worden omschreven. Bij het eerste werk met waterbouwasfalt in Nederland, de bodemafdichting van een gedeelte van het Julianakanaal in 1934, werd op een onderlaag van 2,5 cm cementmortel een 5 cm dikke laag zandasfalt aangebracht met de volgende samenstelling: 75 % goed gegradeerd zand 12,5% vulstof 12,5% bitumen 60/70 De laatste grote toepassing van zandasfalt in deze vorm was de bekleding van de havendammen van Harlingen (1949). De laagdikte bedroeg 0,25 a 0,40 m en de samenstelling was: 82% zand 10% zwakke vulstof 8% bitumen 50/60 Gezien de minder goede ervaringen met deze relatief poreuze mengsels, onder andere stukgroeien van de bekleding,vindt er een ontwikkeling plaats naar de toepassing van een toplaag van het meer dichte asfaltbeton. Voorbeelden hierbij zijn de dijk van de marinehaven in Den Helder ( ) waarbij asfaltbeton op zandasfalt, en de dijken van Oostelijk Flevoland waar grindasfaltbeton op zandasfalt werd aangelegd. De jaren 1950 tot en met 1961 beslaan de periode waarin de zogenaamde "Werkgroep Gesloten Dijkbekledingen" werkzaam was, die in 1961 het bekende "Voorlopig Rapport 1961" uitgaf (25). In deze periode worden de volgende combinaties van bekledingstypen aangetroffen: toplaag onderlaag Mengseltype gab gab wab wab wab za gza za gza gab Laagdiktevariatie (m) 0,05-0,10 0,10-0,20 gab = grindasfaltbeton wab = waterbouwasfaltbeton za = zandasfalt gza = grindzandasfalt

11 -7- De toegepaste gewenste mengselsamenstellingen waren: zandasfalt grindzandasfalt grindasfaltbeton waterbouwasfaltbeton steenslag grind zand zwakke vulstof bitumen "in" , De bitumensoort werd in de loop der tijd zachter: van pen. 50/60 via pen. 60/70 naar het nog steeds gebruikelijke pen. 80/100. De periode van 1961 tot en met 1971 kenmerkt zich door de toepassing van één-laag systemen en meer stabielere mengsels. Zo vindt tussen 1961 en 1965, onder invloed van de "Eisen 1962", waarin voor het eerst de kwalificatie "zeer zwakke vulstof" is opgenomen, een overgang plaats van "zwakke" naar "zeer zwakke" vulstof- Als mengsel wordt voornamelijk waterbouwasfaltbeton (steenslag) gebruikt. Enige mengselsamenstellingen uit deze periode zijn: Lauwerszee (1965) Dirksland (1965) Brouwersdam (1965) (1970) (1971) steenslag 5/15 (%) zand A (%) zeer zwakke vulstof (%) ,5 43 7, , ,5 bitumen 80/100 "op" (%) laagdikte (m) 8 0,20-0,30 7,5 0,20-0,50 7,5 7,2 7,0 0,15-0,20 In de periode van 1972 tot en met 1980 wordt de toepassing van asfaltbeton sterk beïnvloed door de bevindingen van de zogenaamde Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds (3). Door deze commissie werd een mengselsamenstelling aanbevolen die later ook in de "Eisen 1978" is opgenomen: steenslag 5/15 (> 2 mm) zand (2 mm-63 um) zeer zwakke vulstof (< 63 um) bitumen 80/100 "op" 50% (m/m) 42% (m/m) 8% (m/m) 7% (m/m)

12 -8- Tevens stelde de commissie dat toepassing in meer-laag systemen, door mogelijke slechte onderlinge hechting, af te raden is en dat de mate van verdichting van de ondergrona 2 een significante invloed heeft op de verdichtingsresultaten van het asfalt. In de periode 1980 tot en met 1985 vonden de werkzaamheden plaats van de subwerkgroep 4a "Asfaltbekledingen" van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (later "Asfaltbegeleidingsgroep") die tussen 1981 en 1984 de "Leidraad voor de Toepassing van Asfalt in de Waterbouw" (1) samenstelde. Een verlaging van het bitumengehalte van 7%, zoals aangegeven in de Eisen 1978 (4), naar 6,5% bleek betere verwerkingsresultaten op te leveren. Deze wijziging in mengselsamenstelling is opgenomen in de in 1985 uitgegeven "Standaard RAW" (21). Tevens bleek dat de kwaliteit van de ondergrond zeker van invloed is op de verdichtingsresultaten van het asfalt en dat hieraan de nodige zorg dient te worden besteed. De toepassing van grind in plaats van steenslag en "zwakke" in plaats van "zeer zwakke" vulstof wordt opnieuw overwogen.

