Ontwerp van Verkeersinfrastructuur. Verharding en opbouw Jan Van Den Bossche Grontmij Antwerpen 5 mei 2014 Vlaamse Stichting Verkeerskunde

Transcriptie

1 Ontwerp van Verkeersinfrastructuur Verharding en opbouw Jan Van Den Bossche Grontmij Antwerpen 5 mei 2014 Vlaamse Stichting Verkeerskunde

2 Overzicht Opbouw: dimensionering Onderfundering Funderingen Drainage Soorten verhardingen flexibele verharding / asfalt stijve verharding / cementbeton Elementenverharding

4 Een weglichaam is opgebouwd uit opeenliggende lagen, elk met een eigen functie, die samen een mechanisch meerlagensysteem vormen die de verkeersbelasting verdelen naar de bodem op een voor de ondergrond aanvaardbare manier. De fundering wordt meestal gebouwd bovenop een onderfundering, ze ondersteunt de verharding met een stabiel draagvlak.

5 Onderbouw: De voornaamste rol van de fundering bestaat erin de lasten van het verkeer te verdelen (via de onderfundering) naar de bodem, en dit met zo weinig als mogelijk te vervormen. De fundering bevindt zich toch nog in de invloedszone van de agressies vanwege vorst en water en moet hier dus ook aan weerstaan. De onderfundering zorgt voor bescherming en ondersteuning van de fundering, ze spreidt de spanningen over de bodem.

6

7 Hoe de invloed van voertuigen op de weg omzetten naar levensduur? Ontwerplevensduur is uitgedrukt door het aantal standaardaslasten (SA) die door de weg gedragen kan worden vooraleer één van de lagen van de structuur bezwijkt. Standaardassen: het aantal reële assen op de weg wordt omgezet naar een aantal standaardassen (80kN, 100 kn of 130 kn) die eenzelfde schade aanbrengen op de weg. Bouwklasse is o.a. functie van ontwerplevensduur (beton = 30 jaar, asfalt = 20 jaar, kleinschalige elementen = 15 jaar). Berekening op basis van de gegevens uit verkeerstellingen en bepaalde aannames.

8 8 Dimensionering: parameters verkeersbelasting Eigenschappen van ondergrond

9 9 Bepalen van verkeersbelasting: mogelijke bronnen Telling uitvoeren Verkeerscijfers van AWV ( Provinciale modellen van verkeerscentrum ( Kencijfers van parkeren en verkeersgeneratie bv CROW (

10 10 Bepalen van verkeersbelasting: aantal standaardassen 100 kn over de levensduur Aantal voertuigen per etmaal Breedte, aantal rijstroken ( verdeling van de wielbelasting in de breedte) Percentage vrachtwagens Omzetting van spectrum van assen naar standaardas van 100 kn Levensduur categorie weg aandeel vrachtw. hoofdweg 25% primaire weg 20% secundaire weg 15% lokale weg 10% Resultaat: aantal standaardassen en bouwklasse B1 tot B10 en BF

11 11 Bouwklassen

12 12 Bepalen van verkeersbelasting: voorbeeld kencijfers CROW Toegangsweg ziekenhuis, rand van stad 650 bedden, m² bvo voertuigen per etmaal = bouwklasse B7

13 13 Standaardstructuren Volgens rekenprogramma van AWV ( Input: bouwklasse, keuze verharding, snelheid Berekent minimum diktes van verharding en fundering om levensduur te behalen Voor fundering keuze schraal beton of steenslag

14 14

15 15 Standaardstructuren Grijs niet gebruiken

17 17 Onderfundering: 2 redenen om te voorzien 1. Vorstvrije diepte: (+/- 65 cm) Als ondergrond vorstgevoelig is (leem tot sterk leemhoudend) gevaar voor opvriezen, dus vervangen door onderfundering 2. Standaardstructuren (verharding en fundering) gaan uit van voldoende draagkracht van ondergrond. Draagkracht onvoldoende als CBR <5%, komt overeen met slagsonde indringing per slag groter dan 27 mm of ook Ckd < 2,6MPa

18 Onderfundering: minimum diktes 18 Bitumineuze en cementbetonverhardingen: minimaal 20 cm Bestratingen in betonstraatstenen: minimumdikte onderfundering

