Inhoudsopgave. Inhoudsopgave. Verantwoording. Voorwoord. Mechanica van de verharding. Mechanica van mengsels. Mengselontwerpmethoden

Transcriptie

1

2 Inhoudsopgave Inhoudsopgave Verantwoording Voorwoord Module 1: De piramiden Module 2: Mengselopbouw Module 3: Mechanica van de verharding Module 4: Mechanica van mengsels Module 5: Mengselontwerpmethoden Bijlage 5: Case N249 Module 6: Aggregaten Module 7: Functie van bindmiddelen Module 8: Interactie bindmiddelen / vulstof Module 9: Speciale mengsels Module 10: Productie en verwerking Asfaltkunde, Inhoudsopgave, maart

3 Verantwoording Verantwoording en Dankwoord Moderne wegenbouwtechniek vraagt inzicht in verbanden tussen de samenstelling en functie van asfaltmengsels in een verharding. Dit inzicht moet worden verworven, uitgedragen en toegepast. De cursus Asfaltkunde hoopt hier in belangrijke mate aan bij te dragen. Asfaltmengsels dienen tegemoet te komen aan de eisen die de gebruiker en belanghebbende aan een asfaltverharding stelt. De automobilist wil zich vlug veilig en voordelig kunnen verplaatsen, de werkzaamheden op een bedrijfsvloer moeten ongestoord voortgaan. Belanghebbenden zijn er velen. Zo is er de beheerder, zijn er de omwonenden, is er de belastingbetaler. Ook de maatschappij is een belanghebbende. Hierbij valt te denken aan initiatieven als Duurzaam Bouwen, en aan het belang van inzet van secundaire (of bij-) producten van industriële processen (hergebruik). De technologie van asfaltmengsels is de wetenschap die ons in staat stelt de gevraagde mengsels te maken. Zelfs zo te maken dat ze kosten effectief zijn, niet belastend zijn voor het milieu, onderhoudsarm zijn, file voorkomen, en zo voort. Natuurlijk zijn een aantal van deze eisen onderling tegenstrijdig. Het maken van de juiste technische keuze, binnen deze steeds veranderende set van eisen, is een belangrijk onderdeel van Asfaltkunde. De cursus Asfaltkunde heeft tot doel inzicht te geven in de vertaling van de eisen en wensen van gebruikers en maatschappij naar eisen aan de verhardingsconstructie. Daarbij wordt het hele traject doorlopen: van de volwaardige constructie tot het niveau van grond- en bouwstof. En vervolgens retour: van bouwstof tot constructie. De cursus is geslaagd als de deelnemers na afloop inzicht hebben verworven in de wijze waarop de optimale verharding efficiënt gerealiseerd kan worden. Dit betekent dat kennis is verworven met betrekking tot de samenhang van de componenten van asfaltmengsels, hun functie in de verharding. De cursisten kunnen de specifieke kwaliteiten van de mengsels herkennen en optimaal gebruiken in asfaltconstructies. Ze kunnen ook gefundeerd innovaties afleiden, herkennen en waarderen. De cursus is bedoeld voor professionele asfalttechnologen, die door ervaring of opleiding een algemene kennis hebben van asfaltmengsels op MBO/HBOniveau. Deze technici werken bij asfaltverwerkers, asfaltcentrales, overheden, ingenieursbureaus, beheerders van bedrijfsterreinen en kennisinstellingen. De cursus is op HBO-niveau. Asfaltkunde, verantwoording en dankwoord, maart

4 Verantwoording De stof wordt diepgaand behandeld, tot op het niveau van State of the Art. Toch wordt zeer veel teruggegrepen op voorbeelden uit de praktijk. Daarmee wordt immers het beste het doel van de cursus gediend. De cursus is tot stand gekomen op initiatief van KOAC NPC, dat een zeer actieve en prettige ondersteuning ondervond van ir. A.C.A. De Jonghe van Benelux Bitume en mr.ir. W. Pieterse van VBW-Asfalt. Deze samenwerking laat zich het best verwoorden door te verwijzen naar de cursusbrochure, waar staat dat KOAC NPC de cursus organiseert onder auspiciën van beide verenigingen. Bij een cursus hoort een dictaat. Concepten voor de verschillende modules zijn gemaakt door ing. H.C. Bakker (module 1, 2, 5, 6 en 7), ir. P.J. Galjaard (module 3), ir. G. Gaarkeuken (module 9) en Dr. P.C. Hopman (module 0, 4, 8). Aan al mijn mede-auteurs spreek ik mijn hartelijke dank en gemeende waardering uit. Hun bijdragen hebben essentieel bijgedragen aan de kwaliteit van het definitieve dictaat. Dr. ir. M. Huurman bedank ik hartelijk voor de vele korte en lange gesprekken over de vormgeving en vooral inhoud van de sheets. Zeer erkentelijk ben ik voor het commentaar dat ik mocht ontvangen van de deelnemers aan de pilot-cursus, die gehouden is als voorbereiding. In het bijzonder noem ik hier ir. F. Stas, die met enkele zeer ter zake doende aanwijzingen de didactiek van de cursus op een hoog niveau heeft helpen brengen. Ook dank ik mijn mede-docenten: door hun verschillende ervaring en achtergrond en door hun enthousiasme dragen zij intensief bij aan het succes van de cursus. Tenslotte wens ik de deelnemers aan de cursus interessante cursusdagen toe en spreek ik de hoop en het vertrouwen uit dat de opgedane kennis toepassing in de praktijk zal vinden. Dr. P.C. Hopman KOAC NPC Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze dan ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van NPC KOAC NPC Asfaltkunde, verantwoording en dankwoord, maart

5 Voorwoord ASFALTKUNDE Praktijk onderbouwd Asfaltmengsels dienen tegemoet te komen aan de eisen die de gebruikers en belanghebbenden aan een asfaltverharding stellen. De gebruiker, veelal de automobilist, wil zich vlug, veilig en voordelig kunnen verplaatsen. Is de verharding een bedrijfsvloer dan zijn er andere eisen. Belanghebbenden zijn er velen. Zo zijn er de beheerder, de omwonenden en de belastingbetaler. Ook de maatschappij is een belanghebbende. Hierbij valt te denken aan initiatieven als Duurzaam Bouwen en aan het belang van inzet van secundaire (of bij-) producten van industriële processen (hergebruik). Ook het streven naar beperking van het gebruik van natuurlijke grondstoffen en het terugdringen van de geluidsproductie door het wegverkeer zijn maatschappelijke belangen. De technologie van asfaltmengsels is de kennis achter de techniek, men mag het wetenschap noemen, die ons in staat stelt de gevraagde mengsels te maken. En niet alleen te maken; dat moet gedaan worden binnen een reeks van eisen. Enkele daarvan zijn: kosten-effectief, niet belastend voor het milieu, onderhoudsarm, file voorkomend, en zo voort. Natuurlijk zijn een aantal van deze eisen onderling tegenstrijdig. Het maken van de juiste technische keuze, binnen deze steeds veranderende set van eisen, is een belangrijk onderdeel van Asfaltkunde. De ontwerper van de asfaltverharding en van de -mengsels hebben tot taak dit pakket van eisen en wensen te vertalen in een verhardingsconstructie. Die taak kan bereikt worden door trial and error. Deze benadering van het door schade en schande wijs worden is zinvol in een niet of langzaam veranderende omgeving. Echter de kans is groot dat een dergelijke aanpak onbetaalbaar is bij sterk toenemende verkeersbelasting, veranderende aslastconfiguraties en wielstellen (breedbanden) en nieuwe maatschappelijke eisen. De cursus Asfaltkunde heeft tot doel inzicht te geven in de vertaling van de eisen en wensen van gebruikers en maatschappij naar eisen aan de verhardingsconstructie. Daarbij wordt het hele traject doorlopen: van de volwaardige constructie terug tot het niveau van grond- en bouwstof. Module 1 behandelt aan de hand van de drie Piramiden de plaats van de technoloog in het asfalttechnologisch krachtenveld. Ook wordt de relatie tussen functionele eis en bouwstofeigenschap gelegd. Asfaltkunde, voorwoord, maart

