Gedrag van hoogovenslakken in wegfunderingen

Transcriptie

1 Bijlage bij brief van GS aan de commissie Economie en Mobiliteit d.d. 10 januari 2006 reg.nr Gedrag van hoogovenslakken in wegfunderingen Inleiding In de periode van 1972 tot 1995 was het gebruikelijk om de nieuw aan te leggen provinciale wegen te voorzien van een fundering van hoogovenslakken. Bij de bereiding van ruw ijzer in de hoogovens komt als restproduct grote hoeveelheden hoogovenslakken vrij. Deze slakken werden in grote hoeveelheden gestort als afval. Dit was reden voor het Rijk (Rijkswaterstaat) om hiervoor duurzame toepassingen in de wegenbouw te zoeken. Toepassen van deze hoogovenslakken als funderingsmateriaal in de wegenbouw bleek een goede fundering met uitstekende constructieve eigenschappen op te leveren waardoor kon worden volstaan met een dunner asfaltpakket (een besparing van ca 7,5 cm asfalt bij een funderingsdikte van 25 N366 Vleddermond-Kruisstraat cm). Bovenstaande, alsmede het ontbreken van goedkopere alternatieven, was voor veel wegbeheerders waaronder de provincie Groningen, aanleiding het beleid van het Rijk op dit gebied te volgen. Hoogovenslakken zijn op grote schaal als wegfundering toegepast in Nederland. Het provinciale wegennet bestaat voor ca. 70 km lengte uit wegen met funderingen waarin hoogovenslakken zijn toegepast. Na een aantal jaren vertonen een aantal weggedeeltes schade die toe te schrijven is aan de eigenschappen van deze hoogovenslakken als funderingsmateriaal. De schade uit zich in de vorm van spatten en/of bloemkoolvorming en treedt in de meeste gevallen pas jaren na de aanleg op. Door uitzetting van het materiaal ontstaan hoge spanningen in de fundering met als gevolg dat deze bezwijkt en uit elkaar spat. De verharding wordt opgedrukt op de plaatsen waar de fundering gespat is. Hierdoor ontstaan dwarsribbels en bulten op de weg. Dit spatten begint 5 tot 10 jaar na de aanleg van de weg. Het probleem doet zich overal in Nederland voor. In de fundering van de N362 tussen de N33 (km 0) en de rotonde bij Weiwerd (km 5) zijn slakken toegepast die vrijkomen bij de verbranding van afval, de zogenaamde AVI slakken. Dit afvalproduct is ook goed bruikbaar als funderingsmateriaal. Het is in theorie mogelijk dat hier als gevolg van plaatwerking ook spatten ontstaan. Tot nu toe is dit niet het geval. Wel zijn in dit wegvak, mogelijk als gevolg van inhomogeniteit in het materiaal,enkele bezweken plekken ontstaan die gerepareerd moeten worden. Om deze reden is dit wegvak in de inventarisatie meegenomen. Beschrijving van de schade Spatten Vanwege het hydraulische karakter van de hoogovenslakken is in de loop van de tijd plaatvorming opgetreden. Onder bepaalde condities zal deze plaat uitzetten. In dwarsrichting geeft deze uitzetting geen problemen omdat door de (vaak) beperkte breedte en het ontbreken van opsluiting nauwelijks spanning wordt opgebouwd. In de lengterichting kan de spanning, onder invloed van bijvoorbeeld temperatuurstijgingen, wel worden opgebouwd. Op de plaatsen waar de Spat

2 spanning te hoog oploopt en de druksterkte van het materiaal onvoldoende is bezwijkt de plaat en wordt het asfalt omhoog gedrukt in de dwarsrichting van het wegdek. Hier ontstaan de zogenaamde spatten. Deze spatten vormen, afhankelijk van de sterkte en homogeniteit van de hoogovenslakken, op min of meer regelmatige afstanden grillige dwarsrichels in de weg. Ze zorgen voor een afname van het rijcomfort en de verkeersveiligheid en leveren een toename van de geluidsproductie op. De schade die op de verschillende wegvakken is opgetreden vertoont grote gelijkenis. Echter, de ernst, de omvang en de onderlinge afstand tussen de spatten verschilt per wegvak