19 19 Onderfundering: volgens granulometrie Types: vooral met zand: Type I: zand (1 laag) of zand (onderlaag) en steenslagzandmengsel (0/40) in afwerklaag met zand en steenslag: Type II: steenslag-zandmengsel (0/56) met lokaal aanwezig grondmateriaal: Type III: stabilisatie van grond (ter plaatse) met kalk, cement of hydraulisch wegenbindmiddel

20 20 Onderfundering: materialen Zandsoorten: (SB250) Natuurlijke zanden Zand van secundaire grondstoffen : Puinbrekerzand Steensoorten: Zand van fysico-chemisch gewassen granulaat Natuursteenslag Kunststeenslag gebroken hoogovenslak rode mijnsteen steenslag van gebroken roestvaststaalslakken Recyclinggranulaat: Betongranulaat menggranulaat (metselwerk- en betonpuinmengsel) / beton- en asfaltgranulaat metselwerkgranulaat niet-teerhoudend asfaltgranulaat Rolgrind

22 Fundering: volgens granulometrie Stenen vormen het geraamte van de fundering. Op basis van elasticiteit: Flexibel: steenslagfundering Rigide: schraalbeton (evt. drainerend; ook walsbeton) Op basis van granulometrie: Niet-continue korrelverdeling:steenskelet met enge korrelverdeling waarvan de holten opgevuld worden door een vulmateriaal (fijn granulaat, zand en/of vulstof) Continue korrelverdeling: samengesteld uit granulaten met opeenvolgende korrelmaat, zodat een doorlopende korrelverdelingskromme ontstaat. Niet of wel gebonden met een bindmiddel Cement, calciumchloride, kalk, vliegas, slak Bitumen(emulsie) 22

23 23 Fundering: types Steenslagfundering met continue korrelverdeling en zonder toevoegsels Type I (0/20) of Type II (0/40) Met toevoegsels behandelde steenslagfundering met continue KV Type I / A of II / A = met cement (50 à 80 kg/m³) Type I / B of II / B = met CaCl 2 Steenslagfundering met niet-continue korrelverdeling : onderlaag: steenslag (20/56 of 32/56) + zand + water afwerklaag: steenslag (20/32) of betonpuin (6/32) + zand + water

24 24 Fundering: keuze van de soort: weinig verkeer: zonder toevoegsels discontinu: als de fundering zeer doorlatend moet zijn continu: in de overige gevallen gemiddeld verkeer: met cement gestabiliseerd steenslag (diktevermindering) druk verkeer: schraal beton (diktevermindering)! gevaar voor reflectiescheurvorming scheurremmende laag (geogrid)

25 Fundering materialen: zandsoorten Natuurlijke zanden Zand van secundaire grondstoffen Gegranuleerde hoogovenslak, brekerzand van hoogovenslak Puinbrekerzand steensoorten Gegranuleerde non-ferroslakken Brekerzand van non-ferroslakken Brekerzand van roestvaststaalslakken Natuursteenslag Kunststeenslag : gebroken hoogovenslak roestvaststaalslakken Recyclinggranulaat: betongranulaat menggranulaat metselwerkgranulaat teerhoudend of niet-teerhoudend asfaltgranulaat 25

27 27 Drainering: wanneer nodig? Ingeval ondoorlatende bodem (kleiachtig) Ingeval hoge grondwaterstand Afwatering naar RWA leiding of waterloop.

29 29 Asfaltverharding Soorten bitumineuze verhardingen De volgende asfaltmengsels worden onderscheiden : AB: asfaltbeton met een zandskelet; APO: asfaltbeton met prestatie-eisen, voor onderlagen; AVS: asfalt met verhoogde stijfheid; ABT: asfaltbeton met een zandskelet, als tussenlaag onder een betonverharding; SMA: splitmastiekasfalt met een steenskelet; ZOA: zeer open asfalt met een steenskelet.