6 Voorwoord Module 2 Module 3 Module 4 Module 5 Module 6 behandelt de basisprincipes van mengselopbouw: van skelet tot overvulling. Hierbij worden kort de Nederlandse mengsels gepositioneerd. behandelt de mechanica van de verharding. Principes worden besproken aan de hand van een balkje op twee steunpunten. Inzicht zal worden verworven in de spanningen, de rekken en verplaatsingen die als gevolg van verkeer en klimaat in een verhardingsconstructie optreden. gaat in op de mechanica van mengsels, in het bijzonder op de mechanismen die leiden tot mechanische schaden: vermoeiing, viskeuze en plastische spoorvorming en scheurgroei. behandelt de ontwerpmethoden, zowel enkele empirische als functionele. Er wordt ingegaan op de eisen waaraan zo een methode moet voldoen. Nieuwe ontwikkelingen op dit gebied worden besproken. bespreekt de aggregaten en toeslagstoffen. Bediscussieerd wordt dat aggregaten een veelheid aan chemisch/fysische reacties aan kunnen gaan. Praktische gevolgen daarvan worden besproken. Module 7 gaat in op de bindmiddelen, zowel conventionele als gemodificeerde. De samenstelling van beide en hun wisselwerking worden besproken. Ingegaan wordt op de effecten die modificaties hebben op de eigenschappen van het bindmiddel. Module 8 Module 9 Module 10 behandelt de interacties tussen aggregaten en bindmiddel, met het doel inzicht te krijgen in de effecten die de combinatie van beide heeft: een asfaltmengsel is meer dan de som der delen. behandelt enkele speciale mengsels die recentelijk op de markt zijn gekomen. behandelt de productie en verwerking van asfalt en de mogelijkheden tot toepassing van secundaire materialen. Asfaltkunde, voorwoord, maart

7 Module 1 ASFALTKUNDE Praktijk onderbouwd Module 1: De Piramiden 1 FUNCTIONELE EIGENSCHAPPEN VAN GEBRUIKERSEISEN NAAR BOUWSTOFEISEN WENSEN VAN GEBRUIKERS / BELANGHEBBENDEN EISEN AAN DE ASFALTVERHARDING RANDVOORWAARDEN BIJ REALISATIE VAN DE WEG...6 Asfaltkunde; module 1, maart

8 Module 1 1 Functionele eigenschappen 1.1 Van gebruikerseisen naar bouwstofeisen Via drie piramiden misschien is het woord stroomschema beter- is structuur aangebracht in de eisen die aan wegen kunnen worden gesteld en de onderlinge relaties tussen diverse betrokkenen. Ze laten de stappen zien die zitten tussen het publiek en de bouwstoffen. Er is daarbij onderscheid aangebracht tussen een politieke, een technische en een contractuele piramide, die overigens niet per niveau naast elkaar gezet mogen worden. De politieke piramide is, met enige voor de hand liggende wijzigingen, ook te lezen voor het geval de opdrachtgever een particulier of een bedrijf is. HOOG Gebruikers wensen PUBLIEK BELEID VERKEERSKUNDIG ONTWERP WEGBOUWKUNDIG ONTWERP MATERIALEN BOUWSTOFFEN A B S T R A C T I E LAAG Functionele eigenschappen Constructief gedrag Materiaal gedrag Aard /type bouwstoffen Oppervlakte eigenschappen Figuur 1-1: Politieke piramide Figuur 1-2: Technische piramide Er is een vraag of behoefte van een partij, publiek of werknemers in bedrijven, die door de politiek of de bedrijfsleiding al dan niet gehonoreerd wordt. Bij honorering worden (meestal) eerst de vervoersstromen in kaart gebracht en de gewenste tracé s ontworpen. Vervolgens wordt de constructie bepaald (wegbouwkundig ontwerp), waarna de mengsels ingevuld worden. Tenslotte worden, om aan de mengsels te komen, bouwstoffen gekozen. In de technische piramide zijn vijf niveaus te onderscheiden. Niveau 1 bevat de eisen van belanghebbenden en de gebruikers. Daarvan afgeleid zijn de eisen geformuleerd die aan de functie (prestatie) van de verharding gesteld worden. Dit zijn de functionele eisen (niveau 2). Deze functionele eisen omvatten ook de eisen die de realisatie met zich meebrengt. Niveau 3 bevat het constructief gedrag, waarbij de oppervlakte-eigenschappen apart genoemd zijn; hier wordt dus het mechanische gedrag van de constructie losgekoppeld van het functionele gedrag van het oppervlak. Asfaltkunde; module 1, maart

9 Module 1 Niveau 4 heeft betrekking op de eisen die als gevolg daarvan gesteld worden aan het materiaalgedrag. Voor de asfalttechnoloog is materiaal synoniem aan mengsel. Niveau 5, tenslotte heeft betrekking op eisen die aan de afzonderlijke bouwstoffen gesteld worden. Deze piramide is omkeerbaar. In omgekeerde volgorde zullen bouwstoffen invloed hebben op het gedrag en de eigenschappen van de mengsels, die weer het gedrag van de verharding beïnvloeden. Dit is weer afhankelijk van de laagdikten en de plaats in de constructie waar die mengsels zitten. Als het constructief gedrag overeenkomt met de eisen die er aan worden gesteld, kan de verhardingsconstructie gerealiseerd worden. Opgemerkt wordt nog dat de wensen of eisen van de gebruikers en de belanghebbenden tijdens de levenscyclus van de verhardingsconstructie kunnen veranderen. Eigenaar / Opdrachtgever Belastingbetaler Asfaltverwerker Asfaltproducent Grondstofleverancier Figuur 1-3: Contractuele piramide Het is van belang ook een contractuele piramide te onderkennen (figuur 1-3). In deze piramide is de contractuele rolverdeling, en daarmee de commerciële, weergegeven. Men kan het de branchekolom noemen. In deze piramide zijn de asfaltverwerker en asfaltproducent losgekoppeld en weergegeven als zelfstandige rechtspersonen. Er zijn bedrijven die asfalt produceren en verwerken binnen één rechtspersoon. Voor hen vallen de twee betreffende vakken samen. De contractuele piramide maakt duidelijk op welke niveaus de producteisen gesteld moeten worden, of zouden moeten worden. Het verwarrende element is dat de RAW-Standaard, die Marshall-based is, niet aansluit op deze bedrijfskolom. Immers, met de Standaard in de hand schrijft de opdrachtgever voor welk bindmiddel er in welk type mengsel moet. Het veroorzaakt daarmee een kortsluiting over het werkgebied van de asfaltverwerker en de asfaltproducent heen. Dat maakt een consequent gebruik van de technische piramide zeer moeilijk. Tegelijk moet gesteld worden dat normering en specificering van bouwstoffen zeer belangrijk is: men moet de karakteristieken van de materialen kennen. Ook is er een belang om samenstellingen van (standaard)mengsels voor te schrijven. Het voorkomt dat er basale fouten gemaakt worden. Jammer blijft dat gebruik van de Standaard vaak leidt tot het niet gebruiken van de technische piramide. Asfaltkunde; module 1, maart

