CASESTUDIE A14 (E17) : HERAANLEG WEGVAK ZWIJNAARDE- DEINZE (2011)

Transcriptie

1 CASESTUDIE A14 (E17) : HERAANLEG WEGVAK ZWIJNAARDE- DEINZE (2011) ir. FILIP COVEMAEKER TRBA ir. GORIK DE KOKER AWV ir. YVES DUGAUQUIER CRIC-OCCN ir. LUC RENS FEBELCEM Summary In de periode maart-augustus 2011 werd de rijweg van de A14 tussen Deinze en Gent in beide richtingen heraangelegd in doorgaand gewapend beton. De structurele renovatie van de oude asfalt- en betonverharding en de fundering drong zich op na jaren intensief gebruik. Om de verkeershinder maximaal te beperken, werden de werken vanaf de eerste dag uitgevoerd in een dag- en nachtregime, 7 dagen op 7 en werd de voorziene uitvoeringstermijn, in samenwerking met de aannemer een heel stuk verminderd. Het artikel beschrijft de optimalisatie van de factoren stroefheid, geluid en vlakheid voor eenlaagsbeton die op die werf met succes werd uitgevoerd. Durant la période de mars à août 2011, l autoroute A14 a été reconstruite dans les deux sens entre Deinze et Gand en béton armé continu. La réhabilitation structurale de l ancien revêtement d asphalte et de béton et de la fondation s imposait après des années de trafic intense. Afin de minimiser les embarras de circulation, les travaux ont été exécutés dès le premier jour en travaillant nuit et jour, 7 jours sur 7, réduisant ainsi le délai initial en collaboration avec l entrepreneur. L article décrit l optimisation de la rugosité, de l acoustique et de la planéité du béton monocouche qui a été mis en œuvre avec succès sur ce chantier. 1. Inleiding De A14 tussen Gent en Antwerpen vormt een belangrijke economische verkeersader in Vlaanderen. Als één van de voornaamste toegangswegen tot verschillende havens, waaronder deze van Antwerpen, en als voorname Europese noord-zuidas, wordt de 1

2 verkeerssamenstelling er gekenmerkt door een groot verkeersvolume, ongeveer een voertuigen per 24 uur waaronder een niet te onderschatten aandeel van zwaar vrachtverkeer (20 %). Na veertig jaar intensief gebruik vertoonde deze weg dan ook tal van schadeverschijnselen zoals spoorvorming en uitrafeling. Om het wegcomfort en de veiligheid van de weggebruikers te kunnen blijven garanderen, was het noodzakelijk dat alle rijstroken volledig heraangelegd werden. De werken die in dit artikel worden beschreven, vonden plaats tussen de kilometerpunten 37,5 en 48,9 in de 2 richtingen. 2. Opbouw structuur De oorspronkelijke opbouw bestond uit asfaltbeton met een variërende dikte van 5 tot 30 cm, geplaatst op 23 tot 45 cm beton, op zijn beurt geplaatst op een fundering. Op basis van diverse proeven en metingen werd besloten om ook de volledige fundering op te breken en de snelweg vanaf de onderfundering opnieuw op te bouwen. Tussen de kilometerpunten 37,5 en 47,2 bestaat de nieuwe opbouw van de snelweg uit een fundering van 15 cm walsbeton, een sandwichlaag van 5 cm asfaltbeton met daarop 25 cm doorgaand gewapend beton (DGB). De langs- en dwarswapening voldeden aan volgende voorschriften (volgens SB 250 versie 2.2) Nominale diameter van de langswapening 20 mm en van de dwarswapening 14 mm Tussenafstand tussen de langsstaven 17 cm en tussen de dwarsstaven 70 cm Afstand tussen de bovenste beschrijvende van de langswapening en het oppervlak van de verharding: 8 cm Hoogte van de steunen : 13 cm Tevens werden richting Gent 2 testzones aangelegd. Hierbij werd bij de eerste variante de wapeningssectie verminderd van 0,75 % naar 0,70 %, dit door de langswapeningsstaven (as op as) om de 180mm te voorzien in plaats van om de 170 mm. Bij de andere variante werd de wapeningssectie verminderd van 0,75 % naar 0,65 %, dit door de langswapeningsstaven (as op as) om de 195 mm te voorzien in plaats van om de 170 mm. In dit laatste testvak werd de vermindering van klassieke wapening gecompenseerd door toevoeging van 20 kg staalvezels per kubieke meter beton. Tussen de kilometerpunten 47.2 en 48.9 bestaat de nieuwe opbouw van de snelweg uit een fundering van 20 cm type IA, 2 x 9 cm AVS en een toplaag van 4 cm SMA. 3. Organisatie en planning Om de verkeershinder tot een minimum te beperken, werden de werken opgesplitst in 4 fases, waarvan 2 fases werden uitgevoerd in de zomermaanden juli en augustus van De uitvoeringstermijn werd door de aanbestedende overheid vastgelegd op 240 kalenderdagen. Elke vertraging op deze werktermijn gaf aanleiding tot een boete bij laattijdige uitvoering van per kalenderdag. Om de verkeershinder nog meer te beperken en de veiligheid van de weggebruiker te verbeteren, heeft de aannemer, de TV Stadsbader Flamand - TRBA, een variante planning voorgesteld. De uitvoeringstermijn van deze variante planning was slechts 161 kalenderdagen. Het belangrijkste element om deze planning te kunnen aanhouden was de uitvoering van het doorgaand gewapend beton. Om 2

