Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: ab 3

Hobufondsproject 010182

Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: 3 aB Hogeschool Antwerpen Departement IW&T Opleiding Bouwkunde 2001 - 2003

Met de steun van IWT-Vlaanderen

Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: aB3 aged-bitumen bound base layer Projectuitvoering: Onderzoekscel Bouwkunde Projectleider : ir. A.C.A. De Jonghe Projectmedewerkers: Ing. W. Van den bergh en Ing. J. Verheyen Projectadviseur IWT: dhr. dr.ir.arch. S. Faignet Projectperiode : 1/10/2001 tot 30/09/2003 In samenwerking met en met de steun van: Hogeschool Antwerpen Dhr. ir. L. Allonsius, Opleidingsvoorzitter Bouwkunde, dept. IW Dhr. ir. D. Anthierens, Voorzitter Onderzoek en Maatschappelijke Dienstverlening, dept. IW Dhr. Lic. B. Peeters, Departementshoofd Dhr. dr.ir. R. Derdelinckx, Coördinator O&O, HA En het voltallige bouwkunde-team De wetenschappelijke partner Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw, mevr. Dr. A. Vanelstraete, hoofd BAC De industriële partners BVA vzw, dhr. ir. J. Roelandt, voorzitter Benelux Bitume ivzw, dhr. ir. A.C.A. De Jonghe, directeur Heijmans Infrastructuur en Milieu B.V. en Heijmans Infra N.V., dhr. ir. H.J.N.A.Bolk, hoofd R&D Screg NV, dhr. ir. D. Block, hoofd Materialen Aswebo NV, dhr. Ing. R. Joos, asfaltverantwoordelijke Modern Asfalt NV- Grizaco NV, dhr. Ing. E. Keijers, directeur Stadsbader Flamand NV, dhr. Ing. P.P. Modde, hoofd R&D Deckx Algemene Ondernemingen NV, dhr. Ing. N. Vanhollebeke, hoofd asfalt Overheden Stad Antwerpen, Dhr. Ing. J. Van Huyneghem, hoofd wegenwerken Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, LIN-Antwerpen, dhr. Ing. R. Tison Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, LIN, afd. wegenbouwkunde, dhr. Ing. R. Reynaert Het Hobufonds Instituut voor de Aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie In Vlaanderen Het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap

Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen

Inhoud

Inhoud 1 Voorwoord .................................................................................................................................. 5 2 Inleiding ...................................................................................................................................... 6 2.1

Situering .......................................................................................................................6

2.2

Project 1: ‘Onderzoek naar nuttig gebruik van bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector in de asfaltwegenbouw (1997 – 1998)’ .........................................7

2.3

2.2.1

Doelstelling ....................................................................................................... 7

2.2.2

Programma ....................................................................................................... 7

2.2.3

Resultaten van het onderzoek .......................................................................... 7

2.2.4

Conclusie: ....................................................................................................... 10

Project 2: ‘Onderzoek naar de toepassings-mogelijkheden van bitumineuze reststoffen als bindmiddel in gebonden funderingslagen van de wegenbouw’..........11 2.3.1

Doelstelling ..................................................................................................... 11

2.3.2

Projectprogramma .......................................................................................... 11

2.3.3

Resultaten....................................................................................................... 11

2.3.4

Technische Aanbevelingen............................................................................. 14

2.3.5

Economische analyse (productiekost) ............................................................ 14

2.3.6

Milieuhygiënische studie ................................................................................. 15

2.3.7

Conclusie ........................................................................................................ 15

3 Studie van een wegopbouw bestaande uitslui-tend uit bitumineus gebonden materialen:aB³.16 3.1

Doelstelling:................................................................................................................16

3.2

Project programma.....................................................................................................16

3.3

Resultaten Fase 1: studie van de samenstellende componenten (APG, VBD en nieuwe granulaten).....................................................................................................17

3.4

Resultaten Fase 2: simulatie van en onderzoek naar de mechanische eigenschappen van mengsels met secundaire materialen APG en VBD..................20

3.5

Resultaten Fase 3: structureel ontwerp .....................................................................24 3.5.1

Inleiding........................................................................................................... 24

3.5.2

Randvoorwaarden........................................................................................... 24

3.5.3

Dimensionering op basis van VEROAD ......................................................... 26

3.5.4

Dimensionering op basis van NOAH .............................................................. 33

3.5.5

Dimensionering op basis van BISAR.............................................................. 37

3.5.6

Dimensionering op basis van het model ontwikkeld in opdracht van MET .... 39

3.5.7

Vergelijking tussen de verschillende programma’s ........................................ 44

3.5.8

Economische studie........................................................................................ 46


p3

Inhoud

4 Conclusie .................................................................................................................................. 47 5 Geraadpleegde literatuur.......................................................................................................... 48 6 Bijlagen ..................................................................................................................................... 50 6.1