10 Module Wensen van gebruikers / belanghebbenden De automobilist, de financier, de beheerder en de personen en instellingen in de directe omgeving van de weg hebben allemaal hun wensen. Dit zijn allemaal wensen van het publiek. Eigenlijk is hier het begrip vervoersvoorziening meer op zijn plaats dan de term weg. Meestal worden de wensen door de (latere) opdrachtgever vertaald in een pakket van eisen. Dit pakket kan de volgende elementen omvatten: capaciteit en beschikbaarheid van de weg; geen hinder voor de omgeving; veiligheid van de weggebruiker; comfort voor de weggebruiker; inpassing in het landschap (esthetica); grondstoffenbeleid (hergebruik, gebruik bijproducten); milieubeleid; arbo-beleid; economie. De capaciteit is het maximale aantal voertuigen dat per tijdseenheid een bepaald punt van een rijstrook of rijbaan kan passeren. Deze capaciteit zal afhankelijk zijn van externe factoren als het weer, maar ook van verkeerskundige voorzieningen. De geometrie van de verharding en het verkeerstechnisch ontwerp zullen zijn afgestemd op de gewenste capaciteit. Deze geometrie zal bij voorkeur ook onderhoudswerkzaamheden toestaan zonder dat de capaciteit wordt aangetast. De eisen laten zich hier vaak constructie- en materiaalonafhankelijk formuleren. 1.3 Eisen aan de asfaltverharding De prestatie-eisen, onderworpen aan de randvoorwaarde met betrekking tot de realiseerbaarheid kunnen worden omgezet in eisen te stellen aan de asfaltverharding. Die moet in staat zijn om de verkeersbelasting over te brengen naar de ondergrond onder vele omstandigheden (vorst, dooi, hoge grondwaterstanden) 1. Ook dienen de gebruikerseisen over langere tijdsduur gehandhaafd te blijven. Om deze vertaling (prestatie-eisen naar eisen aan het constructief gedrag) te kunnen doen is inzicht noodzakelijk in de faalmechanismen die voor een asfaltverharding van belang zijn. Falen betekent hier: het niet voldoen aan de gestelde prestatie-eisen. In tabel 1-1 is een bediscussieerbare voorzet gegeven voor een relatie tussen de eisen en het gedrag. De wensen die vanwege de gebruiker aan de constructie worden gesteld, zijn toe te delen aan het asfaltmateriaal via drie klassen: vervorming, sterkte en duurzaamheid. 1 Een aantal prestatie-eisen komen niet terug bij de eisen aan het constructief gedrag. Aan deze eisen is elders voldaan (zo is de verkeerskunde een ander vak); zij zijn niet van belang voor het constructief gedrag van de verharding. Asfaltkunde; module 1, maart

11 Module 1 Tabel 1-1: Bediscussieerbare relaties tussen eisen aan constructie en eigenschappen van asfaltverharding Eigenschappen asfaltlaag Weerstand tegen vervorming Sterkte Duurzaamheid C o n s t r u c t i e elastische doorbuiging elastische samendrukking blijvende vervorming temperatuurgevoeligheid (uitzetten / krimpen) scheurweerstand weerstand tegen vermoeiing lastsprei dend klimaat invloed vlak + - 1: :1 - - (A,G) stroef (G) niet scheurend : (G) reversibele 1:1 1: vervormingen (G) irreversibele + - 1: :1 - vervormingen (G) uitneembaar (S) herbruikbaar (S) Fase waarin van belang: + : van groot belang A : aanleg : van incidenteel / gering belang G : gebruik - : niet van belang S : sloop 1:1 : vanzelfsprekende relatie slijtage / rafeling Voor het vertalen van de constructieve eigenschappen naar eisen die aan de materiaaleigenschappen gesteld moeten worden, is het niet alleen noodzakelijk te weten wat de effecten zijn van verkeersbelasting en klimaatbelasting op de verschillende lagen van een asfaltverharding. Ook moeten begrippen als elastische doorbuiging en lastspreiding eenduidig gedefinieerd zijn. Deze Mechanica van de weg wordt later besproken. Het spreekt voor zich dat de materiaal-, of beter mengsel-, eigenschappen kunnen worden gestuurd door gebruik te maken van de juiste bouwstoffen en hun onderlinge mengverhouding. Asfaltkunde; module 1, maart

12 Module Randvoorwaarden bij realisatie van de weg De wensen en randvoorwaarden die aan de vervoersvoorziening worden gesteld door het publiek, moeten worden vertaald in eisen aan de constructie 2. Deze vertaalslag wordt in het publieke domein doorgaans gemaakt door overheidsdiensten, in het particuliere domein vaak door ingenieursbureaus of door aannemers. De gebruiker heeft vele wensen, maar of daar aan voldaan kan worden hangt af van randvoorwaarden die gesteld worden door het beleid. Voorbeelden zijn: realiseerbaarheid van de constructie; veiligheid; capaciteit; waterhuishouding; hergebruik; milieukundig acceptabel; kosten. 2 H.C.Bakker, Eindrapport CROW-werkgroep Functionele Eisen Wegfunderingen, CROW Ede, Asfaltkunde; module 1, maart

13 Module 1 Tabel 1.1 Relatie tussen de wensen van de gebruikers en belanghebbenden en de randvoorwaarden bij realisatie Niveau 1 Wensen van gebruikers Capaciteit / beschikbaar Niveau 2: Randvoorwaarden bij realisatie van de weg technisch Realiseerbaar Veilig Capaciteit Waterhuishouding Hergebruik Milieu Kosten veilig / zonder begaanbaarinwatewinninstructie dimensione- grondwater oppervlakte- materiaal- aanleg wegcon- sloop haalbaar gezond hinder vlak stroef geometrisch / verkeerskundig toepassen aangewezen materialen materiaal uitneembaar materiaal herbruikbaar - - 1:1!!! 1: : ! - -!! ! 1:1!! Comfort - - -! 1:1!!! Esthetica! -! - - -!! ! Geen hinder voor omgeving Verkeersveiligheid Grondstoffenbeleid! :1 1:1 1:1 1:1 -! -! Milieubeleid!!! !!!!! 1:1-1:1 1:1! Arbobeleid! 1: !!!! - -!! Economie!!!!!!!!!!!!!!!!! 1:1 Fase (A) (-) (-) (-) (G) (G) (A) (G) (A, G, S) (A, G, S) (A) (S) (S) (A) (A) (G) (S) (-)! = van groot belang Fase waarin van belang: A : aanleg = van incidenteel/gering belang G: gebruik; duurzaam onder alle condities - = niet van belang S: sloop 1:1 = vanzelfsprekende relatie - : niet fase gebonden Asfaltkunde, module 1 7