30 30 Toplagen worden aangelegd met asfaltbeton AB-1B, AB-4C, AB-4D en AB-5D; splitmastiekasfalt SMA-B, SMA-C en SMA-D; zeer open asfalt ZOA-B en ZOA-C. Toplagen van fietspaden worden aangelegd met asfaltbeton AB-4C, AB-4D en AB-5D; gietasfalt GA-C, GA-D, GA-E. - Onderlagen, profileerlagen uitgezonderd, worden aangelegd met asfaltbeton APO-A, APO-B, AVS-B, AB-3A en AB-3B;

31 Asfaltverharding: belangrijke factoren bij uitvoering 31 temperatuur van de granulaten bij het verwerken C; omgevingstemperatuur op de werf (onderlagen + 2 C / toplagen + 5 C); Het aanleggen van toplagen is, ongeacht de temperatuur van de lucht, verboden van 1 december tot 1 maart. aanbrengen van een kleefmiddel spreiden van een bitumenemulsie minimale hoeveelheid residueel bindmiddel uitzicht kleeflaag verkeersverbod behandelde lagen; gecertificeerde bitumineuze mengsels enkel aanvaarding COPRO gecertificeerde mengsels nazicht geleverde samenstelling bulkmonsters genomen na finisher controle kenmerken bitumenmonsters;

32 32 Asfaltverharding: verwerken van de asfaltmengsels De bitumineuze mengsels worden verwerkt met de zogeheten spreiden afwerkmachines voorzien van de nodige inrichtingen voor het spreiden, het verdelen en vóórverdichten van de bitumineuze mengsels over een breedte die ten minste gelijk is aan die van een rijstrook. De toplagen worden steeds in éénmaal aangelegd over de volledige breedte. De spreiden afwerkmachine wordt continu bevoorraad. Onmiddellijk na het vlakmaken wordt de verharding gewalst.

33 Asfaltverharding: voegvulling 33 Voegen tussen bitumineuze verhardingen en cementbetonverhardingen of lijnvormige elementen Langse aansluiting uitgevoerd door : wegnemen van een sponning van 8 mm breedte en 20 mm diepte en opvullen met warme voegvullingsmassa; Of plaatsen voorgevormde of ter plaatse warm gevormde voegband.

35 Betonverharding: overzicht: 35 Ongewapende betonverhardingen = platenbetonverhardingen Voegen zonder deuvels Voegen met deuvels Gewapende betonverhardingen Constructief gewapend (bochten, lange platen): structurele of krimpwapening = gewapend platenbeton Doorgaand gewapend beton Niet klassieke betonverhardingen Voorgespannen beton Dikke betonplaten Staalvezelbeton Geprefabriceerde betonplaten

36 36 Betonverharding: voegen platenbeton Functie van de voegen Controleren van de door krimp onvermijdelijke scheurvorming Uithardingskrimp Thermische krimp = belangrijkste Gezaagd(lokale verzwakking) of stortnaad

37 37

38 38 Plaatlengte en -breedte Richtlijnen (eerder vuistregels): Beperk plaatoppervlak tot max. 25 à 30 m² L 5 m L 25 x dikte L/B 1,5 SB 250 : Nominale lengte = 5 m (fietspaden : 4 m) Nominale breedte 4,50 m Beperkend criterium zijn meestal de welfspanningen t.g.v. thermische gradiënt

39 39

40 40

41 41

42 42 Betonverharding: DGB doorlopend gewapend beton

43 Basisprincipes DGB Krimpbeweging opgevangen door langswapening en verdeeld in reeks fijne dwarse scheuren DOEL: verkrijgen van een groot aantal scheuren, die voldoende fijn zijn om waterindringing te vermijden en een goede krachtsoverdracht te verzekeren Langswapening zorgt voor gecontroleerd scheurenpatroon en neemt na het scheuren van het beton de spanningen over Beperkte waterindringing door maximale scheuropening van 0,4 à 0,5 mm Langswapening dient in principe niet voor het opnemen van buigtrekspanningen (maar draagt hier wel in bij) hiertoe wordt beton in voldoende dikte aangelegd Goede lastoverdracht in de scheuren

44 44

45 45

46 Betonverharding: DGB doorlopend gewapend beton verankeringslandhoofd 46 6 ribben om verharding en wapening vast te houden Vermijdt uitzetting van DGB Dubbele wapening voorzien ter hoogte van landhoofd