13 -9-4. WATERBOUWASFALTBETON Waterbouwasfaltbeton is een mengsel van steenslag of grind, zand, vulstof en bitumen. Gezien de gewenste flexibiliteit bij toepassing als dijkbekleding is het in vergelijking met wegenbouwasfaltbeton een "vet" materiaal; dat wil zeggen het bitumenpercentage is hoger. De momenteel gebruikelijke samenstelling is (21): Steenslag (> 2 mm) : 50% (m/m) Zand (2 mm - 63 yin) : 42% (m/m) Vulstof (< 63 pm) : 8% (m/m) Bitumen 80/100 op 100% mineraal: 6,5% (m/m) Sinds 1980 heeft er een ontwikkeling plaatsgevonden waarbij het bitumengehalte is gereduceerd van 7 naar 6,5% (zie hfd. 5). Tevens staat het gebruik van grind in waterbouwasfaltbeton, waarin sedert de zestiger jaren uitsluitend steenslag is toegepast, weer in de belangstelling (zie hfd. 5 en 7). Na verdichting kan waterbouwasfaltbeton, met een holle ruimtepercentage kleiner dan 8%, als voldoende waterdicht voor gebruik als dijkbekledingsmateriaal worden beschouwd. Voor toepassing als taludbekleding voor waterkeringen wordt mede met het oog op de duurzaamheid een holle ruimtepercentage geëist van maximaal 6% op hellingen steiler dan 1:4 en maximaal 5% op hellingen van 1:4 en flauwer. Bij gebruik van het materiaal als afdichting van bijvoorbeeld reservoirs en stuwdammen wordt, in verband met de waterdichtheid, een strengere eis aan de holle ruimte gesteld: nl. 2 a 3%. Doordat het materiaal moet worden verdicht kan het niet worden aangebracht onder water of, tenzij speciale voorzieningen worden getroffen (bijv. hulpkaden), bij zeedijken niet beneden de gemiddelde hoogwaterlijn. Het mengsel wordt in warme toestand in het werk gebracht en gespreid. Dit gebeurt meestal met een hydraulische kraan maar ook spreidmachines worden gebruikt. Verdichten geschiedt over het algemeen met een rol en/of trilwals. Voor meer informatie met betrekking tot de uitvoering van waterbouwasfaltbeton wordt verwezen haar de "Leidraad voor de Toepassing van Asfalt in de Waterbouw" (1). Waterbouwasfaltbeton wordt gebruikt voor bekleding van dijken, dammen, oevers en voor afdichting van reservoirs, kanalen, etc. Het kan dan de volgende functies vervullen: 1. Als bescherming van de ondergrond tegen de eroderende invloed van golven en stroom; 2. Als afdichting tegen waterbeweging; 3. Ter reductie van waterbeweging en -standen in het dijklichaam; Tevens kan het, mits hiervoor ontworpen, enige secundaire functies, zoals verkeersdrager, vervullen. In Nederland wordt sinds het verschijnen van het rapport van de "Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds (3) de bekleding in één-laag aangebracht. Als reden hiervoor werd aangevoerd dat de hechting tus-

14 -10- sen de lagen bij meer-laagsystemen problemen ondervindt, bijvoorbeeld door de invloed van stuifzand. Echter, de verdichting geeft over het algemeen bij dunnere lagen betere resultaten. Daarom wordt aanbevolen, daar waar een gering holle ruimtepercentage van groot belang is, zoals bij stuwdambekledingen en daar waar het hechtingsprobleem minder essentieel is of waar de laagdikte zeer groot is (meer dan 35 a 40 cm) de bekleding in meerdere lagen uit te voeren. Er kan daarbij worden gedacht aan lagen bestaande uit asfaltbeton met dezelfde samenstelling maar ook aan verschillende, op elkaar afgestemde, mengsels. Voor dit laatste wordt verwezen naar toepassingen op buitenlandse stuwdammen of de wegenbouw. Aanbrengen van een asfaltbetonbekleding met behulp van een hydraulische kraan.

15 MENGSELONTWERP 5.1 Algemeen In het algemeen moet het ontwerp van een asfaltmengsel, dit is de verhouding waarin en de wijze waarop de afzonderlijke componenten Worden samengevoegd, worden gebaseerd op de functionele eisen die aan het mengsel worden gesteld. Deze eisen hebben bij waterbouwkundige toepassingen voornamelijk betrekking op: - de doorlatendheid; - de fysisch-mechanische eigenschappen; - de stabiliteit; - de duurzaamheid; - de verwerkbaarheid. Asfaltbeton wordt in de waterbouw hoofdzakelijk gebruikt als taludbekleding. Zodoende zal het mengselontwerp zich in hoofdzaak dienen te richten op het realiseren van een stabiel mengsel dat tevens goed verwerkbaar c.q. verdichtbaar is. Uit oogpunt van doorlatendheid en duurzaamheid wordt hierbij een v grens gesteld aan de holle ruimte in het mengsel. Voor de gebruikelijke toepassing als dijkbekleding wordt in dit verband een holle ruimtepercentage van maximaal 6% geaccepteerd. Bij toepassing op dammen en reservoirs, waar vaak strengere eisen ten aanzien van de doorlatendheid bestaan, worden wel holleruimtepercentages van 2 of 3% worden nagestreefd. Uit oogpunt van verwerkbaarheid en stabiliteit is een holle ruimte van 2% echter wel het minimum (2). 5.2 De componenten Asfaltbeton bestaat uit de volgende componenten: - steenslag of grind - zand - vulstof - bitumen. De gradering van het mineraalaggregaat wordt zodanig gekozen dat er een geringe "gap" ontstaat op de grens tussen steenslag en zand (ontbreken van de steenfractie 2/5 mm), hetgeen een gunstig effect op de verwerkbaarheid heeft (3) Steenslag of grind Steenslag of grind kan zijn van Nederlandse of buitenlandse herkomst. De toepassing van grind is indertijd vanwege de slechte verdichtingsresultaten, de lage inwendige stabiliteit en de mogelijk minder goede hechting verlaten (3). De lage stabiliteit en de slechte hechting zijn echter nooit voldoende aangetoond. Tevens blijken de verdichtingsresultaten niet significant minder te zijn. Er bestaat dan ook vooralsnog geen reden grind niet toe te passen (1). De afmetingen van de steenslag worden voornamelijk bepaald door de aan te leggen laagdikte: bij laagdikten kleiner of gelijk aan 0,15 ra, steenslag 6/16 en bij laagdikten groter dan 0,15 m, steenslag 6/22 (4)