in sterke mate. De conclusie kan worden getrokken dat de plaatvorming in combinatie met de inhomogeniteit van het materiaal de belangrijkste veroorzaker is van de schade. Bloemkoolvorming Hoogovenslakken bevatten kalk. Bij de afkoeling van de hoogovenslakken met water wordt deze kalk geblust. Het blijkt echter dat er in sommige partijen in het verleden nog een deel van de kalk als vrije kalk in het materiaal aanwezig is. Als deze vrije kalk in contact komt met water vindt er een reactie plaats die gepaard gaat met een volumevergroting. Als deze reactie aan de bovenzijde van de fundering optreedt, ontstaat er door de volumevergroting een bobbel op het wegdek met een hoogte van enkele centimeters tot soms 5 cm, een zogenaamde bloemkool. Als deze vrije kalk zich aan de onderzijde van de fundering bevindt ontstaat de bloemkool naar onderkant. Dit is direct niet zichtbaar, maar na enige tijd bezwijkt de verharding op deze plaatsen en ontstaan er kuilen en gaten in het wegdek. Bloemkoolvorming Ter plaatse van de spatten en de bloemkolen is de fundering vergruisd. De plaatwerking is verdwenen en hierdoor is de draagkracht op deze plaatsen ook sterk gereduceerd. Er rest niet meer dan een goede kwaliteit zandbed. De bij de aanleg beoogde homogene constructie is deels verdwenen. De asfaltconstructie op deze wegvakken is gedimensioneerd op basis van een hoogwaardige fundering en is op deze plaatsen dus te licht. De asfaltconstructie is onder de verkeersbelasting op deze plaatsen soms volledig bezweken. Mogelijke Oplossingen Bezweken plek Er zijn proeven gedaan met het aanbrengen van voegconstructies in de fundering. In de praktijk is gebleken dat dit, vooral als er relatief weinig spatten zijn, een goed resultaat heeft. Sinds 2000 heeft de afdeling wegbeheer bij het onderhoud van de wegvakken met hoogovenslakken funderingen de spatten verwijderd, ter plaatse een nieuwe meer flexibele fundering aangebracht en vervolgens is het gehele wegvak overlaagd. Dit was alleen mogelijk bij wegen met relatief weinig spatten. In de meeste gevallen zijn hiermee goede resultaten behaald doch in enkele gevallen zijn na de overlaging toch nog weer enkele nieuwe spatten ontstaan. Deze nieuwe spatten worden weer op dezelfde manier gerepareerd. In de onderstaande lijst is aangegeven welke wegvakken inmiddels een onderhoudsmaatregel hebben gehad waarbij de gespatte fundering plaatselijk is vervangen. Op deze manier kan het merendeel van de problemen met hoogovenslakken worden opgelost of onder controle worden gehouden. Op de N361 tussen Menneweer en Lauwersoog zijn de spatten weggefreesd en is in 2003 een conserverende oppervlaktebehandeling aangebracht. Hierbij is gebruik gemaakt van lichtgekleurde steenslag. Door het aanbrengen van deze lichtgekleurde oppervlakte werden minder hoge temperaturen in de weg verwacht. De 2

3 verwachting was dat hiermee ook de uitzetting in de hoogovenslakken zou worden beperkt. Dit is niet helemaal uitgekomen, maar het lijkt er tot nu toe wel op dat de spatvorming minder snel toeneemt dan voorheen. Inmiddels moest hier op een plaats weer een spat worden weggefreesd. Door deze maatregel behoort dit wegvak voorlopig niet meer tot de hoogste urgentieklasse. De ontwikkeling van spatten op dit wegvak wordt in de gaten gehouden. Verder zijn op de N366 een tweetal proefvakken aangelegd. De resultaten hiervan worden in deze notitie besproken bij de te kiezen oplossing. Actuele situatie van de provinciale wegen in Groningen De afdeling Wegbeheer heeft een inventarisatie gemaakt van de wegvakken met een fundering van hoogovenslakken. De wegvakken zijn beoordeeld op de aanwezigheid van spatten en bloemkolen op de schaal 1 t/m 5. (1 is geen of