Issuu on Google+

LOT en de verklaring van winterschade

M. Huurman, BAM Wegen, M.M.J. Jacobs, BAM Wegen, S. Mohan, KWS Infra

Samenvatting LOT, de Lifetime Optimisation Tool voor ZOAB, is eind 2007 geboren en inmiddels al weer zo’n 4½ jaar oud. Een jaar na de oplevering van LOT, in de winter van 2008/2009, werd Nederland geconfronteerd met een snel optredende vorm van Rafeling in ZOAB. Naar aanleiding van deze winter is toen, op basis van LOT, een winterschade-theorie opgesteld. Voor een enkele representatieve snelwegverharding werd de waargenomen ontwikkeling van winterschade verklaard. Interesse in de geboden verklaring ontstond een jaar later in de winter van 2009/2010 toen de snel optredende winter rafeling opnieuw optrad. BAM wegen, de TU Delft en Rijkswaterstaat hebben toen de handen ineengeslagen en, op basis van de performance van een 8-tal wegvakken met verschillende ouderdom, de winterschade-theorie gevalideerd. Gebleken is dat de theorie de performance van ZOAB in de praktijk opvallend goed voorspeld. Bovendien is duidelijk geworden dat de performance van ZOAB niet noodzakelijkerwijs is verbonden met de ouderdom van een wegvak. De bijdrage beschrijft de oorzaak van winterschade volgens de genoemde winterschade-theorie en valideert deze aan de performance van de acht wegvakken in de praktijk. Keywords: ZOAB, winterschade, rafeling, mechanistisch mengsel ontwerp 1. INLEIDING In Nederland is toepassing van ZOAB op het primaire netwerk verplicht, ongeveer 90% van het primaire netwerk heeft een ZOAB deklaag. Rafeling is het maatgevende schadebeeld in ZOAB en in vele gevallen bepalend voor de levensduur. LOT is een mechanistische ontwerp tool voor ZOAB. LOT is uitvoerig besproken in andere literatuur (1, 2). LOT valt buiten het kader van deze bijdrage, maar wordt hier wel ingezet om de ontwikkeling van winterschade te verklaren. Ongeveer een jaar na oplevering van LOT, in de winter van 2008/2009, trad een vorm van zeer agressieve rafeling op in delen van het Nederlandse hoofdwegen net. Na de winter van 2008/2009 is LOT ingezet om de ontwikkeling van deze vorm van schade te verklaren. Op basis van een enkel representatief geval werd aangetoond dat winterschade in ZOAB zeer goed met LOT verklaart kon worden (1, 3). Ook in de winter van 2009/2010 trad weer agressieve rafeling in ZOAB op. Deze tweede koude winter op een rij triggerde BAM Wegen, de TU Delft en RWS om de voorgestelde theorie te valideren en zo ontstond het afstudeerproject van S. Mohan, toen student, nu werkzaam bij KWS Infra. Doel van het project was om de winterschade-theorie te valideren tegen het gedrag van acht individuele wegvakken. Om dit mogelijk te maken zijn door RWS kernen geboord. In hoofdstuk 2 wordt de zo verkregen velddata besproken en wordt de input voor de LOT simulaties vastgelegd. Hoofdstuk 3 beschrijft de eigenlijke validatie. In dit hoofdstuk wordt de theoretische performance van de acht vakken in relatie gebracht met het gedrag in de praktijk. Deze bijdrage eindigd met conclusies in Hoofdstuk 4.