3 de continuïteit van deze taak te kunnen garanderen, heeft de aannemer er voor gekozen om 2 betonsamenstellingen te laten certifiëren, met telkens andere leveranciers van granulaten en cement, en dit om de continue bevoorrading van grondstoffen niet in het gedrang te brengen. 4. Wegenbeton 4.1 Samenstelling Voor de betonsamenstelling is gebruik gemaakt van CEM III/A 42.5 LA cement. Gezien de grote hoeveelheid die aangevoerd diende te worden, is er gewerkt met twee leveranciers. Dit leverde dan ook geen verschil op voor de twee samenstellingen. Voor de grove granulaten, met name de porfiersteenslag, was de toestand anders aangezien er verschillende korrelfracties werden geleverd door de verschillende leveranciers. De fractie 4/6,3 was identiek voor beide leveranciers en de dosering was dezelfde voor de twee samenstellingen. Dit heeft zijn belang aangezien het deze kleinste steentjes zijn die hoofdzakelijk aan het oppervlak zullen terug te vinden zijn en bepalend zijn voor de oppervlakkenmerken stroefheid en rolgeluid. Het gehalte van de fractie 4/6,3 werd overigens relatief hoog genomen, ca. 24% van de zandsteenslagfractie. Tussen de zeefmaten 6,3 en 20 was er wel een verschil tussen de leveranciers. Voor de eerste samenstelling werden de fracties 6,3/10 en 10/20 aangewend; voor de tweede samenstelling de fracties 6,3/14 en 14/20. Beide oplossingen laten toe om een geschikte korrelopbouw van de totale steenfractie te bekomen maar uiteraard leidt dit tot lichtjes gewijzigde hoeveelheden van de betreffende fracties in de twee samenstellingen. Verder is het lage zandgehalte in beide samenstellingen opmerkelijk. De fractie 0/2 bedraagt nog geen 25% van de totale zandsteenslagfractie wat bijzonder weinig is en wat in principe een compacter en duurzamer wegenbeton zal opleveren. Samenstelling DGB1 Cement Zand 0/1 Zand 0/4 Porfier 4/6.3 Porfier 6.3/10 Porfier 10/20 Plastificeerder Luchtbelvormer water 400 kg 95 kg 379 kg 439 kg 378 kg 512 kg 1.2 kg 0.6 kg 172 kg 3

