Voegloze overgang stelt hogeeisen aan asfalt

Goede ervaringen bij drie kunstwerken in A50

Land + Water n r . 8 (augustus 2006)

Voegovergangen vormen een noodzakelijkeverbinding tussen kunstwerken en de weg-

constructie of tussen kunstwerken onderling.De voegconstructies zijn echter erg onder-houdsgevoelig; ze vormen een grote onder-

houdspost en veroorzaken daardoor ook over-last voor de weggebruiker.

De bestaande voegen zijn grofweg in tweecategorieën in te delen: starre voegconstructies– zoals randbalken met een rubberen afdich-tingsprofiel of stalen voegen met ‘vingers’ die inelkaar grijpen – en bitumineuze voegovergan-gen bestaande uit een flexibel mengsel van eenrubberachtig bitumen met toeslagmaterialen.

Eisen voegovergangenAan voegovergangen worden hoge en zeer uit-eenlopende eisen gesteld. Ten eerste dient devoegovergang ruimte te bieden aan de vervor-mingen van het kunstwerk onder thermischeen verkeersbelasting. Daarnaast moet de veiligeen comfortabele passage van het verkeer ge-waarborgd blijven terwijl de geluidsproductietijdens die passage minimaal is. De laatste be-

langrijke functie van de voeg is het beschermenvan de onderliggende constructie tegen indrin-ging van water.

De huidige generatie starre voegen vormeneen discontinuïteit in het wegdek die duidelijkvoelbaar is voor de weggebruiker en op groteafstand hoorbaar voor omwonenden. De dis-continuïteit in het wegdek is ook een initiatorvoor schade (rafeling) aan het wegdek en eenobstakel bij de uitvoering van regulier onder-houd aan de deklaag. Bitumineuze voegen zijnin principe geluidsarm en comfortabel. De voe-gen zijn echter gevoelig voor permanente ver-vormingen onder verkeersbelasting en de wa-terdichtheid is vaak niet gewaarborgd omdateen goede hechting met het wegdek moeilijkrealiseerbaar is.

Voegloze overgangenBij het ontwerp van de A50 tussen Eindhovenen Oss is er vanuit het oogpunt van duurzaamen onderhoudsarm bouwen bij een aantalkunstwerken gekozen voor integraalbruggen.Bij een integraalbrug vormen het dek en delandhoofden één geheel. Hierdoor ontbreektde dilatatie tussen dek en landhoofden uit detraditionele constructie. De thermische bewe-gingen van het brugdek blijven uiteraard optre-den en daarom was het zaak voor de overgangnaar de weg toch een overgangsconstructie teontwerpen.

Voor de aansluiting tussen het brugdeel en

18

DOSSIER: BRUGGEN EN VIADUCTEN

Drie kunstwerken in de A50 tussen Eindhoven en Oss kregen in de zomer van 2003 voegloze overgangen.

Voegloze overgang bij de brug over het Wilhelminakanaal in Son: niets te zien, niets te horen, niets te voelen.

In ’t kort PRAKTIJK

Huidige voegovergangen: starre voegcon-

structies en bitumineuze voegovergangen

Bij integraalbruggen in A50 eerste toepas-

singen van voegloze overgang

Lang ontwikkeltraject van eindige-elemen-

tenanalyses en materiaalonderzoek

Monitoringresultaten van eerste toepas-

singen en globale kostenvergelijking

De voegloze overgangen tussen drie kunstwerken

in de A50 en de wegconstructie hebben twee win-

ters meegemaakt. Uit monitoring blijkt dat de

praktijkresultaten goed overeenkomen met vooraf-

gaande eindige-elementenanalyses.

IR. W.T. VAN BIJSTERVELD / DR.IR. A.H. DE BONDT

FO

TO: O

OM

S N

ED

ER

LAN

D H

OLD

ING

Land + Water n r . 8 (augustus 2006)

de aansluitende weg werd voor de eerste toe-passing in de A50 een ambitieus eisenprogram-ma opgesteld: snel te realiseren, geen aantas-ting van de functionaliteit van het geluidsarmewegdek, een hoog comfortniveau voor de ge-bruiker en geen onderhoud gedurende vijftigjaar (met uitzondering van de deklaag).

In samenwerking met de Bouwdienst vanRijkswaterstaat is voor de A50 het concept vande voegloze overgang ontwikkeld om te vol-doen aan deze doelstelling. Polymeergemodi-ficeerd asfalt en asfaltwapening vervullen hier-bij een belangrijke rol.

EngineeringDe voegloze overgangsconstructie is het resul-taat van een lang ontwikkeltraject van com-plexe driedimensionale eindige-elementenbe-rekeningen en materiaalonderzoek. Met de be-rekeningen kregen de ontwerpers inzicht in debelastingscondities, zodat ze specificaties voorde toe te passen materialen konden opstellen.Vervolgens werden de eigenschappen van deontwikkelde materialen getest, onder anderehet bepalen van de stijfheid en de breukrek/treksterkte onder kruipcondities van het asfalten de asfaltwapening. Specifiek voor de asfalt-wapening is er onderzoek gedaan naar deweerstand van de coating tegen eventuele be-schadiging tijdens het verwerken in de asfalt-constructie. Ten slotte is natuurlijk ook de inter-actie van de wapening, het asfalt en de bitumi-neuze hechtlaag van groot belang. Hiervoor zijnproefvakken aangelegd, om de hechtsterkte,verankering en afschuifeigenschappen te bepa-len.