14 Module 2 ASFALTKUNDE Praktijk onderbouwd Module 2: Mengselopbouw 2. MENGSELTYPEN ALGEMEEN HET SKELET VAN ASFALTMENGSELS VOLUMETRIE VAN ASFALTMENGSELS Algemeen Rekenvoorbeeld VOLUMETRISCHE MENGSELTECHNOLOGIE Waterdichtheid Vermoeiing VOLUMETRISCHE CONTROLE VAN ASFALTMENGSELS Algemeen De vullingsratio Asfaltkunde, module 2, maart

15 Module 2 2. Mengseltypen 2.1 Algemeen In de Standaard RAW Bepalingen is Asfalt gedefinieerd als een mengsel van mineraal aggregaat, een bitumineus bindmiddel en eventuele toeslagstoffen. De Standaard kent de hoofdgroepen grindasfaltbeton, steenslagasfaltbeton, open asfaltbeton, dicht asfaltbeton, zeer open asfaltbeton, steenmastiekasfalt, koud asfalt, gietasfalt en emulsieasfaltbeton. Deze hoofdgroepen kunnen worden onderverdeeld in asfaltsoorten op basis van de nominale gradering, bijvoorbeeld dicht asfaltbeton 0/11 of 0/16. Een nader onderscheid is mogelijk door te kijken naar verschillen in korrelverdeling en bitumengehalte, bijvoorbeeld steenmastiekasfalt 0/11 type 1 en type 2. De naamgeving is overigens in de loop van de tijd vervaagd. Oorspronkelijk is beton een losgestorte hoop aggregaat, waarvan de zeefanalyse continu verdeeld is. Dat losse materiaal kan gebonden worden met een bindmiddel, in ons geval is dat asfalt. Asfalt is weer het Amerikaanse woord voor bitumen. Men kan dicht of open asfaltbeton hebben, natuurlijk in de variaties die boven beschreven zijn. Soms vindt men het echter nodig nader aan te geven welk soort aggregaat gebruikt is. Dan ontstaan aanduidingen als grind en steenslagasfaltbeton. In de naam is niet duidelijk of het een dicht of een open mengsel is. Uit deze alinea mag ook blijken dat de aanduiding zeer open asfalt beton niet correct is: het is geen beton, want de gradering is niet continu. Namen als steenmastiekasfalt en gietasfalt zijn weer wel historisch correct. Qua toepassingsgebied worden in de Standaard alleen met name genoemd de deklaag, de profileerlaag, de profileerdeklaag en de bovenlaag. De nadere aanduiding van deze toepassingsgebieden is noodzakelijk in verband met aan deze benamingen gerelateerde bepalingen voor de Kwaliteitsbeoordeling door de directie. In de voorganger van de Standaard stonden soortgelijke asfalttypen vermeld. Daarbij stond ook informatie als: Dicht asfaltbeton 0/16 is bestemd voor deklagen met een nominale dikte van ten minste 40 mm. In de Handleiding RAW systematiek wordt nog wel aangegeven voor welk toepassingsgebied bepaalde asfaltmengsels geschikt zijn. Dit zijn: Onderlaag, de onderste laag van een asfaltconstructie, die ook uit meerdere lagen kan bestaan: grindasfaltbeton en steenslagasfaltbeton; Tussenlaag, de asfaltlaag tussen onder- en deklaag: open asfaltbeton 0/16 type 2 en 0/22; Deklaag, de asfaltlaag die langer dan een jaar aan verkeer en klimaat kan worden blootgesteld: dicht asfaltbeton, zeer open asfaltbeton, steenmastiekasfalt, koud asfalt, gietasfalt en emulsie-asfaltbeton; Asfaltkunde, module 2, maart

16 Module 2 Profileerlagen, bedoeld om het gewenste profiel in langs- en dwarsrichting te verkrijgen: grindasfaltbeton, steenslagasfaltbeton en open asfaltbeton; Tijdelijke deklaag, een asfaltlaag die ten hoogste een jaar als deklaag dienst mag doen: open asfaltbeton 0/16 type 1 (verkeersklasse 2) en open asfaltbeton 0/16 type 3 (verkeersklassen 3, 4 en 5). Overigens wordt hopelijk ten overvloede- in de Handleiding ook opgemerkt dat de Standaard geen ontwerpvoorschrift is. Bij de ontwerper van de verhardingsconstructie en de ontwerper van asfaltmengsels wordt de nodige technologische kennis verondersteld. 2.2 Het skelet van asfaltmengsels De krachten die door het verkeer op het asfalt worden uitgeoefend dienen, zonder (permanente) vervorming, door het asfalt te worden gespreid over een groot oppervlak en zo aan de ondergrond doorgegeven. Daartoe dient het asfalt stijf te zijn. Omdat asfaltmengsels mengsels zijn van verschillende componenten is de stijfheid een resultante van de samenstellende delen. Onder druk zullen de aggregaten de spanningen doorgeven en spreiden. Tenminste als ze op hun plaats blijven. Een klein beetje beweging is altijd nodig om spanning door te geven; dan Figuur 2-1 : Lastspreiding via het skelet moet die beweging wel tot gevolg hebben dat een volgend aggregaatdeeltje gaat bewegen. Juist door dat oproepen van een volgende beweging ontstaat lastspreiding (figuur 2-1). Onder trek speelt uiteraard ook het bindmiddel een belangrijke rol. Het zal duidelijk zijn dat de hechting van het bindmiddel aan het aggregaat van groot belang is. De spanningen mogen niet tot te grote vervorming leiden. Asfaltmengsels ontlenen deze weerstand in hoge mate aan een dragend korrelskelet. Van een dragend skelet is sprake als er voldoende contactpunten tussen de aggregaten zijn om de krachtlijnen door te voeren naar de ondergrond. Figuur 2-2: Steenskelet Figuur 2-3: Zandskelet Asfaltkunde, module 2, maart