1


2. VELDDATA In de winters van 2008/2009 en 2009/2010 is een agressieve vorm van rafeling opgetreden op delen van het Nederlandse hoofdwegennet. Om te bezien of deze vorm van schade wordt verklaart door de LOT winterschade-theorie wordt deze theorie vergeleken met in de praktijk waargenomen gedrag van individuele wegvakken. Resultaten worden hierna besproken. Wegvakken Tabel 1 geeft een samenvatting van de wegvakken in het onderzoek. Rij 0 geeft de verschillende wegvakken. Rij 1 geeft het jaar van aanleg en rij 2 geeft een indicatie van waargenomen schade; 0: geen schade, 1: typische agressieve winter rafeling, 2: rafelingschade, maar er is niet bekend of dit gerelateerd is aan de winter. Om de interpretatie van de resultaten te vergemakkelijken wordt een referentie ZOAB meegenomen. De referentie is een standaard ZOAB 0/16 met Pen 70/100 bitumen als beschreven in de RAW standaard 2005 (4).

Year of 2006 completion 2 Damage* 0 PA 3 thickness 41 [mm] AC 4 thickness 333 [mm]

1

5

Base material

-

Base 6 thickness 0 [mm] Sand sub base 1000 7 thickness [mm] 8 Subgrade Clay

2004

2002 2002

Reference

A12_1987

A12_1992

A15_1995

A4_1997

A200_2002

N9_2002

0

N3_2004

A15_2006

Table 1: Samenvatting van de vakken in het validatie-onderzoek.

1997

1995

1992

1987

Virgin

1

1

2

0

0

1

0

n.a

45

50

38

49

41

49

40

50

211

210

337

254

213

270

363

200

-

Unbound base reference

Furnace Lava slag stone

-

Concrete Crushed Sand on 150 concrete cement mm sand cement

350

500

0

250

225

230

0

225

700

1000

0

1000

1000

0

1000

1000

Clay

Clay Sand

Clay

Clay

Sand

Clay

Clay

* 0: Geen schade, 1: Typische winterschade, 2: Rafeling niet noodzakelijk gerelateerd aan de winter.

Figuur 1: Links: sectie A15_1995, 15 jaar onderverkeer en nauwelijks schade. Rechts: N3_2004, 6 jaar oud en behoorlijke winterschade.

2


Figuur 1 geeft een indruk van de schade die is waargenomen. Wegvak A15_1995 is meer dan 15 jaar oud en vertoont – afgezien van een enkele kleine en geïsoleerde plek - geen schade. Figuur 1 geeft ook een beeld van het veel jongere wegvak N3_2004, dat slechts 6 jaar oud is. Zoals is te zien vertoont het wegvak N3_2004 forse rafeling. Verhardingsconstructies en deflectieprofielen LOT winterschade simulaties verlangen het deflectie profiel van de verharding als input. De constructie-opbouw van de verschillende vakken is verkregen uit de boorkernen die tot in de funderingslaag zijn doorgeboord. Met deze boorkernen is de dikte van de ZOAB-deklaag en de gecombineerde dikte van het daaronder gelegen asfaltpakket bepaald. Ook het type fundering kon eenvoudig worden bepaald, Figuur 2 en rijen 3, 4 en 5 van Tabel 1. Gegevens met betrekking tot de dikte van de fundering , het toegepaste funderingsmateriaal, de dikte van het zandbed en het type ondergrond zijn aangedragen door RWS. Het doorgegeven toegepaste funderingsmateriaal is gecontroleerd aan de hand van de boorkernen.

Figuur 2: Links: Indicatie van een hoogovenslakken fundering, Midden: Indicatie van een zand ondergrond, Rechts: meten van de hoogte van het asfaltpakket. Op basis van het voorgaande zijn voor elk van de secties de deflectieprofielen bepaald met behulp van het programma Weslea. Deflectieprofielen zijn bepaald bij -10°C, 0°C, +10°C en +20°C. De stijfheidsinvoer voor de deflectie berekeningen is gegeven in Tabel 2. Het gros van de stijfheidsinvoer is afkomstig uit de literatuur. Sommige input is echter geschat en in lijn met wat gangbaar is in Nederland. Tabel 2: Samenvatting van de stijfheids invoer voor de meerlagen berekeningen. Material PA @ -10°C PA @ 0°C PA @ +10°C PA @ +20°C Clay Blast furnace slag Unbound base reference case Sand cement Lava stone lower 250 mm

