2015 03 ct - gewapende feiten over asfaltwapening

Click here to load reader

  • date post

    19-Jul-2015
  • Category

    Science

  • view

    237
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of 2015 03 ct - gewapende feiten over asfaltwapening

  • nummer 3 2015

    2

    Verkeer, Wegen & Mobiliteit

    Nieuwe inzichten op effectiviteit carbon en stalen asfaltwapening

    Gewapende feiten over asfaltwapening

    Over asfaltwapening wordt veel beweerd en misschien is er bij deskundigen daarom de nodige discussie over het wel of niet zinvol toepassen hiervan in asfaltverhardingen.

    TPA Nederland en SGS INTRON hebben op verzoek van de leverancier/aannemer een proefopzet ontwikkeld voor de toepassing van carbon en stalen asfaltwapening in asfaltwegen en voor de vergelijkbaarheid en uitwisselbaarheid ervan. Dit mede ingegeven door de vraag van

    wegbeheerders over hoe om te gaan met gelijkwaardigheid als het gaat om asfaltwapening op basis van staal en/of carbon. En zo worden hopelijk nieuwe inzichten over wapening verkregen.

    Er is in vakliteratuur en brochures veel informatie te vinden over asfaltwapening en de werking ervan in asfalt. Het probleem is dat dit niet op elkaar is afgestemd of af te stemmen is. Allereerst zijn er verschillende soorten wapening

    Figuur 1 en 2: Schematische voorstelling vorm/structuur wapeningsnetten staal en carbon (ontwerp Coppen CM)

    Asfaltplaten na buigtest

    (staal, kunststof, glas, polyester, nylon, carbon, etc.) met verschillende parameters zoals bijvoorbeeld doorsnede, wapeningshoeveelheid per doorsnede en Emoduli. Er zijn diverse laboratoriumonderzoeken

    met betrekking tot dit onderwerp die weliswaar interessante resultaten laten zien, maar die niets of niet alles zeggen over de echte effecten ervan in werkelijke asfaltconstructies. En daarbij komt dat deze meetdata (nog) niet verantwoord kunnen worden gebruikt in betrouwbare, geaccepteerde rekenmodellen. Kortom, het is lastig om wapeningsproducten sec te beoordelen, en nog moeilijker om de onderzoeksresultaten in combinatie met asfaltbeton te beoordelen en te vergelijken. Dat zou toch anders moeten.

    Asfaltwapening is bedoeld om asfaltbetonconstructies hoogwaardiger en sterker te maken en meer weerstand te geven tegen trek en/of buigbelastingen door het verkeer en/of de ondergrond.

    Testen asfaltplaat met wapening

  • nummer 3 2015

    3

    de werkelijkheid. Bij dit onderzoek worden daarom op voorhand enkele relevante kanttekeningen geplaatst: de belastingsnelheid bij de proef is

    lager dan die van verkeersbelasting en hoger dan die van kruip/zetting/bodemdeformatie;

    de belastingssnelheid is vrij hoog ingesteld om deformatie onder het eigengewicht van de asfaltplaat zo veel mogelijk te beperken;

    er is gekozen voor een statische belasting, terwijl in de weg de belasting in principe dynamisch is;

    het is een indicatief onderzoek met als doel de werking van wapening aan te tonen.

    Figuur 3: Belasting wegverharding door autowiel, hoofdwapening loodrecht op rijrichting

    (ontwerp Coppen CM)

    Figuur 4: Schematische weergave driepuntsbuig-

    proef gewapende asfaltplaat (ontwerp Coppen CM)

    Ook wordt asfaltwapening gebruikt om scheurgroei te voorkomen of te vertragen, om verbredingen van wegen te realiseren zonder afschuiven van de verbreding van de oorspronkelijke weg. Het is dan ook onmogelijk om met n simpele proef al die aspecten goed te karakteriseren. In dit onderzoek is vooral gezocht naar een onderbouwd antwoord op de vraag of asfaltwapening werkt in een asfaltconstructie die aan buigbelastingen onderhevig is. Dit sluit enigszins aan op de de wijze waarop de stijfheid van nietgewapend asfalt wordt bepaald ten behoeve van de CEmarkering van asfalt, al is hier sprake van dynamische buigtesten. Daarnaast moet dit onderzoek een meer gefundeerd antwoord geven of er gelijkwaardigheid is in asfaltwapeningsnetten van staal en carbon in relatie tot de toepassing ervan in een asfaltconstructie.

    Anders kijken naar asfaltwapeningWat is de werkelijke invloed van asfaltwapening op het scheurgedrag van asfalt? Een weg buigt als het ware steeds even door als gevolg van dynamische verkeersbelasting. Asfaltconstructies hebben dan ook vaak structurele schade (scheurvorming) in de sporen van de rijstrook. Voor het ontstaan van scheuren in asfalt zijn tal van mogelijke oorzaken, bijvoorbeeld: herhaalde doorbuiging onder verkeers

    last waardoor vermoeiing ontstaat (te slappe fundering in verhouding tot de verkeersbelasting);

    ongelijkmatige ondersteuning van het asfaltpakket, waardoor plaatselijk overmatige rek van het asfalt optreedt (zetting ondergrond, naverdichting fundering, overgang verschillende soorten fundering);

    concentratie van rek of slappe plekken in asfalt (naden in asfalt, scheuren in een starre fundering).