Bijlage 1: APG-data uit verantwoordingsnota’s LIN...................................................50

6.2

Bijlage 2: Proevenverslag OCW ................................................................................54

6.3

Bijlage 3: Mogelijkheden van de gebruikte Berekeningsmodellen ............................67

p4


Voorwoord

1

VOORWOORD

Het eindrapport dat voor U ligt is een objectieve weergave van de projectresultaten van het HOBUFondsproject 010182 ‘Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen’. Het project beoogt een nuttige toepassing van de afvalstof ‘bitumineuze dakafdichting’ en de secundaire grondstof ‘asfaltpuingranulaat’. Het resultaat is niet alleen een nieuw product maar ook een nieuw concept voor de asfaltwegenbouw: een met verouderd bitumen gebonden fundering. Dit onderzoek werd uitgevoerd door de Onderzoekscel Bouwkunde van de Hogeschool Antwerpen onder coördinatie van de heer ir. T. De Jonghe en kwam tot stand mede dankzij de financiële steun van het IWT, Instituut voor de Aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie In Vlaanderen. Dank gaat uit naar alle deelnemende partijen, zowel wetenschappelijke als industriële voor het ter beschikking stellen van kennis en hun actieve medewerking. Dit rapport geeft in eerste instantie een overzicht van de resultaten van de twee voorgaande HobuFondsprojecten die uitgevoerd werden door de onderzoekscel. Deze twee projecten kunnen als een verkennend onderzoek beschouwd worden voor dit project. Ze geven ook een duidelijke materiaalkarakteristiek. Daarna wordt overgegaan tot het derde project: eerst worden de samenstellende grondstoffen besproken, verkleinde bitumineuze dakbanen en asfaltpuingranulaat, daarna de mengselkarakteristieken. Als laatste worden dan de structuren met de mengsels beschouwd en berekend. Het eindproduct is een aged-bitumen bound base aB³: een funderingslaag bestaande uit verkleinde bitumineuze dakbanen, asfaltpuingranulaat en nieuwe granulaten ter aanvulling van het skelet.

Het onderzoek werd uitgevoerd, de resultaten zijn bekend. Het is nu aan U om deze resultaten om te zetten naar een praktijktoepassing. Wij wensen U hierbij alle succes toe.

ir. T. De Jonghe Projectleider


p5

Inleiding

2

INLEIDING

2.1

SITUERING Vanaf de jaren ’80 vormt afval een belangrijke, want kostprijsbepalende, factor in het economisch, industriële denken. Allereerst werden de nog relatief hoogwaardige afvalstoffen via eenvoudige bewerkingen tot secundaire grondstoffen omgevormd. Voorwaarde blijft een zuiver aangeboden afvalstof en een low-cost toepassing. Toch blijft de afvalberg groeien terwijl een groot gedeelte ervan dure en nog bruikbare componenten bevat, zoals bijvoorbeeld bitumen. Jaarlijks wordt in België meer dan 60.000 ton bitumineus dakafdichtingsmateriaal gestort. Dit dakafdichtingsmateriaal bevat nog meer dan 60% bitumen en kent momenteel geen enkele toepassing. Een ander bitumenhoudend product, asfaltpuingranulaat is zonder probleem herbruikbaar, doch er wordt slechts 40% hoogwaardig, d.i. als regeneratieasfalt, opnieuw in cyclus gebracht. De overige 60% wordt grotendeels gestort of als granulaat gebruikt. In dit laatste geval wordt het bindmiddel niet hoogwaardig gebruikt. In 1997 werd door het onderzoekslabo bouwkunde van de Hogeschool Antwerpen een onderzoeksprogramma gestart waarin gezocht werd naar een mogelijke toepassing voor verkleind bitumineus dakafdichtingsmateriaal en asfaltpuingranulaat in een nieuw product: een bitumengebonden fundering voor de wegenbouw. Een eerste project1 onderzocht de techniek om dakafdichtingsafval te verwerken tot een bruikbare secundaire grondstof en de toepassing ervan in asfaltverhardingen in de wegenbouw en in gietasfalt. In een tweede project2, gestart in 1998, werd een praktische toepassing uitgewerkt voor een gebonden funderingslaag voor de wegenbouw met gebruik van verkleinde bitumineuze dakbanen en asfaltpuingranulaat. In 2001 werd een derde project gestart ‘Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen’ waarvan dit het eindrapport is. Verschillende computersimulatie- en ontwerpmodellen, zoals oa. VEROAD, NOAH, BISAR, BANDS, PRADOWIN,…, werden aangewend om het gedrag van het hergebruiken gerecycleerd materiaal in een nieuw concept van wegopbouw te voorspellen. Deze resultaten naast die van een economische studie laten toe een eenduidig antwoord te geven op de vraag naar de toepassingsmogelijkheden van het nieuwe concept bitumen gebonden funderingen Het is duidelijk dat deze drie projecten geleid hebben tot een mogelijkheid om bitumineus afval afkomstig van daken en de secundaire grondstof ‘asfaltpuingranulaat’ hoogwaardig te hergebruiken in een nieuwe toepassing onder de vorm van een met verouderd bitumen gebonden funderingslaag (aB³ , aged-bitumen bound base layer).