Stiffness [MPa] 10475 8625 6000 3750 55 1000 400 8000 100

Poisson’s ratio [-] 0.35 0.35 0.35 0.35 0.4 0.4 0.4 0.2 0.4

Stiffness Poisson’s [MPa] ratio [-] DAC @ -10°C 20950 0.35 DAC @ 0°C 17250 0.35 DAC @ +10°C 12000 0.35 DAC @ +20°C 7500 0.35 Sand 100 0.4 Crushed concrete 600 0.4 Concrete base 15000 0.15 Lava stone upper 250 mm 150 0.4 Material

Gecombineerd geven de Tabellen 1 en 2 alle informatie die nodig is om de deflectieprofielen bij -10°C, 0°C, +10°C en +20°C te berekenen. Figuur 3 geeft een impressie van de verkregen resultaten bij -10°C en bij belasting door een 50 kN standaard wiellast.

3


Figuur 3: Deflectiekrommen voor de verschillende wegvakken berekend voor -10°C onder belasting door een 50 kN last. ZOAB mengsels In dit werk is gebruik gemaakt van het 2D geïdealiseerde LOT model (1, 2, 3). De geometrie van dit model vraagt om de volgende informatie: Gradering: dit bepaald de equivalente steenmaat, Bitumengehalte: gecombineerd met de hoeveelheid mineraal <2 mm bepaald dit de hoeveelheid mastiek in het mengsel, HR %; het holle ruimte percentage bepaald de in-situ verdichting van het mengsel. De benodigde informatie is op basis van de boorkernen bepaald en in Tabel 3 samengevat. Rij 1 geeft de gradering van de mengsels. In rij 2 wordt de equivalente steenmaat voor de fractie >2 mm gegeven. Rij 7 geeft het bitumenpercentage.

N3_2004

N9_2002

A200_2002

A4_1997

A15_1995

A12_1992

A12_1987

Reference case

C 16.0 [%] C 11.2 [%] C 8.0 [%] C 4.0 [%] “on seive” sieve” 1 2 mm [%] “on 1 mm [%] 0.5 mm [%] 0.25 mm [%] 0.063 mm [%] 2 Equivalent grain diameter [mm] 3 Mix density at 0% voids [kg/m³]

0.53 23.11 57.34 75.97 81.04 84.26 87.56 89.97 94.13 8.24 2550

2.92 21.04 52.72 73.1 80.18 84.32 87.32 89.33 93.14 7.94 2567

2.08 33.71 69.24 86.89 88.73 90.09 91.14 93.69 95.65 8.53 2583

0.47 19.56 56.36 84.87 87.45 89.62 91.53 93.39 95.57 7.49 2517

1.36 23.61 56.53 77.31 82.92 85.83 89.17 91.17 94.84 8.17 2486

0.57 25.91 55.42 75.86 82.09 84.7 88.27 90.59 94.23 8.26 2503

2.6 25.38 48.83 72.04 81.47 84.12 86.32 88.59 93.84 7.78 2549

0.93 19.66 56.43 76.28 83.48 86.69 88.89 90.5 94.42 7.95 2500

Dutch National Standard, RAW 2005, (8)

Samenvatting van de ZOAB samenstelling op de diverse secties. A15_2006

Tabel 3:

4 Density mineral in mortar [kg/m³]

2700 2633 2718

2587

2612 2634 2640 2617

2650

5 6 7 8

2743 2728 2723 84.3 84.3 88.7 4.52 3.3 3.03 20 20.8 21.8

2732 87.5 3.57 21.8

2659 83.7 4.22 23.1

2650 80 4.5 20

0

Density stone [kg/m³] % stone [%] % bitumen on 100% [%] % air voids [%]