47 47 Betonverharding: DGB doorlopend gewapend beton: standaardstructuren DGB aangewezen in Bouwklassen 1 tot 5 Voorbeeld bouwklasse B1

48 48 Betonverharding: samenstelling Kwaliteitsvolle en gecertificeerde bestanddelen Specifieke eisen aan zand en stenen in functie van toepassing Cement: klasse 42,5, verplicht LA Luchtbelvormers: hogere weerstand tegen vorst-dooicycli in de aanwezigheid van dooizouten, MAAR verminderen de sterkte Hulpstoffen: juiste dosering, nagaan van compatibiliteit door aanmaak van een proefmengsel

49 49 Granulaten Zand Dmax = 31,5 mm - 20 mm LA, MDW, PSV, vorstbestandheid Gehalte fijn materiaal Recyclage mogelijk in onderlaag van 2-laags beton 0/2 tot 0/4 Gehalte fijn materiaal Beperkt in hoeveelheid Cement CEM I of CEM III/A LA 42,5 (32,5 i.g.v. hoge buitentemperaturen) Water Hulpstoffen (plastificeerders, superplastificeerders, luchtbelvormers, vertragers, versnellers)

51 Elementenverharding 51

52 52 Elementenverharding: dimensionering verkeersklassen

53 53 Elementenverharding: dimensionering standaardstructuren Ontwerplevensduur 15 à 20 jaar

54 54 Elementenverharding: kantopsluiting Altijd noodzakelijk: opsluiten en stutten stenen: stabiliteit voorkomen dat materiaal van straatlaag wegspoelt

55 55

56 56 Elementenverharding: straatlaag Dubbele functie: toelaatbare dikteverschillen in de stenen opvangen stenen vastzetten Continue dikte, +- 3 cm te dik niet verdichtbaar te dun dikteverschillen worden niet weggewerkt ongelijke diktes vervormingen

57 57 Elementenverharding: straatlaag Kiezen ifv. verkeerscategorie : hoe zwaarder verkeer, hoe harder materialen om verbrijzeling tegen te gaan SB250: gehalte aan bestanddelen fijner dan 63µm moet beperkt worden tot 3% maw. stofvrij Granulaatmengsel 0/4 of 0/6.3

58 58 Elementenverharding: straatlaag : problematiek zandcement Alleen lage verkeersbelasting Niet tijdens vorst of regenperiode Te verwerken binnen de 4h Ingebruikname pas na 7 dagen

59 59 Elementenverharding: belang vellingen Vellingen zijn afschuiningen van de hoek van het bovenvlak met de zijvlakken met afmetingen groter dan 2/2 mm. Vermijdt schade tijdens leggen en aftrillen. Noodzakelijk bij zwaar verkeer om vroegtijdige schade te voorkomen. Eventuele kleine hoogteverschillen tussen de stenen zijn minder opvallend

60 60 Elementenverharding: plaatsing

61 61 Elementenverharding: plaatsing

62 Elementenverharding: legverband en randafwerking 62

63 63 Elementenverharding: voegvulling Maximale korrelafmeting 1 mm i.g.v. smalle voegen 0,8 x voegbreedte met een maximum van 8 mm Voorbeelden : Natuurlijk of kunstmatig zand (0/1 tot 0/2, droog en niet plakkend, met minder dan 10 % fijne bestanddelen < 63µ) Opgelet geel-bruin rivierzand veroorzaakt vlekken Regelmatig inzanden trilplaat met rubber- of kunststofzool

64 64 Elementenverharding: plaatsingsvoorschriften Handleiding voor het ontwerp en de uitvoering van verhardingen in betonstraatstenen downloaden via OCW: Of

65 65 Bronvermelding: NAV Vitruvius academy Luc De Bock OCW NAV Vitruvius academy Anne Beeldens OCW NAV Vitruvius academy Christiaan Van Duffel Technum NAV Vitruvius academy Lieve Vyverman FEBE NAV Vitruvius academy Jan Van Den Bossche Grontmij

66 66 Voor vragen en opmerkingen kunt u contact opnemen met: Jan Van Den Bossche T E jan.vandenbossche@grontmij.be