    Asfaltwapening in een wegconstructie moet scheurgroei tegen gaan of op zijn minst vertragen, er vanuit gaande dat de scheurvorming van onderuit komt. Om te zien wat het effect is van asfaltwapening in een proefopstelling is gekozen voor het beproeven van een asfaltplaat met daarin een wapeningsnet. Deze keuze is ingegeven om zo mede de interactie tussen het wapeningsnet en asfaltmatrix (interlocking), die van essentieel belang lijkt, te kunnen

    aantonen. Met het interlockeffect wordt bedoeld dat binnen de mazen van een asfaltwapening stenen uit het asfaltmengsel bijdragen aan het positioneren van en de krachtsverdeling dan wel opname door het wapeningsnet in de constructie. De verwachting is dat een plaatgeometrie met lijnbelasting meer zegt dan het beproeven van een klein deel asfaltwapening in een balk waarbij dan het effect van interlocking nauwelijks of niet kan optreden. Randvoorwaarden, uitgangspunten, beperkingenLaboratoriumtests, dus ook deze buigtest op asfaltplaten, zijn een benadering van

    Figuur 5: Schematische weergave vierpuntsbuig-

    proef gewapenende asfaltplaat (ontwerp Coppen CM)

  • nummer 3 2015

    4

    Andere punten bij dit onderzoek die relevant zijn: carbon en stalen wapeningen worden

    in dezelfde plaatvorm en onder gelijke condities beproefd;

    de proef is relatief simpel en snel te herhalen, zodat een goed beeld te verkrijgen is of wapeningen meerwaarde hebben in asfaltplaten;

    het is daarmee een verantwoorde poging om deze wapeningen als systeem in asfalt onderling te verge lijken.

    Driepuntsbuigonderzoek op gewapend asfaltEr zijn van drie gangbare wapeningen in Nederland, van staal en carbon, telkens drie asfaltplaten gemaakt die onder gelijke condities zijn geproduceerd en opgeslagen en onder gelijke omstandigheden in een plaatbuigproef zijn belast. Als referentie is er een serie ongewapende asfaltplaten gemaakt. Relevante informatie over de platen bij het onderzoek: de AC 11 surf asfaltplaten hebben elk

    afmetingen van 400 * 600 * 70 mm; de wapening is in de neutrale zone

    gelegd, op 35 mm diepte, in de richting loodrecht op de rijrichting c.q. verdichtingsrichting.

    De proeven zijn uitgevoerd door SGS INTRON. Er is in eerste instantie gekozen voor een opstelling van een driepunts(lijns)buigbelasting met de lijnbelasting loodrecht op de hoofddraden van de wapening, dus in de rijrichting. Het doel van het onderzoek is primair gericht op het vaststellen of carbon en stalen wapening in asfaltbeton meerwaarde heeft ten opzichte van ongewapend asfaltbeton, en of er sprake is van een gelijksoortig effect van deze wapeningen in asfaltbeton bij belasting onder zelfde condities.

    Dit onderzoek is gericht op de werking van het totale wapeningsnet, niet alleen op de rol van een hoofdwapeningdraad binnen het wapeningsnet. Dit gebeurt naar mening van de onderzoekers bij de zogenoemde pullout proef, een onderzoek waarbij gekeken wordt naar de uittrekweerstand van de hoofdwapeningsdraad in een asfaltbalk (doorsnede 200 * 40 mm2). Het bezwaar hierop van diverse specialisten op het gebied van wapeningssystemen is dat er hierbij niet

    wordt gekeken naar de werkelijke functie en werking van de wapening als totaalsysteem in de asfaltconstructie. Wapening in asfalt werkt immers anders dan betonwapening in beton waar individuele wapeningsstaven al effect laten zien. Daarom lijkt een plaat met wapeningsnet beproefd op buiging de realiteit meer te benaderen.Ook al omdat de mineralen in het asfalt zich in de mazen van de wapening vastzetten en zo bijdragen aan een verhoging van de weerstand tegen doorbuiging van het gewapende asfaltbeton. De verankering van het wapeningsnet moet, naar verwachting, wel een belangrijke factor spelen in relatie tot de werking van de wapening in het systeem.

    De resultatenDe resultaten van deze buigproef op asfalt met en zonder asfaltwapening laten zien dat gewapend asfaltbeton, zoals verwacht mag worden, een significant hogere stijfheid heeft dan ongewapend asfalt en een hogere kracht bij bezwijken. Het type wapening, carbon of staal, lijkt hierbij van minder groot belang. Alle wapeningen die getest zijn laten dit zien, uiteraard met een spreiding, binnen een redelijke range, van verkregen meetresultaten. Duidelijk is dat bij de stalen wapening de hoofdwapeningsdraden bij het door buigen niet dezelfde rek vertonen als het asfalt en dus in het asfalt worden getrokken, een effect dat bij carbonwapening niet waarneembaar is. VervolgonderzoekBij de eerste serie proeven lag de wapening in de neutrale zone en werd dus niet direct in het krachtenspel binnen de plaat aangesproken bij buiging van de plaat; dat gebeurt pas nadat eerste scheuren zijn opgetreden. Over de

    bereikte resultaten is met diverse deskundigen binnen en buiten de asfalt branche gesproken. De asfaltexpert twijfelt en stelt dat de wapening bij begin van de belasting geen effect zou hebben. Dit staat echter haaks op de verkregen resultaten, want de stijfheid verbetert bij alle wapeningsnetten. De expert op het gebied van betonwapeningen wijst erop dat wapening in iedere constructie, mits goed aangebracht en juist gepositioneerd, wel degelijk effect heeft en dat dit ook in deze resultaten zichtbaar w