2656 84.7 3.84 20.6

2705 84.1 3.58 19.1

2644 86.7 3.72 21.3

9.6 2480

Bij de hier onderzochte oudere typen ZOAB wordt ca 4.5% bitumen verwacht. Zoals aangegeven is het gemiddelde bitumenpercentage van de wegvakken in dit werk 3.7%. Het minimum waargenomen percentage is 3% bitumen. De oorzaak van de lage 4


bitumenpercentages ligt buiten de scope van deze bijdrage. Opgemerkt wordt echter wel dat literatuur aangeeft dat mastiek uit ZOAB weg erodeert (5, 6). De lage bitumenpercentage die hier worden gevonden onderschrijven deze bevindingen in de literatuur. Respons van de mastiek In LOT simulaties is het visco-elastische gedrag van de mastiek van cruciaal belang. Het Visco-elastische respons gedrag van mastiek is bepaald met DSR proeven op mastiekkolommetjes met een kritische doorsnede van 6 mm en een hoogte van 20 mm, zie Figuur4. DSR respons metingen zijn gedaan bij frequenties van 0.1 tot 400 rad/s en bij temperaturen van -10 to +50 °C. Figuur 5 geeft de Master Curves van de mastieken in dit onderzoek bij -10°C. In de LOT simulaties is het gemeten Visco-elastische gedrag nauwkeurig beschreven met het bekende Prony series model. C

A B

Figuur 4: A: Het winnen van mastiek uit het verwarmde mengsel, B: voorverwarmde mallen in de oven, C: een proefstukje klaar om getest te worden. Master Curves @ -10°C 1.E+10

1.E+09

G* (Pa)

A12_1987 A12_1992 A15_1995 A4_1997

1.E+08

A200_2002 N9_2002 N3_2004 A15_2006 1.E+07 1.E-05

1.E-03

1.E-01

1.E+01

Fre que ncy (Hz)

Figuur 5: G* stijfheids Master Curves voor de verschillende mastieken in het interessante frequentiegebied. Verkeer en wiellast Voor drie snelweg secties zijn verkeerstellingen beschikbaar: · A12: Wageningen – Oosterbeek, 2008 in beide richtingen

5


· A15: Deil – Meteren, 2008 in beide richtingen · A15: Arkel –Leerdam, 2007 in beide richtingen Op basis van de gecombineerde data van tellingen is de genormaliseerde verkeersverdeling in Figuur 6 verkregen. Gecombineerd met aslastmetingen die elders zijn gerapporteerd (7) is geconcludeerd dat de rechter rijstrook van Nederlandse snelwegen wordt belast met gemiddeld 11450 equivalente 100 kN standardaslasten. Hier is aangenomen dat deze belasting, verdeeld als weergegeven in Figuur 6, op alle wegvakken aanwezig is

Figuur 6: Genormaliseerde verkeersverdeling voor de Nederlandse snelwegen (A12 2008, A15 2007, A15 2008). Temperatuur belasting Tabel 4: Extreme winterdagen op vier locaties in de winters 2008/2009 en 2009/2010. Hoogeveen (north) Date Tav. ∆T dd-mm-yy [°C] [°C]

2008/2009 local extremes

∆T [°C]

10/01/2009

-7.1

6.9

31/12/2008

-7.2

6.2

09/01/2009

-6

8.7

30/12/2008

-5.5

6.4

03/01/2009

-3.7

10.5

14/02/2009

-0.4

8.6

07/01/2009

-1.6

10.2

06/01/2009

-5.2

8.4

2009/2010 local extremes

De Bilt (central) Date Tav. dd-mm-yy [°C]

19/12/2009

-8.1

6.8

19/12/2009

-9.3

4.3

26/01/2010

-6.9

6.4

03/01/2010

-8.8

10.7

27/01/2010

-3.3

15.6

27/01/2010

-3.1

13.5

21/02/2010

-0.2

-8.8

10.7

∆T [°C]

Maastricht (south) Date Tav. ∆T dd-mm-yy [°C] [°C]