16 -12- Als vuistregel kan dienen: een verhouding tussen laagdikte en maximale korreldiameter van 3 met een maximum voor de korreldiameter van 22 mm. Toepassing van te grove steenslag vooral als deze eenzijdig is gegradeerd in verhouding tot de laagdikte kan sneller aanleiding geven tot een grovere oppervlaktetextuur. Dit kan nadelig zijn voor de duurzaamheid (minder dicht mengsel). Tevens kunnen er problemen tijdens de verdichting ontstaan doordat het contact tussen wals en asfaltoppervlak minder is. Bijvoorbeeld: tijdens een onderzoek van Rijkswaterstaat (1975) bleek dat bij toepassing van kalksteen 20/40 mm in een laag van 0,2 m dik op een talud 1:4 glijverschijnselen optraden tijdens het afwalsen. Toepassing van dit mengsel op een berm met laagdikten van 35 a 50 cm voldeed wel (5) Zand In principe kan iedere zandsoort worden gebruikt. Wel is een meer regelmatig gegradeerd zand gewenst aangezien anders hoge vulstofpercentages moeten worden toegepast ter vermindering van de holle ruimte. Dit kan dure en moeilijk verwerkbare mengsels geven. Zand A, dit is zand waarvan het zandpunt in het gearceerde gebied van de zanddriehoek ligt, voldoet aan de gestelde eisen (fig. 1). De kromme lijn in de zanddriehoek is de globale grens van de natuurlijke Nederlandse zanden 1 brekerzand II zeer fijn zand III matig fijn zand IV matig grof zand V zeer grol zand percentogp door ieel '80 urn op fee! 63 urn Figuur 1: De zanddriehoek. Ligt het zandpunt in gebied II van de driehoek dan bestaat het zand uit fijnere, eenzijdig gegradeerde fracties met een grote holle ruimte. Relatief hoge vulstof- en bitumenpercentages zijn dan nodig. Met zanden uit gebied III van de driehoek zijn wel goede resultaten te bereiken mits het vulstofpercentage wordt aangepast. Goed verwerkbare mengsels met lage holle ruimten zijn mogelijk. Zanden in gebied V van de driehoek geven eveneens goed verwerkbare mengsels. Dit zand is echter relatief kostbaar (3).

17 Vulstof Bitumen Vervanging van een gedeelte van het natuurlijke zand door brekerzand geeft mengsels met een lage holle ruimte die tevens tijdens de verwerkingsfase een betere stabiliteit bezitten. Anderzijds kan de verwerkbaarheid verminderen (5). De normaal toegepaste vulstof is van het type "zeer zwak" (4). Dit is vulstof met een zeer geringe holle ruimte (laag "bitumengetal") waardoor weinig bitumen wordt gebonden en vervormbare mengsels ontstaan. Bij voorkeur wordt kalksteenmeel gebruikt aangezien dit in een waterig milieu een goede hechting geeft (3). Uit recente ervaringen is echter gebleken dat door toepassing van "zwakke" in plaats van "zeer zwakke vulstof" de verwerkbaarheid van het mengsel aanzienlijk toeneemt terwijl het nadelig effect op de holle ruimte nauwelijks aanwezig is. Het normaal toegepaste bitumen is van het type 80/100 (4). Dit is voor Nederlands gebruik het meeste geschikt gebleken mede in verband met de gewenste flexibiliteit van de bekleding (3). Ook uit oogpunt van resistentie tegen botsingskrachten van door water meegevoerde objecten moet bij voorkeur geen hardere soort worden benut. 1 Aanbrengen van een asfaltbetonbekleding met behulp van een wegenbouwspreidmachine.

18 Ontwerpmethode Achtergronden Het mengselontwerp moet er in principe op zijn gericht om een asfaltbeton te verkrijgen dat een voldoende lage holle ruimte bezit (tussen 2 en 6%) en dat tevens goed kan worden verwerkt c.q. verdicht. Het onderzoek naar de gewenste holle ruimte kan gebeuren in een vooronderzoek in het laboratorium met behulp van een serie gestandariseerde proeven. In het werk kunnen aansluitend, bijvoorbeeld tijdens een eerste dagproductie, de verwerkbaarheid en verdichtingsmethodiek worden vastgesteld waarbij zonodig de mengselsamenstelling kan worden aangepast. In het ontwerp moet worden voorkomen dat het mengsel overvuld raakt: dat wil zeggen dat er meer bitumen wordt toegevoegd dan nodig is voor hét vullen van de holle ruimte in het mineraalaggregaat. Hierdoor ontstaat namelijk een instabiel mengsel. Enige rest holle ruimte is gewenst (2). Als uitgangspunt voor het ontwerp kan worden aangenomen dat het mengsel is opgebouwd uit een grover mineraal (steenslag, grind) en een hoeveelheid mastiek (mengsel van zand, vulstof en bitumen). De eigenschappen van het mineraal en het mastiek bepalen zodoende die van het mengsel. Indien wordt gesteld dat de holle ruimte in het steenskelet volledig is gevuld met mastiek zal de gewenste holle ruimte in het mengsel moeten worden geleverd door de mastiek. De mastiek zal dus zodanig moeten worden ontworpen dat een zekere mate van ondervulling aanwezig is. De holle ruimte van verdichte steenslag of grind bedraagt ca. 40%. Het percentage steen in het steen-mastiekmengsel waarbij deze holle ruimte juist gevuld is met mastiek ligt dus in de orde van 65% (m/m) (3). Om eventuele spreiding in de mengselsamenstelling i.c. het steenpercentage op te vangen en dus te voorkomen dat het mengsel ondervuld (te weinig mastiek) raakt wordt meestal een percentage van ca. 50% (m/m) aangehouden (3). Het mastiek bestaat uit een mengsel van zand, vulstof en bitumen. In het zand-vulstofmengsel bevindt zich na verdichten holle ruimte. Deze holle ruimte wordt slechts gedeeltelijk gevuld met bitumen om de eerder genoemde "ondervulling" te bereiken. In principe wordt gestreefd naar een minimale holle ruimte in het zandvulstofmengsel. Om dit te bepalen kan gebruik worden gemaakt van de verdichtingsmethode van Engelsmann (zie Appendix VIII). In figuur 2 wordt het verband tussen de holle ruimte in een zandvulstofmengsel, bepaald met Engelsmann, en het gewichtspercentage van het vulstof hierin gegeven. Het optimum ligt tussen 25 en 30%. In de praktijk werd vaak uit economische overwegingen een 5 tot 10% lager vulstofgehalte gekozen aangezien in de omgeving van het minimum wijzigingen hierin slecht geringe veranderingen in de holle ruimte veroorzaken. Tevens kan zodoende een spreiding in het vulstofgehalte, hetgeen bij overschrijding van het minimum een ongewenst "opruimend" effect veroorzaakt, worden opgevangen.