4 Samenstelling DGB2 Cement 400 kg Zand 0/1 95 kg Zand 0/4 379 kg Porfier 4/ kg Porfier 6.3/ kg Porfier 14/ kg Plastificeerder 1.2 kg Luchtbelvormer 0.6 kg water 172 kg Zandgehalte 0/2 = (fractie 2 mm / inert skelet) 24.6 % Zandgehalte 0/4 =(fractie 4 mm / inert skelet) 26.2 % Zand 0/2 /cement factor 1,11 Zand 0/4 /cement factor 1,18 Water/cement factor 0.43 Luchtgehalte >= 3% Fractie 4/6.3 = fractie 4/6.3 / inert skelet 24.3 % Fractie 4/6.3 = fractie 4 en 6.3 / inert skelet 18.7 % 4.2 Certificatie Het Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk en Technisch Onderzoek van de Cementnijverheid, CRIC-OCCN, stelt zijn ervaring als BENOR certificatie-instelling voor stortklaar beton ter beschikking bij het realiseren van projecten van infrastructuurwerken waarbij beton gebruikt wordt dat formeel nog niet onder het toepassingsgebied van het BENOR-merk valt. Het doel van dit certificatieproces is bijkomende garanties te leveren voor de kwaliteit en de conformiteit van het beton gebruikt in dit project door middel van een gepaste controle en beoordeling door een derde partij. Samen met de aangeduide keuringsinstelling COPRO verzorgt CRIC-OCCN een onafhankelijke opvolging van de productie van beton dat aan deze certificatie onderworpen wordt. Het reglement dat voor deze certificatie wordt toegepast, WBR01, maakt integraal deel uit van het bestek van het project. Voor de werf E werden de twee verschillende samenstellingen van het wegenbeton gecertificeerd en deze certificaten werden per centrale toegekend. Vooraleer overgegaan werd tot het afleveren van een certificaat aan de aannemer die het beton produceerde in een mobiele betoncentrale, werd nagegaan of dit onder de nodige kwaliteitsborging en volgens de regels bepaald door WBR01 en TRA550 gebeurde. Er werd door de keuringsinstelling COPRO een externe audit van het kwaliteitssysteem uitgevoerd om na te gaan of de nodige procedures en instructies in de productie-eenheid aanwezig zijn en degelijk toegepast worden. 4

5 Er werd eveneens geverifieerd of het voorafgaandelijk betononderzoek resultaten oplevert die beantwoorden aan de eisen van het bestek en of de resultaten bij het proefdraaien overeenstemmen met de resultaten van dit betononderzoek. Tijdens de uitvoeringsfase werden de productie-activiteiten volgens een strikt controleschema opgevolgd en werd onder andere gecontroleerd of de proefresultaten aan de eisen van het bestek voldeden. Andere belangrijke aandachtspunten waren de ingangscontrole en opslag van de grondstoffen, de controle van de geproduceerde samenstellingen en de bijsturingen die de aannemer heeft moeten toepassen. De externe controlebezoeken werden met een frequentie van 1 per 24u productie uitgevoerd. Bij elk bezoek werd door de keuringsinstelling een monster genomen. Voor bepaalde granulaten werd in functie van hun eigenschappen of hun certificatiestatus nog een bijzondere opvolging gegeven door de aannemer. De continue opvolging door de certificatie-instelling en de keuringsinstelling van het wegenbetonproject in het kader van het structureel onderhoud van de E17 liet toe de nodige bijsturing aan productie en productiecontrole te initiëren om de conformiteit van het door de aannemer geplaatste beton te bevorderen. De betonstudie leverde gegevens op over de twee gebruikte betonsamenstellingen. Samenstellingen werden bijgestuurd bij de startproductie. Deze aanpassingen werden door de keuringsinstelling en door de certificatie-instelling opgevolgd. De controlebezoeken en monsternemingen door de keuringsinstelling lieten toe de nodige gegevens te verzamelen over de kwaliteit van het beton tijdens de uitvoeringsfase. 5. Kenmerken van het verwerkte beton 5.1 Kenmerken van het verse beton De kenmerken van het verse beton werden door de aannemer gemeten op de werf, dit in het kader van de zelfcontrole die voorzien is in de certificatieprocedure. Deze metingen werden steekproefsgewijs bijgewoond door het controleorganisme Water-cement factor Deze wordt bepaald door droogbranding van een monster van de betonsamenstelling. De maximale waarde voor de water-cementfactor is 0,45 (Standaardbestek 250). Zoals uit de betonsamenstelling al kon blijken en bevestigd wordt door de metingen, lag de W/C factor voor deze werf beduidend lager. 5