17 Module 2 Overmatige vervorming kan niet optreden als de aggregaten elkaar op de plaats houden. Er worden twee typen skeletten onderscheiden: steen- en zandskeletmengsels. Bij de steenskeletmengsels (figuur 2-2) worden de krachten overgebracht via de contactpunten van de stenen (diameter groter dan 2 mm). Bij de zandskeletmengsels (figuur 2-3) vormen de zandkorrels het dragende skelet. Het onderscheid tussen zand en steen is kunstmatig: het is alleen gebaseerd op grootte. Een skelet heeft ongevulde ruimten tussen de opbouwende delen. Het spreekt voor zich dat het skelet alleen dragend kan zijn als deze holle ruimten niet gevuld -en al helemaal niet overvuld- zijn met andere bouwstoffen. Die andere bouwstoffen kunnen zijn de mortel (bitumen met vulstof) of de mastiek (bitumen met vulstof en zand) 1. Er zijn drie typen te onderscheiden: a) ondervulde mengsels; de holle ruimten in het skelet zijn niet volledig gevuld en staan in open verbinding met elkaar (figuur 2-4a, bijvoorbeeld open en zeer open asfaltbeton); b) gevulde mengsels; de holle ruimten van het skelet zijn vrijwel gevuld met mortel of mastiek, de resterende poriën staan niet in open verbinding met elkaar. Voorbeelden van gevulde mengsels zijn dicht asfaltbeton en steenmastiekasfalt. c) overvulde mengsels; bij dergelijke mengsels is er meer mortel aanwezig dan de holle ruimten tussen het grovere aggregaat kunnen bergen (figuur 2-4b). Het grovere aggregaat drijft als het ware in de mortel. Een voorbeeld is gietasfalt. Dit type mengsels ontleent haar draagvermogen aan de stijfheid van de mortel. We spreken hier ook wel van vulstofskeletmengsels. Figuur 2-4: Een ondervuld (a) en een overvuld mengsel (b). Vanwege de productie van asfaltmengsels wordt de samenstelling aangegeven in massaverhoudingen. Het blijkt hier hoe belangrijk de volumeverhoudingen zijn, deze geven immers de ruimtelijke opbouw aan. Voor mengsels die niet mogen vervormen dient overvulling te allen tijde te worden voorkomen. 1 In België wordt met mastiek het mengsel bitumen / vulstof bedoeld, terwijl het mengsel bitumen / vulstof / zand mortel genoemd wordt. Asfaltkunde, module 2, maart

18 Module 2 In de weg zal door het verkeer het asfalt altijd enigszins worden naverdicht. Indien hierdoor het mengsel overvuld raakt, zal onherroepelijk spoorvorming optreden. Let wel: 2% naverdichting doet het volume van de holle ruimte mogelijk met 50% afnemen. Ook kan door verwarmen in de zomer plotselinge overvulling optreden: De warmteuitzettingscoëfficiënt van bitumen is ongeveer drie maal zo groot als dat van steen. Bij een temperatuursverhoging van 20 naar 60 C kan dat 1% van de holle ruimte schelen. Dat is mogelijk 25 tot 50 % van het beschikbare volume! Overigens, te vroeg openstellen van de asfaltverharding kan ook gevaarlijk zijn vanwege het nog vrij grote volume van het bitumen (zeker als de aangebrachte laag wat dikker is). Men zou uit bovenstaande kunnen concluderen dat schrale mengsels dus moeten : er is dan immers geen spoorvorming te verwachten. Op zich is dat juist. Echter, te schrale deklaagmengsels zullen snel rafelen en steenverlies vertonen, te schrale onderlagen zullen gevoelig zijn voor vermoeiing. Ook zal het volume van het bitumen van grote invloed zijn op de scheurgroei. En wat te denken van de verwerkbaarheid? 2.3 Volumetrie van asfaltmengsels Algemeen In de Standaard worden eisen gesteld aan het percentage holle ruimte (v/v) en de vullingsgraad. De holle ruimte is gedefinieerd als het percentage (ingesloten) lucht in een verdicht 2 asfaltmengsel. Dit percentage wordt berekend uit de dichtheid proefstuk (dhp), het volume gewicht en de dichtheid mengsel (dhm), het soortelijk gewicht volgens: dhm dhp HR = *100% (2-1) dhm De vullingsgraad is gedefinieerd als het percentage holle ruimte in het aggregaat (steen, zand en vulstof) dat gevuld is door bitumen (niet door mortel). Voor de bepaling van de vullingsgraad moet het aggregaat uiteraard wel volledig verdicht zijn. Gewoonlijk worden de volgende karakteristieken 3 gebruikt: m s, m z, m f, m b: massapercentages [% m/m] (steen, zand, vulstof ( filler ) en bitumen; d s, d z, d d, d b : dichtheid [kg/m 3 ] (steen, zand, vulstof en bitumen); d m: dichtheid mengsel [kg/m 3 ] (mengsel zonder ingesloten lucht); d p : dichtheid proefstuk [kg/m 3 ] (verdicht asfalt inclusief holle ruimte); HR: de holle ruimte in het proefstuk [% v/v] ); 2 Te vaak wordt verondersteld dat de holle ruimte van een mengsel een maat is voor de verdichtingsgraad. Dat is natuurlik alleen waar als deze holle ruimte wordt afgemeten aan die waarde die het heeft bij een verdichtingsgraad van 100%. 3 Asfalt in de Wegen- en Waterbouw, VBW-Asfalt, Breukelen 1996 Asfaltkunde, module 2, maart

19 Module 2 HR : de holle ruimte in het mineraal aggregaat [% v/v]; dit is het poriënvolume in het aggregaat zonder bitumen en heet ook wel VMA (Voids in Mineral Aggregate); HR of VGR: de vullingsgraad van het verdichte asfalt [%]; het is het percentage van HR dat is gevuld met bitumen; B, F: het volume [% v/v] van het bitumen (B) respectievelijk vulstof (F), in het mengsel zonder holle ruimte; V z, V s : het volume [% v/v ] zand, respectievelijk steen, in het mengsel (zonder holle ruimte); F/B: de volumeverhouding van vulstof en bitumen. In Nederland is het in de wegenbouw gebruikelijk om de totale hoeveelheid aggregaat (steen + zand + vulstof) op 100,0 % te stellen en het bitumen aan te geven als percentage op. Voor de berekening van volumeverhoudingen in een asfaltmengsel is het handiger met bitumen in te rekenen: De dichtheid van het mengsel d m is: m s + m z + m f + m b = 100 % (m/m) (2-2) d m = m d s s 100 m m z + + d d z f f m + d b b (2-3) De holle ruimte in het mineraal aggregaat HR is gelijk aan de holle ruimte in het proefstuk plus het volume aan bitumen: m = d (2-4) ' b HR HR + * db De vullingsgraad HR of VGR is het percentage van de holle ruimte in het mineraal aggregaat (HR ) dat gevuld is met bitumen: m mb * d m db VGR = 100* (2-5) ' HR De vullingsgraad heeft daarmee betrekking op het totale mengsel. Voor de vormstabiliteit van de mengsels is het belangrijk dat de vullingsgraad niet boven een maximum uitgaat. Dit maximum is voor de dichte mengsels voorgeschreven (90% voor dab / verkeersklasse 1 en 82 % voor dab verkeersklasse 4). De opbouw van een mengsel volgens de volumetrische benadering is gegeven in figuur Voor de bouwstoffen steen, zand en vulstof zijn de volumina aangegeven die ingenomen worden door de vaste stof en door de 4 Voskuilen J. en Westera G.; A new mix design method based on a volumtric approach; 7 th Conference on Asphalt Pavements for Southern Africa. Asfaltkunde, module 2, maart