AsfaltmengselsUit de eindige-elementenanalyses werden defunctionele eisen duidelijk voor alle asfaltlagenonder de deklaag. Het asfalt moet grote vervor-ming vanuit de stootvloer kunnen volgen zon-

der te scheuren en moet daarnaast voldoendestabiliteit (weerstand tegen spoorvorming)hebben. Dit vertaalt zich onder andere in eenhoge bezwijkrek bij lage tot zeer lage reksnel-heden (seizoensbewegingen). Hiervoor zijn opgyratorverdichte proefstukken van drie verschil-lende mengsels stijfheidsbepalingen uitge-voerd bij –10, 0, 10, 20 en 30 °C en bij een reeksfrequenties (1 tot 29,3 Hz) om een mastercurvevan de elasticiteitsmodulus en de fasehoek voorhet mengsel op te stellen. Vervolgens zijn bijdezelfde temperaturen en voor verschillendereksnelheden directe trekproeven uitgevoerdom de maximaal toelaatbare rek te bepalen on-der voor het toepassingsgebied relevante con-dities. Met indirecte trekproeven was het moge-lijk de splijtenergie van de mengsels te bepalen.

MonitoringIn de zomer van 2003 zijn bij drie kunstwerkenin de A50 tussen Eindhoven en Oss de eerstevoegloze overgangen aangelegd. Om te kun-nen controleren of het concept van de voeglozeovergang compleet naar behoren functioneerten om de berekeningen te kunnen verifiëren,zijn er meetinstrumenten in het asfalt van debrug over het Wilhelminakanaal in Son en bij deroestvaststalen trekverbinding tussen brugdeken stootvloer bij het viaduct over de Looweg inUden ingebouwd. Deze registreren sinds sep-tember 2003 de verplaatsingen in het asfalt ende krachten in de trekverbindingen als functievan de heersende temperatuur.

Zeker bij de eerste grootschalige toepassingvan innovatieve constructies zoals de voeglozeovergang is monitoring van evident belang omde resultaten van de eindige-elementenmodel-leringen te toetsen aan de werkelijkheid. Uit demonitoring blijkt dat de resultaten gedurendeeen representatieve periode (twee winters)goed overeenkwamen met de eindige-elemen-tenanalyses. Dit biedt voldoende vertrouwen in

de prestaties van de voegloze overgang, zodatdit concept nu bij diverse projecten al wordttoegepast.

Meer toepassingenDe goede ervaringen met de kunstwerken in deA50 hebben ertoe geleid dat Rijkswaterstaat devoegloze overgangen heeft voorgeschreven bijeen aantal kunstwerken in de A73 en dat menook bij andere nieuwbouwprojecten deze con-structie overweegt. Om een zorgvuldig ont-werp en uitvoering van de complexe construc-tie te waarborgen is er met de Bouwdienst eenstandaarddetail ontwikkeld in combinatie meteen uitgebreide werkbeschrijving. Daarnaastzijn er prestatie-eisen aan de toe te passen ma-terialen opgesteld, zodat ook bij geïntegreerdecontractvormen de kwaliteit gewaarborgd is.

Tevens wordt op dit moment gewerkt aanvoegloze oplossingen bij andere soorten kunst-werken zoals tunnels, kunstwerken met tradi-tionele landhoofden of viaducten opgebouwduit diverse segmenten. Hierbij wordt gebruik-gemaakt van de materialen die toegepast zijnbij de voegloze overgangen in de A50 en de er-varing die is opgedaan met de rekenmodellenvoor het dimensioneren van dergelijke con-structies. Een eerste praktijktoepassing in eenonderhoudssituatie is naar tevredenheid uitge-voerd en functioneert inmiddels ruim een jaarnaar verwachting.

Wouter van Bijsterveld en Arian de Bondt zijnwerkzaam bij de afdeling Research & Develop-ment van Ooms Nederland Holding in Avenhorn.

19

KOSTEN

De aanlegkosten van de voegloze over-gangen bij integraalbruggen zijn, verge-leken met een traditionele voeg, hoger.Het betreft in dit geval echter wel eenstuk wegconstructie met een lengte vanten minste 15 meter. Vanaf dat momentbegint een zeer lange onderhoudsvrijeperiode, waarbij het verkeer ongehin-derd en zonder extra geluidsproductievan het kunstwerk gebruik kan maken.Het periodiek vervangen van de deklaagvindt plaats zonder aantasting van defunctionaliteit van de voeg. Door de ro-buuste constructie zonder losse ele-menten en de uitgebreide engineeringvan de oplossing is de verwachting datde constructie zeer betrouwbaar is endat de levensduurcycluskosten lagerzijn dan bij traditionele oplossingen.Bij voegloze constructies voor anderetypen kunstwerken zijn de verschillen inaanlegkosten kleiner, zodat het hogerekwaliteits- en betrouwbaarheidsniveaude balans al gauw in positieve zin doetdoorslaan.

Opbouw voegloze overgang:• polymeergemodificeerd bitumineus membraan op werkvloer, stootvloer en brugdek;• ten minste twee lagen thermifalt, een nieuw ontwikkeld type taai en spoorvormings-

bestendig asfalt speciaal bestand tegen thermische scheurvorming;• ten minste twee lagen polymeergemodificeerd STAB (steenslag-asfaltbeton), waarvan één

laag over het gehele kunstwerk doorloopt;• tussen de asfaltlagen twee tot vier lagen glasvezel-asfaltwapening, in combinatie met een

polymeergemodificeerde bitumineuze hechtlaag. De asfaltwapening (GlasGrid 8501) be-staat uit glasvezelstrengen omhuld met een polymeergemodificeerde coating en een druk-gevoelige, zelfklevende lijmlaag.

VOEGLOZE OVERGANG

BR

ON

: OO

MS

NE

DE

RLA

ND

HO

LDIN

G