19 -15- INCEWOGEN VULSTOF ( *> Figuur 2: Zand-vulstof verdichting volgens Engelsmann. Bij een betere gradering van het zand (zand A) neemt de holle ruimte in het zandvulstof-mengsel sterk af en wordt de minimum holle ruimte bij een lager vulstofgehalte bereikt (6) Beschouwing van het waterbouwasfaltbetonmengsel De samenstelling van waterbouwasfaltbeton zoals deze momenteel wordt gehanteerd is tevens opgenomen in de Standaard-RAW 1985 (21). Tabel 1: Mengselsamenstelling waterbouwasfaltbeton uit Standaard-RAW 1985 Door zeef Op zeef Gewenst Massapercentage Min. Max. Steenslag Zand Vulstof 2 mm 0,063 mm 2 mm 0,063 mm Bltumen 80/100 ap 100% mineraal 6,5 6,0 7,0 Opmerkingen: - In de praktijk is gebleken dat door een verlaging van het bitumenpercentage van 7, zoals voorgeschreven in de Eisen 1978 (4), naar 6,5% (m/m) een betere verwerkbaarheid (stabiliteit in warme toestand) wordt verkregen zonder dat de "kwaliteit" van het mengsel wordt aangetast.

20 Tevens wordt een vooronderzoek vereist waarbij na verdichten volgens de z.g. Marshallproef het holle ruimtepercentage maximaal 4% mag bedragen. Het bitumengehalte voor waterbouwasfaltbeton met de samenstelling gegeven in tabel 1 kan worden berekend zoals aangegeven in Appendix I. Hieruit volgt dat: - Bij een "optimale verdichting, waarbij een rest holle ruimte van 4% (v/v) in het mengsel blijft bestaan, bedraagt het gewenste bitumengehalte 6,3% (m/m) "op". - De aanpassing van de Eisen 1978 terecht is. - Bij toepassing van meer bitumen het punt van "overvullen" steeds meer zal worden benaderd. Hierdoor vermindert de "stabiliteit" van het mengsel in warme toestand (verwerking!) sterk en kan zelfs in koude toestand "instabiliteit" (vloei) optreden Mengselontwerpprocedure Voor het mengselontwerp kan de volgende procedure dienen (zie Appendix I): 1. Keur de bouwstoffen en bepaal de dichtheden overeenkomstig de van kracht zijnde eisen en voorschriften. 2. Bepaal de holle ruimte volgens Engelsmann (HR ) voor mengsels van de te gebruiken vulstof en zand(en). 3. Kies de minerale samenstelling hetzij op basis van de van kracht zijnde eisen hetzij op basis van een gewenst steengehalte (max. 65% m/m) en een zand-vulstofinengsel met een "gunstige" holle ruimte Engelsmann. 4. Bereken de dichtheid van het mineraalaggregaat van het gekozen minerale mengsel. 5. Bereken het volumedeel van het zand + de vulstof in het mengsel (Z + V). 6. Bepaal de holle ruimte in het mineraalaggregaat (HR 1 ) als: HR ' ïöövx * 1OOZ 7. Kies de gewenste rest holle ruimte (HR) in het mengsel. 8. Bereken het volumedeel bitumen benodigd voor het bereiken van deze gewenste HR als B = HR' - HR.

21 9. Bereken het bitumengehalte in massa procenten "in" het mengsel als b m + b x 100% waarin: b = 100 x dichtheid bitumen m volumedeel mineraal (= HR') ~ ïoo x dichtheid mineraal (uit 4) 1.0. Bereken eventueel het bitumengehalte in massa procenten berekend als "op" 100% mineraalaggregaat volgens bit % "in" 100 x (bit % "in") -17- '^Sin van een asfaltbetonbekleding met behulp van een aange paste spreidmachine.

22 FYSISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN 6.1 Algemeen In de "Leidraad voor de Toepassing van Asfalt in de Waterbouw" (1) worden een aantal rekenmodellen gegeven ten behoeve van de dimensionering van een asfaltbekleding. Hiervoor is het onder meer nodig een aantal relevante mechanische eigenschappen van het materiaal te kennen. De kennis op het gebied van deze eigenschappen, in het geval van de waterbouwkundige toepassing, is nog gering. In dit hoofdstuk wordt een verzameling gegeven van diverse onderzoekingen die de laatste tijd op dit gebied zijn verricht met de bedoeling het inzicht zodanig te vergroten dat een verantwoorde dimensionering kan plaatsvinden. Toch zal in de toekomst aanvullend onderzoek noodzakelijk zijn. In de volgende paragrafen komen de van belang zijnde eigenschappen, namelijk de stijfheidsmodulus, de bezwijksterkte en de dwarscontractiecoëfficiënt, aan de orde. Overigens verdient het aanbeveling de proefmethode bij onderzoek naar de mechanische eigenschappen te relateren aan de in de praktijk optredende belastingcondities. Aangezien de golfklapbelastingen op een asfaltbekleding vaak buiging en dus trek- en drukspanningen veroorzaken is een dynamische buigproef een geschikte beproeving. 6.2 De stijfheidsmodulus Een belangrijke parameter ter beschrijving van het mechanisch gedrag van bitumen en asfalt is de stijfheidsmodulus S(t,T) die de verhouding aangeeft tussen de opgebrachte spanning en de rek. Deze parameter is te vergelijken met de elasticiteitsmodulus uit de elasticiteitsleer maar is, door het visko-elastische gedrag van asfalt, belastingduur en temperatuur afhankelijk. In formulevorm: S(t,T) = waarin: S = stijfheidsmodulus (N/m 2 ) a = spanning (N/m 2 ) e = rek (-) t = tijd (sec) T = temperatuur ( C) Door Montauban (7) is een verzameling gemaakt van de resultaten van diverse proefnemingen naar de mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton. In appendix II wordt een overzicht gegeven van de onderzochte mengsels en de typen proeven, alsmede van de resultaten van de diverse proefnemingen. Een overzicht van de gevonden waarden wordt gegeven in fig. 3, waarin de mengselstijfheidsmodulus is uitgezet tegen de stijfheidsmodulus van het bitumen (de z.g. Mastercurve).