weinig schade, 5 is ernstige schade) In de kolom onderhoud is aangegeven wanneer en welk soort onderhoud de laatste jaren is uitgevoerd. De schadebeoordeling is gebaseerd op de huidige situatie na het uitvoeren van onderhoud. Achter het jaar van onderhoud is de maatregel aangegeven waarbij: ¹) = oppervlakte behandeling of micro deklaag. De spatten zijn eerst verwijderd door te frezen. De lichtgekleurde oppervlaktebehandeling zorgt voor lagere temperaturen in de weg en hierdoor vertraagt de spatvorming. Het heft het probleem niet op. ²) = overlaging De fundering ter plaatse van de spatten is vervangen. Dit was enkel mogelijk bij wegvakken waar de spatten niet te dicht bij elkaar zaten. Incidenteel zijn na dit onderhoud nog nieuwe spatten ontstaan die achteraf moeten worden verwijderd. Het probleem is onder controle en goed beheersbaar. ³) = reconstructie Dit betreft veelal een kort wegvak bijv. de aanleg van een rotonde of verbetering van een kruispunt. Hier is een volledig nieuwe verharding met fundering aangebracht. Het probleem is opgelost. Weg Van Tot Naam Aanleg L B Opp. Onderh Beoord. N Menneweer-Lauwersoog Marneweg , ¹) 3 N Noorderhoogebrug-Van Starkenborghkanaal , ¹) 1 N Zuidtangent (AVI slakken) , N Wegomlegging Nieuwe Pekela , ¹) 5 N Vleddermond-Kruisstraat , N Adriaan Tripweg-Ommelanderwijk (dubbel) , N Aansluiting Alteveer , N Rondweg Winschoten , ²) 1 N Aansluiting Turfweg Nw. Pekela (dubbel) , ³) 1 N Aansluiting Raadhuislaan , ³) 1 N Omlegging Boerakker , N Sebaldeburen-Grijpskerk , ¹) 2 N Omleiding Grijpskerk , N Grijpskerk-Hoekje , ¹) 1 N Hoekje-Lauwerzijl , ¹) 1 N Lauwerzijl-Nittersweg , ¹) 1 N Oude Pekela-Winschoten (dubbel) , ³) 1 N Sellingen-Ter Borg , ²) 1 N Oostereinde-Ekamp , N Oostereinde-Ekamp , N St. Annen-Ten Boer , ¹) 1 N Bedum-N , ²) 1 N Loppersum-Garrelsweer , ¹) 1 N Delfzijl-Holwierde , ²) 1 N Garsthuizen-Zandeweer , ¹) 1 Totalen

4 Uit de bovenstaande tabel blijkt dat van de 70 km provinciale weg met een fundering van hoogovenslakken nog twee wegvakken resteren met ernstige schade (een 5 score). Dit zijn: 1. Het wegvak van de N366 km (Vleddermond - Kruisstraat). De schade aan dit wegvak bestaat voornamelijk uit bloemkoolvorming. Het wegvak is de laatste jaren erg verslechterd. Het wegfrezen van de bobbels is niet meer toereikend. Plaatselijk is zowel de deklaag als de tussenlaag volledig weggefreesd en op steeds meer plaatsen bezwijkt de asfaltconstructie als gevolg van het wegvallen van de plaatwerking van de fundering. Het wegvak is inmiddels zo slecht geworden dat er waarschuwingsborden geplaatst moesten worden. Voor dit wegvak geldt dat binnenkort een meer of minder grootschalige herstelmaatregel moet worden uitgevoerd. 2. Het wegvak van de N366 km (wegomlegging Nieuwe Pekela). De schade aan dit wegvak bestaat uit soms dicht bij elkaar liggende spatten. Dit wegvak heeft in 2002 gedeeltelijk een behandeling met een micro deklaag gehad. Voor dit wegvak is de urgentie hierdoor nu iets minder hoog. Hier is nog van afgezien van het plaatsen van waarschuwingsborden omdat op dit wegvak reeds een snelheidsbeperking van 80 km/h geldt. Een reparatiemaatregel kan nog enkele jaren worden uitgesteld Van de overige wegvakken is het vak N361 tussen Menneweer en Lauwersoog (de Marneweg) met een score 3 mogelijk nog een toekomstig probleem. De spatvorming op alle overige wegvakken is van dien aard dat dit met behulp van plaatselijke reparaties ook voor de toekomst kan worden opgelost. Herstelmaatregelen Voor het wegvak Vleddermond-Kruisstraat is de urgentie nu zo groot dat dit jaar maatregelen moeten worden getroffen. Minimaal moet er een nieuwe deklaag worden aangebracht. Omdat het dan toch om een forse investering