20 Module 2 holle ruimte van die bouwstof (HR). De holle ruimte in de steen (> 2mm) is, geheel of gedeeltelijk, gevuld met zand (< 2 mm en > 63 μm). De holle ruimte van het zand wordt door de aanwezigheid van de steen wat groter: elke steen is een rand voor het zandskelet. Vaak wordt dit opruiming genoemd (OP in figuur 2-5) en op 2% van het volume gesteld. De holle ruimte in het zand is, geheel of gedeeltelijk, gevuld met vulstof. De holle ruimte die in totaal overblijft wordt gedeeltelijk gevuld met bitumen. Duidelijk is dat de holle HR Steen ruimte van het zand (inclusief HR OP Zand de opruiming) van groot HR Vulstof belang is om in het mengsel Bitumen nog holle ruimte over te houden. HR in mengsel Figuur 2-5: Volumetrische opbouw van zandskeletmengsels. Men kan uit figuur 2-5 aflezen dat het om een zandskeletmengsel gaat via de opmerking dat er binnen het zand holle ruimte overblijft die niet gevuld wordt met een ander aggregaat. HR m zand : % zand 7% vulstof : vulstof HR m 35 Figuur 2-6: Holle ruimte in het zandvulstof mengsel voor drie verschillende vulstoffen en één zand. Indien de passing van bijvoorbeeld de vulstof in het zandskelet verandert, zal de holle ruimte die beschikbaar is voor het bindmiddel afnemen. Die verandering kan optreden als de herkomst van het zand verandert net iets andere gradering of vorm- of als de vulstof verandert. In figuur 2-6 is een voorbeeld gegeven. In een bepaald asfaltmengsel is 37% zand en 7% vulstof toegepast. Het mengsel zand / vulstof heeft dus 7/44 = 16% vulstof en 37/44 = 84% zand. Het gebruikte zand heeft een holle ruimte van 34 %. Door menging met een vulstof zal die afnemen. Totdat de vulstof niet meer past en er zowel opruiming optreedt als dat de holle ruimte van de vulstof bepalend wordt. In figuur 2-6 is het effect van drie verkrijgbare vulstoffen weergegeven, bij menging met een gewoon Nederlands zand. De vulstoffen verschillen in hun gradering. Als men doseert in een vaste verhouding (bijvoorbeeld 37% zand en 7% vulstof) dan kan dit effect 3 tot 5 % zijn, dat wil zeggen 10 tot 17 % van de maximaal beschikbare holle ruimte. Of anders verwoord: het kan de beschikbare holle ruimte in het mengsel geheel teniet doen en direct leiden tot overvulling. Door Van Bochove 5 is grafisch voorgesteld hoe de verschillende hoofdgroepen van de mengsels ten opzichte van elkaar liggen (figuur 2-7). In de grafiek staat op de horizontale as het volume van de mastiek en op de 5 G.G. van Bochove, Een methode voor het analyseren van asfaltmengsels, Heijmans Weg- en Waterbouw, Rosmalen Asfaltkunde, module 2, maart

21 Module 2 verticale as het bitumengehalte van de mastiek 6 (massapercentage). Als er weinig mastiek in het mengsel is, zal er altijd wel een steenskelet ontstaan. De verticale balk geeft de overgang weer tussen steenskelet en zandskelet. De horizontale balk geeft de overgang weer tussen overvulde en ondervulde mastiek: als er teveel bitumen in de mastiek zit zal er geen zand- of vulstofskelet kunnen ontstaan. In de linker twee kwadranten liggen dus mengsels die vormstabiel zijn vanwege een steenskelet. In de onderste twee liggen de mengsels die dat 28 SMA zijn vanwege een zand 24 ZOAB (of vulstof) skelet. In 20 het kwadrant rechtsboven liggen de vorm- mastiek asfalt instabiele mengsels: de OAB 8 DAB mastiek is overvuld én 4 StAB de mortel is overvuld. Massa perc. bit. in mastiek GAB Volume mastiek Figuur 2-7: Volumetrische positionering van de mengsels. overgang van zand/vulstof skelet naar overvulde mastiek. Samenvattend: de verticale balk geeft van links naar rechts de overgang van steennaar zandskelet en de horizontale balk de In figuur 2-7 worden verschillende typen mengsels gepositioneerd, zonder dat weergegeven wordt wat het gehalte aan vulstof is in de mastiek. Die varieert immers over de verschillende mengseltypen. Men dient deze figuur dan ook als hulpmiddel te zien, niet als absolute referentie. Duidelijk is dat dicht en open asfaltbeton en steenmastiekasfalt kritische mengsels zijn: er hoeft maar iets mis te gaan en het mengsel zal gevoelig zijn voor vervorming Rekenvoorbeeld In deze paragraaf wordt een voorbeeld gegeven van de berekening van het volumepercentage van de mastiek in een mengsel en van het massapercentage bitumen in de mastiek. De berekening wordt uitgevoerd aan de hand van de samenstelling van een oab 0/16 type 3. Vanzelfsprekend geldt dezelfde berekening -met andere getalswaarden- voor alle andere bitumineuze mengsels. In tabel 2-1 is de samenstelling van oab 0/16 type 3 gegeven. 6 De nuancering fictief is hier weggelaten. Zie het originele artikel. Asfaltkunde, module 2, maart

22 Module 2 Tabel 2-1 Samenstelling OAB 0/16 type 3 Op zeef % [m/m] C16 - C C 8 - C mm μm 94.0 Bitumen 'op' 5.4 Totaal We blijven eerst in massaprocenten denken en zien dat het mengsel 67.0% steen bevat, 27% zand en 6% vulstof. Daar bovenop zit er nog 5.4% bitumen in. In totaal dus 105.4%. Om deze getallen terug te vertalen naar in totaal 100 % (inclusief bitumen), moeten ze vermenigvuldigd worden met 100/105.4 = Zo ontstaat de tweede kolom in tabel 2-2, waarin de volumetrische samenstelling van het mengsel is gegeven. Tabel 2-2 Volumetrische samenstelling Bouwstof Hoeveelheid [% m/m] Hoeveelheid [liter] Hoeveelheid [% v/v] Steen Zand Vulstof Bitumen 'in' Totaal mastiek Allereerst merken we op dat het massapercentage bitumen in het mastiek bekend is: 5.1/36.4 = 14%. We rekenen nu de massapercentages om naar volumedelen. Dan is de soortelijke dichtheid van de componenten nodig. We nemen aan dat de soortelijke dichtheid van de steen en het zand 2700 kg/m 3 is, voor de vulstof is het 2500 kg/m 3 en voor het bitumen 1030 kg/m 3. De steen en het zand nemen per gewichtseenheid minder ruimte in dan de vulstof en veel minder dan het bitumen. Dit wordt verrekend door de hoeveelheden van elke bouwstof te delen door hun soortelijke massa. Als we aannemen dat het totale mengsel 1000 kg weegt, dan is het volume steen 1000*0.636/2700 m 3 = 236 liter. Het zand neemt 1000*0.256/2700 m 3 = 95 liter. De vulstof neemt 1000*0.057/2500 m 3 = 22.8 liter en het bitumen neemt 1000*0.051/1030 = 50.0 liter. Dit is kolom 3. Vervolgens moet de volumesamenstelling in totaal op 100 % uitkomen. Kolom drie moet dus vermenigvuldigd worden met 100/403.8 = Het percentage mastiek is de som van de percentages voor zand, vulstof en bitumen: 41.6% Asfaltkunde, module 2, maart