6 Figuur 1 : W/C factor DGB1[%] Figuur 2: W/C factor DGB2[%] Luchtgehalte Het luchtgehalte wordt gemeten met de aërometer op de werf en dient minstens 3% te bedragen. Aangezien een hoger luchtgehalte een negatieve invloed heeft op sterkte en waterabsorptie (lagere druksterkte; hogere waterabsorptie) komt het er voor de aannemer op aan om te voldoen aan het minimum gehalte van 3% zonder dit te veel te overschrijden. Figuur 3: Luchtgehalte DGB1 [%] Figuur 4: Luchtgehalte DGB 2 [%] 6

7 5.1.3 Vochtige volumieke massa (VVM) Figuur 5: VVM DGB1 [kg/m³] Figuur 6: VVM DGB2 [kg/m³] 5.2 Kenmerken van het verharde beton, a posteriori proeven Druksterkte na 7 dagen De druksterkte op kubussen met zijde 15 cm op een ouderdom van 7 dagen werd bepaald door een extern labo in opdracht van de aannemer in het kader van de zelfcontrole, voorzien in de certificatieprocedure. De te behalen waarde bedraagt 40,5 MPa; het betreft hier geen contractuele eis. Figuur 7: Druksterkte na 7 dagen DGB1 [N/mm²] Figuur 8: Druksterkte na 7 dagen DGB2 [N/mm²] 7

8 5.2.2 Druksterkte na 28 dagen De gemiddelde druksterkte op kubussen, bewaard in het laboratorium, met zijde 15 cm op een ouderdom van 28 dagen werd bepaald door een extern labo in opdracht van de aannemer in het kader van de zelfcontrole, voorzien in de certificatieprocedure. De te behalen waarde bedraagt 52,3 MPa; het betreft hier geen contractuele eis. Figuur 9: Druksterkte na 28 dagen DGB1 [N/mm²] Figuur 10: Druksterkte na 28 dagen DGB2 N/mm²] Waterabsorptie na 60 dagen De proef ter bepaling van de waterabsorptie door onderdompeling wordt uitgevoerd op een minimale ouderdom van 60 dagen en het resultaat is een maat voor de duurzaamheid van het beton. De toegelaten maximale waarden voor een beton met luchtbelvormer zijn 6,3 % gemiddeld en 6,8 % individueel. De gemeten waarden op deze werf liggen beduidend lager en wijzen op een bijzonder compact beton. Figuur 11: Waterabsorptie na 60 dagen DGB1 [%] Figuur 12: Waterabsorptie na 60 dagen DGB2 [%] 8

9 5.2.4 Betondikte Het betreft hier de contractuele controlemetingen uitgevoerd op boorkernen door het Bestuur. De ontwerpdikte van 25 cm is de minimaal te behalen gemiddelde dikte. Individuele afwijkingen tot 95% van de ontwerpdikte, in dit geval tot 23,75 cm, worden toegelaten. Figuur 13: Betondikte per km over volle breedte DGB1 [mm] Figuur 14: Betondikte per km over volle breedte DGB2 [mm] 9

10 5.3 Oppervlakkenmerken Stroefheid Het betreft hier de controlemetingen uitgevoerd door de opdrachtgever AWV met behulp van de SCRIM. De minimale eis voor de dwarswrijvingscoëfficiënt (gemiddelde per hm) bedraagt 48. Figuur 15 : Stroefheid DGB1 per rijstrook Figuur 16: Stroefheid DGB2 per rijstrook 10