gaat is het gewenst het effect van een nieuwe deklaag nog eens tegen het licht te houden en ook andere mogelijke oplossingen erbij te betrekken. Er zijn een aantal herstelmaatregelen beschouwd die zijn op te delen in twee hoofdcategorieën. Dit zijn: I. Het vervangen of renoveren van de gehele constructie Bij deze maatregel wordt alle asfalt verwijderd en wordt de fundering opgebroken en vervangen door nieuw materiaal of bewerkt en opnieuw aangebracht. Het bewerken van de fundering kan op locatie worden gedaan of ter plaatse door middel van het doorfrezen en opnieuw verdichten met toevoeging van toeslagmaterialen en/of bitumen. Het asfalt kan worden hergebruikt. Voor de hoogovenslakken heeft een indicatief materiaalonderzoek uitwezen dat deze voor hergebruik geschikt zijn. Nader onderzoek volgens het bouwstoffenbesluit zal dit nog moeten bevestigen. Deze bewerkingen zijn effectief maar erg kostbaar. Het probleem wordt met deze maatregelen definitief en duurzaam opgelost. De prijs zal afhankelijk van de te kiezen maatregel liggen tussen 60,-- en 110,-- per m². II De fundering in stand laten en het wegvak overlagen Er worden een of meerdere asfaltlagen aangebracht nadat de plaatselijke schade is hersteld. Deze reparatiemethode is op twee plaatsen als proef reeds toegepast. In 2000 zijn op de slechte vakken van de N366 twee proefvakken aangelegd. 1. Nieuwe Pekela Hier is 0,05 m asfalt weggefreesd en daarna is 0,08 m asfalt weer aangebracht. Binnen enkele jaren kwamen de spatten gedeeltelijk weer op dezelfde plaatsen terug. In vergelijking met de naast de proefstrook gelegen rijstrook waren de spatten wel kleiner. Op dit moment is de spatvorming weer zo groot dat het wegdek weer vlak moet worden gefreesd. Daarmee kan de levensduur van deze maatregel worden gesteld op ca. 6 jaar. 2. Vleddermond Op dit proefvak is de deklaag vervangen door een nieuwe deklaag. Binnen een jaar kwamen de spatten weer op dezelfde plaatsen door de nieuwe asfaltlaag terug en na twee jaar moest er weer gefreesd worden om de weg vlak te houden. Inmiddels is de toestand van dit poefvak weer vrijwel gelijk aan de aanliggende vakken. De levensduur voor een nieuwe deklaag is aan de hand van deze ervaring te stellen ca. 4 jaar. 4

5 De prijs van een overlaging is afhankelijk van de aan te brengen laagdikte en zal liggen tussen 13,--/ m² voor een deklaag en 25,--/ m² voor een zware overlaging. Uit de ervaring met de proefvakken blijkt dat de overlagingsdikte van invloed is op de levensduur van de maatregel. Het aanbrengen van een zware versterkingslaag geeft op grond van de ervaring met de proefvakken in ieder geval een oplossing voor een periode van 10 jaar. Hierbij geldt dat de levensduur langer kan worden als de slakken uitgewerkt zijn. We moeten ons hierbij realiseren dat dit bij het vak Kruisstraat- Vleddermond met de bloemkoolvorming het geval is als de vrije kalk geblust is. Het is niet te voorspellen wanneer dit het geval is. De weg ligt er nu ca. 20 jaar en er ontstaan, in afnemende mate, nog steeds bloemkolen. Een zware overlaging heeft het voordeel dat er een behoorlijk gewicht op de fundering wordt aangebracht waardoor minder snel nog nieuwe spatten en/of bloemkolen zullen ontstaan. Conclusies Zowel op basis van de financiële en de technische argumenten wordt voor het wegvak N366 km (Vleddermond-Kruisstraat) gekozen voor het repareren van de huidige asfaltconstructie en het aanbrengen van een zware overlaging. De toestand van de wegvakken N366 km (wegomlegging Nieuwe Pekela) en N361 km (Menneweer-Lauwersoog) is zodanig dat voor deze wegwakken nog rekening moet worden gehouden met een zware maatregel in de (nabije) toekomst. Dit betreft totaal 20 km weglengte. 5