Asfalt en bitumendag. 20 november 2008

Transcriptie

1 Asfalt en bitumendag 20 november 2008

2 Verhardingsontwerp Prof.dr.ir. André Molenaar TU-Delft

3 Verhardingsontwerp Ontwerpen van verhardingen is meer dan alleen asfalt. In Zuid-Afrika asfalt 10% van totale dikte. In Nederland: asfalt 40% van totale dikte. Desalniettemin beperken we ons vandaag tot het ontwerp van de asfaltdikte.

4 Is dit een goed ontworpen en aangelegde asfaltlaag?

5 Gedrag en ontwerp Succesvol ontwerp succesvolle constructie. Succesvolle constructie kan niet zonder succesvol ontwerp.

6 Wat geeft meer schade? (5000 kg) (50 kg) (5 10 kg/cm 2 ) (25 50 kg/cm 2 )

7 Conclusie Gewicht van de olifant bepaalt de dikte. Contactspanning van de dame stelt hoge eisen aan het wegoppervlak! Schematiseren van de belasting mag voor dikte-ontwerp, maar niet voor analyse oppervlak-schade. Schematiseren van materiaalgedrag mag voor dikte-ontwerp, maar veel minder voor fenomenen die aan het oppervlak optreden.

8 Wiellast, bandspanning, contactdruk (PhD Groenendijk, 2008)

9 Speelmogelijkheden bij gegeven belasting Dikte-ontwerp: dikte en materiaaleigenschappen. Oppervlakschade: materiaaleigenschappen. deklaagscheurvorming spoorvorming rafeling

10 Invloedsfactoren hoeveelheid rafeling 5 jaar na aanleg (SHRP-NL data base) Bitumengehalte 31% Holle ruimtepercentage 10% Percentage grof aggregaat 7% Aantal koude dagen 24% Verkeer 28% Mengseleigenschappen bepalen voor 48% de hoeveelheid rafeling. PhD Miradi, 2008

11 Scheurvorming Vermoeiingslangsscheuren en krakelee in het wielspoor. Het meeste is top down!!

12 Oeps!!!! Klopt onze dimensioneringstheorie nu wel? Die zegt ons immers dat scheuren van onderaf groeien!

13 Rekontwikkeling onderin asfaltlaag waargenomen in LINTRACK vak Er gebeurt dus van alles onderin! Asfaltlaag wordt slapper = schade! (PhD groenendijk, 1998)

14 Onderin ontwikkelt zich zoiets als een schadegebied scheur. Schade Schade onderin uit zich niet als discrete scheurvorming maar als desintegratie.

15 Scheurvorming bovenin Aanzienlijke schuifspanningen aan oppervlak. Veroudering. Klimaatseffecten. Dit alles resulteert in discrete langsscheurvorming. SCW werkgroep B-12 heeft in 1987 al aangegeven hoe e.e.a. te tackelen.

16 Vermoeiing Type proef (2p buig, 4p buig, indirecte trek etc, geometrie-invloed) Uitvoering proef (kracht of verplaatsing gestuurd) Healing Veroudering

17 Vermoeiingsweerstand is proefstukeigenschap GEEN materiaaleigenschap N 10 6 indirecte trek; last contr. 4 p buig; last contr. 4 p buig; verpl contr (MSc van Alphen, 1983) ε [μm/m]

18 Vermoeiingsrelatie log N = k 1 ε -n n k 1 = materiaaleigenschap = hangt af van type proef, geometrie, uitvoering, materiaaleigenschappen, healing, versporing.

19 Calibratie Calibreer eerst de apparaten. Dan round robin met op centrale plek gemaakte balken. Dan round robin met zelf vervaardigde balken.

20 Vermoeiingsproef op bitumineuze mortels Gedissipeerde energie benadering poetst al veel weg! Fatigue life, N W = σ d ε Dissipated Energy Dus: VEROAD voor vermoeiing!? (Huurman, LOT, 2007)

21 Hysteresis longitudinale rek / spanning 210 mm asfalt, 80 km/h 0,8 spanning [MPa] 0, , rek [mu/m] (KOAC-NPC) Enkel single Dubbellast single

22 Modern rekenen Moderne programma s verdisconteren: - Verkeersspectrum (last, snelheid, wielconfiguratie) minder standaardaslasten - Eigenschappen van alle individuele mengsels niet dezelfde eigenschappen toekennen aan alle asfaltmengsels - Betrouwbaarheid van gegevens en uitvoering verkeerstelling, uitvoering, spreiding mengsels Asfalt is visco-elastisch: reken dan ook visco-elastisch en bepaal naast vermoeiing ook de spoorvorming. Beschouw gedissipeerde energie tgv normaal en schuifspanningen. N.B. alle nodige gegevens worden bepaald in de Type (KOAC-NPC) Tests

23 Healing of het zelfherstellend vermogen van asfalt Instantane healing (het op elkaar drukken van de scheurranden). Lange termijn healing door diffusie. Let op!!!!! We praten over schade op microniveau! Macroscheuren healen niet.

24 Healing Healing hangt sterk af van de oppervlakspanningen (surface free energies). lucht lucht bitumen steen bitumen steen Cohesieve healing: bitumentype is van belang. Adhesieve healing: bitumentype en aggregaatsoort zijn beide belangrijk. Veroudering vermindert healing eigenschappen. (PhD Groenendijk, 1998)

25 Effect van healing zal hier beperkt zijn. (PhD Nguyen, 2005)

26 Conclusie Healing is een moeilijk te pakken fenomeen. Maar: het geven van een healingfactor x aan een bekend mengsel en een factor 1 aan een onbekend mengsel is onmacht en ontoelaatbaar. Benader healing fundamenteel. Maken van relatieve ranking is nu mogelijk. Absolute ranking is deels mogelijk door onderzoek aan mortels.

27 Modernste rekenmethoden Rollende wiellasten. Schade-initiatie. Herverdeling van spanningen. Schadepropagatie.

28 Uniaxiale druk- en trekproef Drukproef Trekproef (PhD Erkens, 2002)

29 Faalomhullenden bij 5 o Cen reksnelheid van 0.1 %/s sqrt(j 2 ) [N/mm 2 ] schuifspanning DAC concrete B SMA PAC EME 1 normaalspanning I 1 [N/mm 2 ]

30 Modellering Respons en Falen. F(σ, ε, T) = κ κ= κ(w p,...) σ 2 σ σ 1 1 ε

31 Simulatie splijtproef (PhD Erkens, 2002 PhD Medani, 2006)

32 15 cm asfalt op 30 cm fundering vormverandering volumeverandering total damage N=1000 N=5000 N=9000

33 Conclusies Dimesioneren is veel meer dan het maken van een Care sommetje. De zwakte zit in de vaak onnodige simplificaties en vooral in de zwakke materiaalmodellen. Voor het kunnen kwantificeren van risico s en bepalen nuttig effect van nieuwe materialen is gebruik van betere reken- en materiaalmodellen nodig. Er kan nu al heel veel.

34 Dank u voor uw aandacht