-10.9

11.9

06/01/2009

-12

8.3

10/01/2009

-9.4

8.1

09/01/2009

-10

11

2008/2009 local extremes

0.3-01-10

06/01/2009

07/01/2009

-8.7

15.3

07/01/2009

-9.5

13.4

06/01/2009

-10.9

11.9

10/01/2009

-7.5

11.4

2009/2010 local extremes

8.7

Volkel (south) Date Tav. dd-mm-yy [°C]

19/12/2009

-10.8

9.4

19/12/2009

-9.5

8

07/01/2010

-7.2

8.3

08/01/2010

-7.5

8.1

27/01/2010

-3.8

15

27/01/2010

-4.5

10.2

17/02/2010

-2.1

10

17/02/2010

-1.5

9.5

Data van het KNMI is beschikbaar via het interner. Van deze data is gebruik gemaakt om het gemiddelde temperatuursverloop over de dag gedurende de drie wintermaanden (december, januari, februari) in De Bilt te bepalen. De resultaten van deze exercitie geven aan dat de 6


maximum temperatuur wordt bereikt om 14:30 uur. De laagste temperaturen ontstaan na 03:30 uur en na 8:30 uur stijgen de temperaturen weer. Omwille van eenvoud wordt het verloop van de temperatuur over de dag in de berekeningen beschreven met een sinus met een maximum op 14:30 uur en een minimum om 2:30 uur. Met een offset en een amplitude ligt dit signaal verder vast en wordt het vereenvoudigd verloop van de temperatuur op een willekeurige winterdag eenvoudig benaderd. Winterdagen kunnen nu met betrekking tot temperatuur worden gekenmerkt door de gemiddelde temperatuur (Taverage = offset) en het verschil tussen dag- en nachttemperatuur ∆T (2x de amplitude van de opgelegde sinus). Tabel 4 geeft een indicatie van de winterdagen met de laagste Taverage en de hoogste ∆T voor vier locaties in de winter van 2008/2009 en 2009/2010. Uit de tabel blijkt dat Taverage / ∆T in deze winters afhankelijk van het weerstation eenvoudig waarden van -10°C / 10°C en daarboven kan bereiken. 3. RESULTATEN Samenvatting van de aanpak en invoer In de LOT winterschade-theorie worden drie typen belasting meegenomen: Wielbelasting: de contactkrachtjes tussen band en individuele steentjes aan het wegoppervlak. Wegdeflecties: ZOAB wordt gedwongen om de deflecties van de weg te volgen. De temperatuurspanningen die zich ontwikkelen als de ZOAB wil krimpen of uitzetten als gevolg van de temperatuur fluctuaties over de dag. In de simulaties voor validatie van de LOT winterschade-theorie is bij deze belastingen uitgegaan van het volgende. Wielbelasting: Wielen hebben een contactvlaklengte van 170 mm, de contactspanning is 0.89 MPa. Wegdeflecties: De wiellast bedraagt steeds 50 kN zodat wordt uitgegaan van een 100 kN standaard aslast. In combinatie met de bekende verhardingsopbouw ligt hiermee de deflectie van de verschillende vakken vast. De temperatuurspanningen: In de simulaties volgt de temperatuur van ZOAB een sinus-signaal. De offset (Taverage) en de amplitude (de helft van het verschil tussen de dag en nacht temperatuur, ∆T) zijn in de berekeningen gevarieerd. De Referentie LOT is een rekenkundige tool voor de berekening van de rafeling performance van ZOAB. LOT gebruikt laboratorium data als invoer en de rekenresultaten worden op geen enkele wijze gecorrigeerd. LOT berekent de rafelingslevensduur van de zwaars belaste delen van de mastiekbruggen die de ZOAB bij elkaar houdt. Dit betekent dat LOT het moment van schadeinitiatie berekend en niet zozeer het moment waarop de eerste steentjes uit het wegoppervlak worden weggerukt. Om de resultaten van LOT berekeningen in perspectief te plaatsen met het gedrag van wegen in de praktijk worden resultaten vergeleken met een referentie case: een standaard ZOAB 0/16 met 70/100 Pen bitumen op een representatieve snelwegverharding. Voor verdere informatie over de referentie zie Tabel 1, 2 en 3. Figuur 7 geeft de ontwikkeling van rafelingschade voor de referentie case. De figuur toont dat de referentie case –zonder rekening te houden met versporing- (1/0.00667=) 150 strenge winterdagen met een gemiddelde temperatuur van -10°C en een ∆T of 10°C aankan. Ook geeft de figuur aan dat de referentie case een maximale weerstand tegen rafeling heeft bij 0°C.