23 Module 2 De antwoorden zijn nu beschikbaar. Het volume van de mastiek in het mengsel is 41.6%. Het massa percentage bitumen in het mastiek is 5.1/36.4 = 14%. Door het mengsel te plaatsen in de grafiek blijkt dat het mengsel een overvuld steenskelet heeft (het moet zijn weerstand tegen spoorvorming dus halen uit het zandskelet) en dat de mastiek ook overvuld is. Met andere woorden: er is niet echt een mooi stabiel steenskelet. Dit mengsel is overigens wel duurzaam! 2.4 Volumetrische mengseltechnologie Het is zeer interessant figuur 2-7 nader te beschouwen en na te gaan hoe gewenste eigenschappen verkregen kunnen worden Waterdichtheid Waterdichte mengsels dienen een holle ruimte te hebben die is opgebouwd uit zeer veel zeer kleine ruimtes (die niet onderling in verbinding staan). Dit betekent dat de steenfractie overvuld moet zijn. Eigenlijk moet ook de zandfractie overvuld zijn. Dan is immers de maximale grootte van de holle ruimte gelijk aan een fractie van de vulstofkorrels. Dit type mengsels ligt dus rechtsboven in de figuur. Indien er bovendien vormstabiliteit gevraagd wordt zal het mengsel richting het kwadrant rechts beneden verschuiven Vermoeiing Hoewel vermoeiing later besproken wordt, dienen mengsels voldoende bitumen rijk te zijn om een goede weerstand tegen vermoeiing te hebben. Ook zal men beweging binnen het mengsel willen toelaten. Mengsels die linksonder in de figuur liggen zullen een zeer geringe weerstand tegen vermoeiing hebben. Die rechtsboven liggen hebben de beste vermoeiingsweerstand. 2.5 Volumetrische controle van asfaltmengsels Algemeen In de Standaard wordt in beperkte mate aandacht besteed aan het volumetrisch ontwerpen van asfaltmengsels. Het volstaat met het stellen van eisen aan de Marshalleigenschappen en aan de holle ruimte en de vullingsgraad. Een correctie voor de invloed van verschillen van dichtheden moet alleen worden doorgevoerd voor het bitumengehalte, tenminste indien de gewogen minerale dichtheid groter is dan 2700 kg/m 3 of kleiner dan 2600 kg/m 3 (proef 127). De Marshallontwerpmethode is bedoeld voor het verkrijgen van mengsels met een zo groot mogelijke dichtheid. Marshall ging er blijkbaar vanuit dat dichtere mengsels beter zijn. In veel gevallen zijn ze dat ook, vaak ook niet (zoab). Hij wilde die hoogste dichtheid overigens bereiken door gebruik te maken van zo weinig mogelijk bitumen. Vandaar de korrelopbouw, waarvoor de Füller-kromme de bekende leidraad is. Asfaltkunde, module 2, maart

24 Module 2 In de praktijk blijken mengsels die volgens deze methodiek zijn ontworpen in het algemeen 7 redelijk te voldoen. Helaas blijkt ook regelmatig dat onverwacht spoorvorming optreedt. Dit vindt mogelijk zijn oorzaak in het feit dat de holle ruimte en de vullingsgraad wel een indruk geven van het totale volume aan poriën in een asfaltmengsel, maar ze geven geen informatie over de wijze waarop deze door het asfalt zijn verdeeld. Een volumetrische controle is gewenst, zo niet noodzakelijk, om verrassingen zoveel mogelijk uit te sluiten. Naast het volumeverhoudingen is de korrelgrootte en -vorm van het grove en het fijne aggregaat zeer belangrijk voor de holle ruimte in het totale aggregaat. Een bekend voorbeeld is dat twee zandsoorten, die ieder een holle ruimte van 38% (v/v) hebben, gemengd een holle ruimte van slechts 32% bleken op te leveren (zie module 6). De korrelgrootten vulden elkaar kennelijk zo aan dat de ene in de holle ruimte van de andere paste. Natuurlijke variaties in korrelvorm en korrelgrootte kunnen van grote invloed zijn op de beschikbare holle ruimte. Uit figuur 2-7 blijkt hoe kritisch open asfaltbeton en steenmastiek asfalt zijn voor kleine veranderingen van het zandskelet. Immers, neemt de holle ruimte in dit skelet af en is de hoeveelheid mastiek onveranderd, dan is er grote kans op overvulling en daarmee op grote gevoeligheid voor vervorming De vullingsratio Goos en anderen 8 hebben de term berekende vullingsratio ingevoerd, die gelijk is aan de vullingsratio + 1. Beide controleren op de mogelijkheid een dragend steen- dan wel (zand)korrelskelet te ontwikkelen. Ze stellen daarbij dat, voor het tot stand komen van een dragend zandskelet, het volume van de vulstof en het bitumen samen moet passen in het door de (verdichte) zandfractie ter beschikking gestelde holle ruimte. Voor een dragend steenskelet moet het volume van de vulstof plus bitumen (plus afdruipremmer) passen in de holle ruimte van de combinatie van het verdichte steen - zand. Het begrip is dus net wat anders dan het begrip vullingsgraad. Bij de vullingsgraad gaat het om de vulling van de totale holle ruimte in het verdichte minerale mengsel, bij de vullingsratio gaat het om de hoeveelheid mortel in het zandskelet of om de hoeveelheid mastiek in het steenskelet. Voor een zandskeletmengsel is de berekende vullingsratio gelijk aan het quotiënt van het volume van (bitumen + vulstof + eventuele afdruipremmer) en de holle ruimte in zandskelet. In formulevorm: 7 In het algemeen betekent de bulk, zoals dat op een commodity markt geleverd wordt. Specialere toepassingen of bijzondere verhardingen (bedrijfsterreinen, terminals, opritten) vragen een meer geavanceerde aanpak. 8 D. Goos, A. Houtepen, P. Landa, F. Ysewijn; Beheersen van volumetrische samenstelling tijdens ontwerp en productie; Wegbouwkundige Werkdagen Asfaltkunde, module 2, maart

25 Module 2 V VR = HR mortel s z (2-6) waarin: VR: de berekende vullingsratio [-] V mortel : het volume van de mortel [%v/v] HR s-z : de holle ruimte in het steen zandskelet [%v/v] 9. Als de berekende vullingsratio betrekking heeft op een steenskelet mengsel dient de holle ruimte in het steenskelet genomen te worden. De holle ruimte in het steen zand skelet wordt gegeven door: mzand * HRzand HR s z = + 0,02 * msteen (2-7) (100 HR ) * ρ zand zand waarin m zand : de massa van het zand [% m/m] HR zand : de holle ruimte van het verdichte zand alleen [% v/v] m steen : de massa van het steen [% m/m] ρ zand : de specifieke dichtheid van het zand [kg/m 3 ] De holle ruimte van het verdichte zand (HR zand ) wordt bepaald met de stampvolumemeter van Engelsmann (proef 112 van de Standaard). Door de interactie tussen zand- en steenfractie ontstaat een opruimend effect bij zandskeletmengsels op de holle ruimte van het zand/steenskelet. Dit effect, het bruto volume van het zand, wordt gesteld op 2% van het massapercentage steen 10. Voor de vorming van een dragend zandskelet voor zandskeletmengsels moet de berekende vullingsratio kleiner dan 1,00 tot 1,10 zijn. Bij steenskeletmengsels is de vullingsratio : volume( mortel + afdruipremmer) HRsteen / zandskelet HRsteen / zandskelet (2-8) Voor de vorming van een dragend steenskelet dient de berekende vullingsratio kleiner dan 1,00 te zijn. 9 Het steen zandskelet is in feite een zandskelet, waarin zich stenen bevinden; de stenen zijn een soort versnijding van het zand. 10 P. Verbert, Invloed van de vullingsgraad op de weerstand tegen het vervormen van asfaltmengsels (zandskeletmengsels), Bitumeninfo 37/1979 Asfaltkunde, module 2, maart