23 A,10 1O S ^ mix " (N/m 2 ) DRUK W'' : '.' ".. 10 c 10' _ kruip ; i ^L -/" /' rek s bif ( N /m 2 ) - 10'. 10 e i ' 10 e E 10' Figuur 3: Stijfheidsmodulus van waterbouwasfaltbeton als functie van de stijfheidsmodulus van het bitumen bepaald uit verschillende metingen (7). De waarden voor zowel het hoge als het lage stijfheidsgebied liggen redelijk, binnen een band. De stijfheden bepaald op basis van trekspanningen liggen zoals verwacht op een lager niveau dan op basis van drukspanningen, een verschil dat bij druk- en trekproeven duidelijker is dan bij kruip- en trekproeven. Bij wisselende buigbelastingen (druk-trek) is dit effect niet te onderscheiden. 6.3 De bezwijksterkte Een belangrijke eigenschap van asfalt is de vermoeiingsgevoeligheid; de bezwijksterkte neemt af naarmate het materiaal langduriger wordt belast. In het onderzoek van Montauban (7) zijn de bezwijksterkten bepaald uit splijtproeven, uniaxiale druk- en trekproeven en vierpuntsbuigproeven. De resultaten zijn vermeld in tabel 2; voor de mengselsamenstelling wordt verwezen naar Appendix II.

24 -20- Tabel 2: Sterkteresultaten van waterbouwasfaltbeton uit diverse proefnemingen (7). Bezwijkspanning f 10 N/m 2 ) Temp. r Mengsel Splijt- Proef e=50* e=5* Trekproef e=50* e=5* Drukproef e=50* A B C D ,54 0,26 1,83 0,33 2,15 0,72 0,35 1,47 0,27 2,20 0,22 3,80 0,54 1 4,50 0,93 9,00 1,70 *e = Vervormingssnelheid (mm/min.) Duidelijk is de invloed van vervormingssnelheid en temperatuur op de sterkte te zien. Tijdens de vierpuntsbuigvermoeiingsproeven is de spanningsamplitude constant gehouden en de deformatie (rek) in verloop van de tijd gemeten. In figuur 4 is voor een tweetal mengsels (normaal en geregeneerd) het aantal belastingherhalingen tot het vermoeiingscriterium (e = 2*e ), uitgezet tegen de spanningsamplitude o (7). Hierin stelt z de initiële rek, dit is de rek optredende bij aanvang van de proet, voor. De afwijkingen tussen de verschillende mengsels en temperaturen die in de figuur kunnen worden geconstateerd en die vooral bij lagere temperatuur het grootste zijn vallen echter weg indien het aantal belastingherhalingen tot vermoeiing wordt uitgezet tegen de opgenomen energie (fig. 5). Meer informatie over het energieconcept wordt gegeven in de literatuur (23) Toepassing van nomogrammen Voor het bepalen van de mechanische eigenschappen bestaan nomogrammen die door diverse onderzoekers zijn samengesteld aan de hand van een groot aantal proefresultaten. Door Van de Poel (8) is een nomogram ontwikkeld voor het vaststellen van de bitumenstijfheidsmodulus gebaseerd op de penetratie-index van het bitumen, de temperatuur ten opzichte van het verwekingspunt ring en kogel en de belastingtijd. Dit nomogram is onder meer opgenomen in de "Leidraad voor de Toepassing van Asfalt in de Waterbouw" (1). Ter bepaling van de mengselstijfheidsmodulus is een nomogram beschikbaar waarbij de invoerparameters het volumepercentage van bitumen en mineraalaggregaat en de bitumenstijfheid zijn (zie Bonnaure 9). Dit nomogram is van toepassing voor de hogere stijfheidsgebieden, te weten bitumenstijfheidsmodulus S,. > 5 * 10 N/m 2 en mengselstijfheidsmodulus S. > 10 N/m 2 (fig. 6). Tevens is er een nomogram ontwikkeld voor de 1 initiële bezwijkrek van asfaltmengsels onder vermoeiing (fig. 7). Invoer parameters zijn het volume-percentage van het bitumen, de penetratie-index en de stijfheidsmodulus van het mengsel (10). Wel dient hierbij nog een keuze te worden bepaald of het materiaal wordt belast bij z.g. constante spanning of constante deformatie,

25 " 10" 20 C Figuur 4: De spanningsamplitude o uitgezet tegen het aantal lastherhalingen tot vermoeiing 0 (N ). L 3.t 10 z - (MJ/m 3 ) 10 1 TEMP. 10«C mengsel A, C 0 l C A i f al- 10 G ) in rela- Figuur 5: Het aantal lastherhalingen tot vermoeiing (N tie tot de opgenomen energie (W ).