7


Bij deze temperatuur is de weerstand tegen rafeling zo groot dat het mengsel theoretisch 1.52 miljoen dagen onder verkeer kan liggen voordat de eerste schade ontstaat. ∆T 14 10 6 0

Absolute daily damage [-]

0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 -15

-10

-5 0 5 10 Average temperature [°C]

15

20

Figuur 7: De dagelijks geïntroduceerde theoretische rafelingschade voor de referentie case (ZOAB 0/16 met PEN 70/100). Individuele wegvakken In dit werk zijn acht wegvakken meegenomen. In Figuur 8 wordt een beeld gegeven van de rafelingsweerstand van deze secties volgens de LOT winterschade-theorie. De figuur geeft de ontwikkeling van rafelingschade in de individuele wegvakken relatief gemaakt ten opzichte van de performance van de referentie bij 0°C. De figuur geldt voor een verschil tussen de dagen nachttemperatuur van 6°C. Zoals aangegeven ontwikkelt rafelingsschade zich het snelst bij een gemiddelde dagtemperatuur van -10°C. De relatieve dagelijkse schade kan hier eenvoudig een waarde van 1 miljoen bereiken. Dit betekent dat een wegvak bij -10°C en een verschil tussen de dag- en nachttemperatuur van 6°C 1 miljoen maal slechter acteert dan de referentie bij 0°C. Figuur 8 geeft duidelijk aan dat de weerstand tegen rafeling in de acht wegvakken sterk terugloopt wanneer de gemiddelde dagtemperatuur -10°C benadert. Dit is in het bijzonder het geval wanneer het verschil tussen de dag- en nachttemperatuur (∆T) toeneemt. Uit figuur 7 blijkt dat ook een niet verouderde ZOAB 0/16 met Pen 70/100 bitumen deze trend volgt. Echter, bij de referentie is de relatieve dagelijkse schade bij -10°C gemiddeld en ∆T=10°C ongeveer 10,000 (=1,52 miljoen /150). Hieruit wordt geconcludeerd dat de acht wegvakken uit de praktijk veel gevoeliger zijn voor winterschade dan de referentie met een jonge ZOAB 0/16 met Pen 70/100. ∆T=6°C

Figuur 8: Relatieve dagelijkse rafelingschade in de acht individuele wegvakken bij een verschil tussen de dag- en nachttemperatuur (∆T) van 6°C.

8


Validatie Figuur 9 geeft de met LOT berekende relatieve dagelijkse schade bij een gemiddelde temperatuur van -10°C in vergelijking met het in de praktijk waargenomen rafelingsgedrag. Met datalabels wordt de waargenomen rafeling aangegeven (0= geen rafeling, 1= winter rafeling, 2= rafeling niet noodzakelijk gerelateerd aan de winter). De verharding uit 2010 geeft de resultaten voor de referentie, een jonge ZOAB 0/16, Pen 70/100. Zoals aangegeven vertonen de verhardingen waarin geen rafeling is waargenomen lage waarden van relatieve dagelijkse schade. Verhardingen met winterschade vertonen veel meer relatieve dagelijkse schade, ook bij de verharding met rafeling die niet met zekerheid aan de winter is te relateren is dit het geval. Opvallend is dat er geen relatie ligt tussen het jaar van aanleg en de geobserveerde of berekende rafelingschade. Op basis van deze observaties worden twee conclusies getrokken. Ten eerste is er een directe relatie tussen (winter) rafelingschade in de praktijk en de theoretisch verklaarde weerstand tegen rafeling. Dit bevestigd het voorspellend vermogen van LOT en in het bijzonder van de LOT winterschade-theorie. Ten tweede is duidelijk dat zowel jonge als oude verhardingen voldoende weerstand kunnen hebben om koude winters te doorstaan. Het feit dat er geen directe relatie is tussen weerstand tegen winterschade en leeftijd betekent dat veel betere typen ZOAB ontwikkeld kunnen worden op basis van het hier besproken werk. Tav erage=-10°C, ∆T=2°C