11 5.3.2 Geluid In het kader van de geluidsactieplannen, opgelegd door een Europese richtlijn, voert het Agentschap Wegen en Verkeer geluidsmetingen uit op haar wegennet. Voor de meting van het rolgeluid wordt gebruik gemaakt van een akoestische aanhangwagen die de zogenoemde CPX (Close Proximity) metingen uitvoert bij een snelheid van 80 km/u. Uit de metingen blijkt dat dit geoptimaliseerd uitgewassen eenlaags DGB eenzelfde niveau van rolgeluid behaalt als een oppervlak in steenmastiekasfalt met een maximale korrelafmeting van 10 mm (SMA C). CPX metingen op E17 vak type verharding jaar d(b)a aanleg E17 Deerlijk - Gent SMA C ,3 E17 Kortrijk - Franse grens SMA C6 101,0 E17 Kortrijk - Franse grens SMA C1 2011/ ,8 E17 Kortrijk - Franse grens SMA D ,8 E17 Temse - St Niklaas DGB 0/ ,8 E17 De Pinte - Kortrijk DGB 0/ ,7 E17 De Pinte Kortrijk DGB 0/20_4/ ,0 E17 Deinze - Gent DGB 0/20_4/ ,8 Tabel 1: CPX metingen E17 11

12 Figuur 17: CPX metingen E17 [db(a)] 6. Invloed van uitvoering en betonsamenstelling op de oppervlakkenmerken van het wegdek. Uit binnen- en buitenlandse ervaringen is duidelijk gebleken dat het chemisch uitwassen van een betonoppervlak, wanneer de juiste granulaten gebruikt worden ( in het bijzonder stenen met een hoge weerstand tegen polijsting, uitgedrukt door de Polished Stone Value (PSV)), leidt tot een goede en bovendien duurzame stroefheid van het wegdek. Deze ervaringen worden ook in dit project bevestigd. De vlakheid van het betonoppervlak wordt niet alleen beïnvloed door de betonsamenstelling (bvb het invallen van de boorden van het beton). Het type glijbekistingmachine, de continuïteit van bevoorrading, de continuïteit van het betonneren, de snelheid van de betonmachine, de ervarenheid van de mensen die het beton plaatsen, de effenheid van de sandwichlaag, het plaatsen van de geleidingsdraad, zijn diverse belangrijke factoren die de vlakheid kunnen beïnvloeden. De vlakheid is niet alleen bepalend voor het rijcomfort van de weggebruikers maar heeft ook een aandeel in het rolgeluid dat geproduceerd wordt door de interactie band-wegdek. De meest bepalende factor voor het rolgeluid is echter de oppervlaktextuur. De theorie meldt dat, in geval van een gesloten (niet-poreus) wegoppervlak, de textuur moet bestaan uit een homogeen patroon van dicht gepakte maar niet periodiek verdeelde kleine steentjes (6 à 10 mm) met een textuurdiepte van ca. 1 mm. Dit is precies wat er in dit project werd bereikt dank zij het hoge aandeel van porfiersteenslag 4/6,3 in het betonmengsel alsmede het krachtige trillen door de trilnaalden van de glijbekistingmachine waardoor de kleinere steentjes naar het oppervlak komen en de grotere dieper wegzakken in het verse beton. De goede pakkingsdichtheid van de fijne steentjes was dan ook goed visueel waarneembaar na het uitwassen. 12

13 7. Besluit Voor deze werf werden de oppervlakkenmerken van het wegdek, met name de combinatie stroefheid, geluid en vlakheid met succes geoptimaliseerd voor de uitvoeringswijze van doorgaand gewapend beton in één enkele laag.. Aan de basis van dit succes lagen o.a volgende factoren : Een grondige studie en voorbereiding van de betonsamenstelling; De certificatie- en controleprocedures; De inzet van kwalitatief personeel en materieel op de werf; De goede samenwerking tussen de verschillende partijen; o.a. AWV, het OCCN- CRIC, het controle-organisme COPRO en de aannemer. 13