26 Module 3 ASFALTKUNDE Praktijk onderbouwd MODULE 3: MECHANICA VAN DE VERHARDING 1 MECHANICA VAN DE VERHARDING KARAKTERISTIEKE VERHARDINGSCONSTRUCTIES Voet- en fietspaden Wegen van de eerste en de tweede orde BEDRIJFSVERHARDINGEN EN OPSLAGTERREINEN STARTBANEN EN OPSTELPLATFORMS VERKEERSBELASTING AS- EN WIELLAST AS- EN WIELCONFIGURATIE BANDENSPANNING EN CONTACTSPANNING Verticale belastingen HERHAALDE, STATISCHE EN DYNAMISCHE BELASTING KLIMAAT EN OMGEVING TEMPERATUUR TEMPERATUURVARIATIES VOCHT BEGROEIING SPANNINGEN, REKKEN EN ELASTISCHE VERVORMINGEN SPANNINGSVERDELING REKVERDELING ELASTISCHE VERVORMING HET BELANG VAN GOEDE HECHTING ANALYTISCHE BENADERING LASTSPREIDING VOLGENS BOUSSINESQ LAAGEQUIVALENTIE VOLGENS ODEMARK BUIG- EN SCHUIFSPANNINGEN COMPUTERPROGRAMMA'S DE INVOERGEGEVENS DE GESCHEMATISEERDE BELASTING DE DIKTE VAN DE LAGEN DE MATERIAALEIGENSCHAPPEN DE MATE VAN HECHTING DE STANDAARDASLAST...17 Asfaltkunde, module 3, maart

27 Module 3 1 Mechanica van de verharding 1.1 Karakteristieke verhardingsconstructies Verhardingsconstructies worden ingedeeld naar het type belasting waarvoor ze ontworpen zijn. Voor elke verhardingen is aan te geven welke belasting te verwachten is en waarop de constructie gedimensioneerd dient te worden. Het maakt een groot verschil of de belasting op de constructie overwegend een statische belasting is, zoals bij parkeerterreinen of opslagterreinen, of dat de belasting overwegend cyclisch van aard is zoals het geval is op autosnelwegen. Met name op grond van het type belasting zal men moeten komen tot een verantwoorde constructie. Het is duidelijk dat naarmate de belasting groter is de optredende spanningen in de weg groter worden. Ook de rijsnelheid daarmee de belastingstijd- is van invloed. Zo is door het visco-elastische gedrag van asfalt de stijfheid afhankelijk van de belastingstijd. De optredende spanningen in de constructie worden hierdoor weer beïnvloed. Een ander effect is dat een bepaald type spoorvorming in asfalt toeneemt wanneer de rijsnelheid lager is. De constructielagen onder de asfaltverharding zijn natuurlijk van groot belang voor het gedrag van de constructie. In deze cursus zal de technologie van ondergrondverbetering, van materiaalkeuze en funderingstechnieken slechts zijdelings behandeld worden Voet- en fietspaden Deze verhardingsconstructies worden niet alleen belast door voetgangers of (brom)fietsers maar zo nu en dan ook door zwaardere voertuigen: grasmaaimachines (op kleine banden), auto's van hulpdiensten, vrachtwagens en personenauto's of motoren Wegen van de eerste en de tweede orde Deze hoofdaders van het wegennet kenmerken zich door de grote verkeersintensiteit en het hoge percentage zware vrachtauto's. 1.2 Bedrijfsverhardingen en opslagterreinen Hier komt eigenlijk uitsluitend langzaam rijdend en stilstaand verkeer voor, waaronder voertuigen als vorkheftrucks. Factoren als massieve rubber wielen (hoge contactspanningen) en manoeuvrerende vrachtwagens (wringing) spelen een rol. Als bijzonderheid kan genoemd worden de zich automatisch voortbewegende transportmiddelen (AGV - Automatic Guided Vehicles) op Asfaltkunde, module 3, maart

28 Module 3 containerterminals. Deze voertuigen rijden in het algemeen precies volgens dezelfde lijn, zodat spoorvorming zich snel kan ontwikkelen. Een veel voorkomende belasting is die van de opslag van goederen in stellingen of containers, met hoge contactspanningen die bovendien langdurig aanwezig zijn. 1.3 Startbanen en opstelplatforms Deze constructies worden blootgesteld aan bijzonder hoge wielbelastingen in een geheel eigen configuratie. De duur van de belasting varieert sterk, waardoor de gestelde eisen nogal uiteen lopen. Uit het oogpunt van duurzaamheid worden bovendien aanvullende eisen aan de verharding gesteld, zoals bestand zijn tegen kerosine. 2 Verkeersbelasting Bij verkeersbelasting moet niet alleen gedacht worden aan rijdend verkeer, ook stilstaande belasting behoort ertoe. Een bijzondere belasting zijn opgeslagen goederen, al dan niet in containers. In het onderstaande wordt de nadruk gelegd op de door vrachtwagens uitgeoefende belasting. Daar waar relevant zullen stilstaande belastingen in de bespreking betrokken worden. 2.1 As- en wiellast De belasting wordt in de eerste plaats bepaald door de grootte van de aslast. Deze is afhankelijk van het totaalgewicht van een vrachtwagen(combinatie) en de verdeling van het gewicht over de assen. De wettelijk toegestane maximale aslast bedraagt in Nederland kg (115 kn, 11,5 ton) voor een aangedreven as en kg (100 kn) voor een niet-aangedreven as. Dit betekent niet dat in de dagelijkse praktijk hogere aslasten niet voorkomen! Door meerdere assen tot een asstel te combineren kan het laadvermogen van een vrachtwagen(combinatie) worden vergroot. De wiellast zal de helft of een kwart van de aslast zijn: dit is uiteraard direct verbonden met de wielconfiguratie op de betreffende as. Het maximale bruto voertuiggewicht is gesteld op kg. Dit gewicht wordt overigens meer bepaald door de verkeersveiligheid dan door de wegbouwkunde. Het is niet eenvoudig een massa van (meer dan) 50 ton met een snelheid van 90 km/uur tot stilstand te brengen. 2.2 As- en wielconfiguratie Voor de optredende spanningen en rekken in de wegconstructie is de onderlinge afstand van de assen van belang, alsmede het type band. Vaak worden meer assen achter elkaar geplaatst om het totale laadvermogen te vergroten en de last op de weg te spreiden. Wanneer een asstel bestaat uit Asfaltkunde, module 3, maart