Tav erage=-10°C, ∆T=6°C

120000

1000000

100000

800000

60000 2 40000

1

700000 600000 500000 400000 300000 1 1 2

200000

0

0 0

0

0

100000

0

0

Year of construction [Yr]

1994

1990

1986

2010

2006

2002

1998

1994

1990

1986

0

0

0 2002

0

1998

20000

0 2010

1

80000

2006

Relative daily Damage [-]

Relative daily Damage [-]

1

900000

1

Year of construction [Yr]

Figuur 9. Relatieve dagelijkse schade bij Taverage is -10°C en ∆T is 2 of 6 °C respectievelijk. Datalabels geven een indicatie van rafelingschade (0= geen rafeling, 1= winter rafeling, 2= rafeling niet noodzakelijk gerelateerd aan de winter). Verklaring van winterschade In (1, 3) is geconcludeerd dat het ZOAB wegoppervlak blootstaat aan drie typen belasting. 1 Individuele steentjes aan het oppervlak worden belast door contactkrachtjes uitgeoefend door passerende wielen. Om deze belasting te weerstaan moet ZOAB sterk zijn. De frequentie van deze belasting bij 80 km/h en wiellasten met een foodprint met een lengte van 170 mm ligt in de orde van 60 to 125 Hz. 2 Ten gevolge van passerende aslasten zal het wegdek vervormen. ZOAB moet deze vervormingen (deflecties) volgen en wordt dus belast door opgelegde vervormingen. Om dit type belasting te kunnen doorstaan moet ZOAB flexibel zijn. Bij 80 km/h betreft het frequenties in de orde van 5 to 10 Hz. 9