26 1.? 10' '_, -O 20 jo 'CC Figuur 6: Nomogram ter bepaling van de stijfheidsmodulus van asfaltmengsels (Bonnaure, e.a.) (9). :! i i! ' va ««GSU- STUFKIIOSMOOUIUS IN/A 1 ) A " ^ 1 ^ < CONS;»NT( toksi«nlt ' BIX SPANNWO ' IS 17 Vb. VOlUntvlCHOUOiNG BITUrUN vooabttia SÏUFKEIOSnOOUlUS V*M Ktl nthgset; 3 3i«' voiuntvtimouawg BiiuniN u /. MNtlRAtlt HOCX: -9 7 WltKlC HCK BIJ UK UVCHSDUUn VAK IJ" Btl«SIW«TCll SU tonsiaktt ipuaata 10' BtlASIWOCYCU BIJ CONSIANIC BIK: 1 1 I -.O"'! l l I!» ' Figuur 7: Nomogram ter bepaling van de vermoeidheidsbreukrek van asfalt (Bonnaure, e.a.) (10).

27 -23- Enige voorzichtigheid bij de interpretatie van de waarden van de levensduurverwachting is geboden gezien de grote invloed van een afwijking van de diverse parameters hierop. In de algemeen toegepaste vermoeidheidsrelatie N = k.e, waarin N het aantal lastherhalingen tot breuk voorstelt, e de optredende rek en de k en a constanten zijn voor een bepaald mengseltype met een zekere stijfheidsmodulus, kan a variëren tussen 3 en 7. Door Montauban zijn de resultaten van onderzoek naar de mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton getoetst aan deze nomogrammen. In figuur 8 zijn gemeten en berekende waarden van de stijfheidsmoduli tegen elkaar uitgezet. Hieruit blijkt dat de stijfheidsmodulus bepaald op basis van het nomogram gemiddeld ca. 30% hoger ligt dan de gemeten waarde; een spreiding die ruim valt binnen de mogelijke afwijking van 1,5 a 2 die voor het nomogram geldt S o ( nom)) (N/m 2 ) 2 * v s o (meting)( N m 2 ) 10 s Figuur 8: Gemeten en berekende waarden voor de stijfheidsmodulus (bij 30HZ) van waterbouwasfaltbeton (7). Tevens zijn van een tweetal mengsels uit vermoeiingsonderzoeken de gemeten waarden voor de initiële bezwijkrek vergeleken met die welke uit het nomogram van fig. 7 kunnen worden afgeleid. Dit is weergegeven in fig. 9.

28 -24- * o ( nom ) ( m /m) I o / ' i 10" 4!_ A / 0 X5 /o TEMP. 10"C 20 C mengsel A, c O ' o (meting) ( m /m) /. 1. i u " ; Figuur 9: Gemeten en berekende waarden voor de initiële van waterbouwasfaltbeton (7). bezwijkrek Het blijkt dat vrijwel alle voorspelde waarden liggen binnen een spreidingsgebied van +30% tot -10% van de gemeten waarde, hetgeen ruim binnen de gestelde afwijking van ± 50% van het nomogram ligt. Geconcludeerd kan worden dat toepassing van genoemde nomogrammen ter bepaling van de stijfheidsmodulus en de initiële bezwijkrek voor het hogere stijfheidsgebied goed mogelijk is. Voor het lagere stijfheidsgebied blijft onderzoek geboden. Overigens wordt aanbevolen alle onderzoek onder meervoudige spanningscondities uit te voeren. Ter bepaling van de initiële "strain-ratio" (de dwarscontractiecoëfficiënt ofwel constante van Poisson) voor asfaltmengsels is door Heukelom (11) een nomogram opgesteld. Deze parameter geeft de verhouding tussen de zijdelingse rek en de rek in de richting van de belasting. In formulevorm: R = o e, waarin: R = initiële dwarscontractiecoëfficiënt (initial strain-ratio) e = zijdelingse rek '1 longitidunale rek Het nomogram is weergegeven in fig. 10. Invoerparameters zijn de stij fheidsmodulus van het bitutnen en de holle ruimte in het asfaltmengsel.

29 O.i \ holle ruimte percentage Figuur 10: De constante van Poisson (initiële "strain-ratio" R ) als functie van de holle ruimte in het asfaltmengsel en de bitumenstijfheid S,. 6.5 Niet-destructief onderzoek Door de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen wordt momenteel onderzoek verricht naar het gebruik van niet-destructieve meetmethoden ter bepaling van de eigenschappen van een waterbouwasfaltbetonbekleding en het dijklichaam. Zo zijn ondermeer op een proeflocatie aan de Ommelander Zeedijk trillingsmetingen met de "Goodman-Vibrator", de Road Vibration Machine, seismograaf en valgewicht-deflector (12) en op een locatie bij de zeedijk het Flaauwe Werk metingen met behulp van een lichte slagsonde, de grondradar en de Dynatest-valgewicht deflectiemeter uitgevoerd (13) In het laboratorium en in de praktijk kunnen bepaalde eigenschappen worden gemeten. De relevantie van deze eigenschappen is echter nog onvoldoende vast gelegd bij gebrek aan kennis met betrekking tot de maatgevende belastingen en de te hanteren gedragsmodellen voor de constructie. Voorlopige resultaten lijken wel op mogelijkheden te wijzen ten aanzien van de bepaling van asfalt- en ondergrondeigenschappen met behulp van niet destructief onderzoek. Een groot voordeel hiervan is dat op deze wijze het verloop in de tijd van de "kwaliteit" van een waterbouwasfaltbetonbekleding kan worden gevolgd zonder enige schade aan te brengen, hetgeen nieuwe perspectieven biedt ten aanzien van beheer en onderhoud (rationeel dijkbeheer).

30 -26- Aanbrengen van een asfaltbetonbekleding op een stuwdam met behulp van een speciale spreidmachine.