3 Ten gevolgen van temperatuurfluctuaties over een etmaal wil ZOAB uitzetten en krimpen. Omdat deze temperatuurveranderingen plaatsvinden over een periode van 24 uur betreft het nu een frequentie in de orde van 1.2E-05 Hz. Bij lage temperaturen kan de mastiek van, vooral verouderde, ZOAB onvoldoende flexibel zijn om de belastingen 2 en 3 te doorstaan. Figuur 5 geeft een beeld van de master curves bij -10째C voor ZOAB van de verschillende wegvakken in dit onderzoek. De figuur geeft aan dat de mastieken uit de N3_2004, de A200_2002 en in het bijzonder de A12_1992 relatief stijf zijn. Mastieken uit de A15_2006 en de A4_1997 zijn juist het zachtst in het frequentiegebied van 1E-05 tot 10 Hz. Dit is in volledige overeenstemming met Figuur 9 waarin is aangegeven dat zich in de verhardingen uit 1992, 2002 en 2004 schade ontwikkeld, terwijl dit in de verhardingen uit 1997 en 2006 juist niet het geval is. De flexibiliteit van de mastiek heeft dus een relatie met rafelingsgevoeligheid van ZOAB. 4. CONCLUSIES Na de winter van 2009/2010 is de LOT winterschade-theorie gevalideerd op basis van het waargenomen rafelingsgedrag in acht wegvakken uit de praktijk en een referentie case (niet verouderde ZOAB 0/16, Pen 70/10 op een representatieve verharding). Op basis van deze validatie worden de volgende conclusies getrokken. - De resultaten van LOT zijn volledig in overeenstemming met het rafelingsgedrag in de praktijk. De weerstand tegen rafeling van de acht wegvakken in de praktijk is aanmerkelijk kleiner dan de weerstand tegen rafeling van de niet verouderde referentie. De wegvakken waarin in de praktijk rafeling optreedt vertonen rekenkundig weinig weerstand tegen rafeling, zie Figuur 9. - Bij de verklaring van de resultaten is gebleken dat het gedrag van mastiek in het frequentiegebied van 1E-5 tot 1E+1 Hz belangrijk is. In dit frequentiegebied heeft ZOAB meer behoefte aan flexibiliteit dan aan sterkte. - Er ligt een sterke relatie tussen de G* master curve bij -10째C in het genoemde frequentiegebied en waargenomen rafelingschade. - Er is geen relatie tussen de ouderdom van een wegvak, de mastiek respons of de rafelingsweerstand. Oude wegvakken kunnen goed gedrag vartonen terwijl jonge wegvakken zeer geringe weerstand tegen rafeling kunnen hebben. Praktisch gezien leidt dit werk tot de volgende conclusies. - Het gedrag van mastiek bepaald in hoge mate de theoretisch verklaarde weerstand tegen rafeling. Voor toekomstig werk is de ontwikkeling van een realistische en snelle methode (protocol of apparaat) om mastiek te verouderen cruciaal. - Oud ZOAB kan zowel in de praktijk als binnen de LOT winterschade-theorie een hoge weerstand tegen rafeling hebben. Dit betekent dat de zoektocht naar high performance ZOAB zeer realistisch is en mogelijk kan leiden tot resultaten die onze verwachtingen overstijgen. - Het werk geeft aan dat jonge verhardingen zowel in de praktijk en binnen de LOT winterschade-theorie een geringe weerstand tegen rafeling kunnen hebben. Dit betekent dat Quality Control maatregelen ontwikkeld kunnen worden die een geringe weerstand tegen rafeling bij jonge verhardingen moet voorkomen. - High performance ZOAB kan worden ontwikkeld met inzet van mechanistische tools zoals die ook hier zijn gebruikt.

10


DANKBETUIGING Voor haar bijdrage aan het werk dat hier is besproken gaat dank gaat uit naar de Dienst Verkeer en Scheepvaart (DVS) van Rijkswaterstaat. De DVS wordt vooral bedankt voor het aanleveren van informatie met betrekking tot de constructieopbouw van de verschillende wegvakken en voor het aanleveren van de full-depth boorkernen.

LITERATUUR 1. M. Huurman, L.T. Mo, M.F. Woldekidan, Mechanistic Design of Silent Asphalt Mixtures and its Validation, Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, AAPT, Asphalt Paving Technology 2010, vol 79, p.p. 365-401. 2. M. Huurman, Lifetime Optimisation Tool, LOT, Main Report, Report 7-07-170-1, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2008. 3. M. Huurman, L.T. Mo, M.F. Woldekidan, Porous asphalt Raveling in Cold Weather Conditions, International Journal of Pavement Research and Technology, May 2010, vol 3/ #3, p.p.110-118. 4. CROW, Standaard RAW Bepalingen, handboek voor bestekken in de grond-, wateren wegenbouw, Ede, The Netherlands, 2005. 5. Steinauer, B., Gharabaghy C., Csink, C., Leren van de weg – Lebensdauer von offenporigen Asphaltdeckschichten auf niederländischen Autobahnen, ISAC (Institut für Straßenwesen Aachen), Aachen, Germany, 2006. 6. Nielsen, C.B., Ravelling of Porous Asphalt Pavements - Assessment of test sections, Rep. No. M5 (Technical note 48), Danish Road Directorate (DRI), Denmark, 2007. 7. Houben, L.J.M., Leest, v. A.J., Stet, M.J.A., Frenay, J.W., Braam, C.R. The Dutch Structural Design Method for Plain and Continuously Reinforced Concrete Pavements, International workshop on best practices for concrete pavements, Ibracon, Brazil, October 2007.

11


(046)%20LOT%20en%20de%20verklaring%20van%20winterschade-%20Huurman%20def