31 VERDICHTING 7.1 Algemeen Waterbouwasfaltbeton moet na spreiding mechanisch worden verdicht om tot de vereiste holle ruimte te geraken. Hoewel de steen-mastiek verhouding (zie hfd. 5) zodanig is dat verdichting door eigen gewicht op kan treden is de mastiek door zijn ondervulling zodanig stijf dat dit niet gebeurt. De extra benodigde verdichting (toegevoegde energie) kan, mits bij voldoende hoge temperatuur uitgevoerd, gering zijn (2). In het verleden is gebleken dat door een "onjuiste" verdichting nogal eens problemen zijn ontstaan met betrekking tot de kwaliteit van de bekleding. Reden waarom in dit rapport de nodige aandacht aan dit onderwerp wordt besteed. Allereerst zal worden stilgestaan bij het belang van een goede ondergrond, vervolgens zal de verdichtingsmethodiek aan de orde komen. De verdichtingsproblematiek wordt in onderstaande paragrafen toegelicht aan de hand van onderzoekingen en ervaringen bij concrete projecten. De resultaten zijn namelijk niet zodanig dat uniforme uitrspraken kunnen worden gedaan. Hiervoor is aanvullend onderzoek nodig. Toch geeft de verstrekte informatie een substantieel inzicht in de factoren die een rol spelen bij de verdichting. 7.2 De ondergrond Een goed opgebouwde en verdichte ondergrond is van groot belang voor een kwalitatief goede asfaltbetonbekleding. De volgende aspecten komen hierbij naar voren: 1. De uitvoering van de asfaltbekleding kan beter gebeuren: o.a. spoorvorming door materieel wordt verminderd. 2. Onregelmatige zettingen van het dijklichaam en dus de kans op vervormingen van de bekleding, worden gereduceerd. 3. Een reductie van de asfaltlaagdikte bij de dimensionering op golfbebelastingen wordt verkregen. 4. Verweking van de ondergrond kan worden voorkomen. 5. De verdichtingsresultaten van het asfalt zijn beter. In het onderstaande wordt nader ingegaan op de laatste twee aspecten Verweking van de ondergrond Een met water verzadigde grondslag onder een bekleding van waterbouwasf altbeton kan, onder invloed van een stootbelasting, verweken - de waterspanningen nemen toe ten koste van de korrelspanningen - waardoor de stabiliteit en draagkracht verminderen. Door Grondmechanica Delft is laboratoriumonderzoek uitgevoerd naar de invloed van een golfklap op een asfaltbekleding liggende op een met water verzadigd zandbed (14). Hieruit blijkt dat om verweking van het zandbed te voorkomen, de relatieve dichtheid van het zand, dat bij voorkeur een laag slibgehalte moet hebben, tot een diepte van 1 a 2 m onder de bekleding minimaal 60% moet bedragen. Dit komt ongeveer overeen met een relatieve proctordichtheid van 97%.

32 -28- Verweking kan vooral optreden indien op het niveau waar de grootste golfklappen kunnen aangrijpen een natte ondergrond aanwezig is, zelfs als de toplaag droog ib. Bij Nederlandse zeedijken ligt dit niveau op ca. N.A.P. +3 a 4 m in geval van een "open" bekleding ter plaatse van de getijzone - hoge buitenwaterstanden kunnen relatief gemakkelijk in het dijklichaam "doordringen" - en op ca. N.A.P. +2 m voor een dichte bekleding Verdichting In het verleden was het in sommige delen van Nederland de gewoonte het zandbed alleen met een bulldozer vlak af te werken. Hiermee wordt slechts een geringe verbetering van de oorspronkelijke dichtheid bereikt. Uit proefnemingen aldaar is gebleken dat in verschillende dijkvakken de dichtheid van het zand - zelfs tot aanmerkelijke diepte - zeer laag was. In het rapport van de Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds wordt gesteld dat geen significante verschillen worden geconstateerd in de holle ruimte van goed verwerkbare asfaltmengsels bij uiteenlopende stijfheden van de ondergrond en dat het daarom geen zin heeft de ondergrond extra te verdichten buiten het normaal afwerken met een bulldozer (3). Reden voor deze uitspraak was waarschijnlijk de zeer grote spreiding in meetresultaten. Recente ervaringen hebben echter, in tegenstelling tot de conclusie van genoemde Commissie, het belang aangetoond van een goed verdichte ondergrond op de verdichtingsresultaten. Hiervoor is vlak afwerken met de bulldozer niet voldoende; een laagsgewijze opbouw waarbij met een trilrol wordt verdicht is aan te bevelen (zie ook (1)) Verdichting van het asfaltbeton Onderzoek Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds Zoals in hfd. 5 reeds is gesteld moet het asfaltmengsei zodanig worden ontworpen dat het goed verwerkbaar, c.q. verdichtbaar is. Van grote invloed op de verdichtingsresultaten is de taludhelling. Het is gebleken dat naarmate deze steiler is, de holle ruimte in het asfalt groter is. De oorzaak is dat pas met walsen kan worden aangevangen zodra de interne stabiliteit van het asfalt dit toelaat, hetgeen pas bij een lagere temperatuur het geval is. Mede hierom kan het tevens nodig zijn het bitumengehalte te reduceren. Taluds flauwer dan 1:4 geven weinig spreiding te zien in de holle ruimte. Bij taluds van 1:3 en steiler is wel een tendens tot hogere holle ruimtepercentages aanwezig. Bij hellingen steiler dan 1:4 dienen voorzieningen te worden getroffen om de component van het gewicht van de wals evenwijdig aan het talud op te vangen. Dit is mogelijk door de walsen met behulp van kabels te bevestigen aan lieren op de kruin (3). Naarmate de temperatuur van het asfalt waarbij verdicht wordt hoger is, en dus de viscositeit laag, zijn de resultaten beter. Daarom wordt aanbevolen te beginnen met verdichten zodra de stabiliteit van het asfalt met betrekking tot de wals dit toelaat. Verdichten bij een lagere temperatuur kan niet worden gecompenseerd door zwaarder of langer walsen. Bij hogere temperaturen blijkt ook de invloed van de verdichtingstechniek van minder invloed (3).

33 -29- Verhoging van het bitumengehalte geeft eveneens een verlaging van de viscositeit van het mengsel. Hoewel dit een gunstig effect op de holle ruimte kan hebben wordt de verwerkbaarheid echter nadelig beïnvloedt. Een compromis hiertussen is gevonden in de huidige mengselsamenstelling gegeven door de R.A.W. (21). Mengsels met een bitumengehalte groter dan 7,5% op 100% mineraal zijn over het algemeen onverwerkbaar. Het blijkt overigens in de praktijk dat vaak onnodig lang wordt doorgewalst om een zekere mate van vlakheid te verkrijgen, terwijl de vereiste holle ruimte al is bereikt. Het effect op de holle ruimte kan zelfs negatief zijn. Tevens kunnen (initiële) scheuren ontstaan door het zogenaamde sandwich-effect (de buitenzijden van de asfaltlaag zijn meer afgekoeld dan de kern), dat groter is naarmate de laag dikker is. Aanbevolen wordt te stoppen met verdichten zodra de walssporen zijn verdwenen. Verdichten van een asfaltbetonbekleding met een rol Onderzoek Emmapolderzeedijk Ter verkrijging van meer inzicht in de vereiste verdichtingsmethodiek is door de Dienst Weg- en Waterbouwkunde onderzoek uitgevoerd tijdens de aanleg van een waterbouwasfaltbetonbekleding op de Emmapolderzeedijk (15) gelegen langs de Waddenzee in de provincie Groningen.

34 -30- Het asfaltbeton had de volgende gemiddelde samenstelling: Massapercentage Steen > 2 mm Zand 2 mm - 63 um Vulstof <, 63 um Biturnen op L00% mineraal Gein. 51,3 40,1 8,6 6,4 Grenzen 47,1-54,8 36,8-43,4 7,8-9,5 6,0-6,7 De aan te brengen laagdikte bedroeg 20 cm. Onderzocht werden de taludhellingen 1:3,7 en 1:4,7 en 1:6 (fig. 11). ASFALTBETON Figuur 11: Dwarsdoorsnede Emmapolderzeediik De normale verdichtingsprocedure tijdens het werk bestond uit het direct voorrollen met een lichte landbouwrol (ca. 5 overgangen) waarna met een tandemtrilwals werd afgewalst. Tussen het rollen en walsen diende ca. een half uur te worden gewacht tot het asfalt voldoende was afgekoeld. De proeven werden in twee series uitgevoerd waarbij de volgende variaties zijn aangebracht: Proefvak 1: verdichting met 5 rolovergangen (op en neer). Proefvak 2: verdichting met 4 Bomag tandemtrilwals-overgangen (op en neer). Proefvak 1: verdichting met resp. 1, 2, 3, 4 en 5 rolovergangen. Proefvak 2: verdichting met resp. 1, 2, 3 en 4 tandemtrilwalsovergangen. Proefvak 3: voorverdichting met 2 rolovergangen en vervolgens met resp. 1, 2 en 3 tandemtrilwalsovergangen.

35 -31- Hoewel de temperatuur en mengselsamenstelling naar verhouding sterk varieerden en dus niet de invloed van deze belangrijke factoren kon worden vastgesteld zijn uit het onderzoek de volgende conclusies getrokken: - Na ca. 4 tot 5 rolovergangen neemt de dichtheid van het asfalt niet meer toe. - Eén overgang met de tandemtrilwals geeft hetzelfde resultaat als 4 tot 5 rolovergangen. - De toename van de verdichtingsgraad bij gebruik van de tandemtrilwals na één overgang bedraagt 5%, na 4 overgangen 2%. - Met de tandemtrilwals wordt meer diepteverdichting verkregen dan met de rol. Bij verdichting met de rol bleek de holle ruimte boven in de laag geringer dan onderin. Bij toepassing van alleen de tandemtrilwals werden geen significante verschillen ontdekt. Verdichting met zowel de rol en de trilwals gaven wel verschillen te zien die echter minder waren dan bij verdichting met de rol alleen. - Geen indicatie is verkregen of bij flauwere taluds lagere holle ruimten worden bereikt. Vaak was het resultaat zelfs omgekeerd. - De gemiddelde bereikte holle ruimten zijn: serie I : proefvak 1: H.R. = 5,4% (talud 1:4,7) H.R. = 4,4% (talud 1:3,7) proefvak 2: H.R. = 4,3% (talud 1:4,7) H.R. = 4,0% (talud 1:3,7) serie II: proefvak 1: verloop H.R. van 8,1 naar 5,9% proefvak 2: verloop H.R. van 5,7 naar 5,2% proefvak 3: verloop H.R. van 6,2 naar 5,3% Waarschijnlijk waren de resultaten beter geweest voor de proefvakken 2 en 3 indien de temperatuur waarbij verdicht werd hoger was. - Bij een temperatuur van 150 C kan met verdichten met behulp van de rol worden aangevangen. Het was niet mogelijk de maximale aanvangstemperaturen voor de tandemtrilwals te bepalen. Meer informatie over de uitgangspunten en resultaten van dit onderzoek is te vinden in appendix III Onderzoek zeedijk "het Flaauwe Werk" Om de invloed van de temperatuur te bepalen is vervolgens onderzoek uitgevoerd tijdens de aanleg van een waterbouwasfaltbekleding op de zeedijk "het Flaauwe Werk" gelegen aan de Noord-West kust van Goeree in de provincie<zuid-holland (16). Het asfalt is samengesteld uit 75% nieuw materiaal en 25% breekasfalt afkomstig uit de oude bekleding. De taludhelling bedroeg 1:6 (figuur 12). Door onvolkomenheden in de proefopzet zijn echter geen bruikbare resultaten uit de proeven af te leiden. Nader onderzoek is gewenst.