1

Hobufondsproject 970134 ‘Onderzoek naar nuttig gebruik van bitumineuze reststoffen uit de

dakdichtingssector in de asfaltwegenbouw’ gefinancierd door IWT-Vlaanderen 2

Hobufondsproject 990087 ‘Onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van bitumineuze reststoffen als

bindmiddel in gebonden funderingslagen van de wegenbouw’ gefinancierd door IWT-Vlaanderen Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen

p6

Inleiding

2.2

PROJECT

1:

‘ONDERZOEK

BITUMINEUZE

RESTSTOFFEN

IN DE ASFALTWEGENBOUW

2.2.1

NAAR UIT

DE

NUTTIG

GEBRUIK

VAN

DAKDICHTINGSSECTOR

(1997 – 1998)’

Doelstelling De doelstelling van dit onderzoeksproject bestond erin een oplossing te vinden voor de bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector, namelijk een hoogwaardig materiaalhergebruik in de asfaltwegenbouw mogelijk maken. Met het oog op deze doelstelling werden de bindmiddelen van deze reststoffen kwalitatief beoordeeld.

2.2.2

Programma p7 Het project bestond uit vier delen: • Een vooronderzoek naar de hoeveelheid (beschikbaarheid), samenstelling (homogeniteit) en kwaliteit (zuiverheid) van de jaarlijks vrijgekomen hoeveelheid dakbaan en de samenstellende delen. De meest geschikte manier van inzamelen en transporteren van de afvalstof werd onderzocht. • Hergebruik van bitumineuze dakbanen stond toen nog in de kinderschoenen. Een overzicht en evaluatie van de meest gangbare processen om de bitumineuze reststof tot een kandidaat-secundaire grondstof om te werken werd voorgesteld: smelten, mechanisch verkleinen tot een fractie, gekoelde processen,… • Als toepassingsmogelijkheid werd er gekozen voor een asfalt type AB-3A – d.i. een onderlaag in het asfaltpakket- en gietasfalt. • Economische analyse.

2.2.3

Resultaten van het onderzoek

(a) Vooronderzoek: beschikbaarheid, bindmiddeleigenschappen en kwaliteit Tijdens het onderzoek werden zowel oude bitumineuze dakbanen als productieafval van dakbanen onder de loep genomen. Een eerste conclusie heeft betrekking op het type afval: productie-afval (bitumineuze dakbanen en shingles) wordt of kan nagenoeg voor 100% gerecycleerd worden in de eigen productie. Dit is mogelijk omwille van een gekende samenstelling van het afval. Een aantal producenten hebben hun productielijn herontwikkeld waarbij het productieafval in kleine hoeveelheid wordt toegevoegd aan het nieuwe materiaal. Een andere methode bestaat erin het productieafval te verwerken bij de productie van gietasfalt. Oude bitumineuze dakbanen worden nagenoeg niet gerecycleerd.


Inleiding

6 % nieuwe dakbanen

6 % nieuwe shingles

81 % oude dakbanen

7 % oude shingles

Figuur 2-1: Oorsprong bitumineuze reststoffen uit de bitumineuze dakdichting

p8

De studie toonde grote verschillen aan qua samenstelling en bindmiddeleigenschappen voor diverse types dakbaan:

productie

afval

90% sloop +

10 % productie

sloopafval

Nr. 011 021 031 041 051 061 mean stdv 991 993 mean stdv 501 502 504

m/m% binder 85,5 62,5 70,0 68,4 77,3 64,4 71,35 8,63 83,8 74,4 79,1 6,65 58,6 59,5 59,2

m/m% stenen 0,0 0,0 0,0 7,0 0,0 0,0 1,2 2,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 0,7 1,1

m/m% zand 4,2 16,5 17,6 20,8 10,7 20,4 15,0 6,4 6,0 14,0 10,0 5,7 25,6 23,1 23,6

m/m% vulstof 2,1 13,5 5,7 0,3 4,4 13,4 6,6 5,6 3,5 4,6 4,1 0,8 9,8 11,5 9,8

m/m% inlage 8,3 7,5 6,7 3,1 7,7 1,7 5,8 2,7 6,8 7,0 6,9 0,1 5,3 5,3 6,4

pen 1/10 mm 8 13 30 4 8 12 13 9 46 39 43 5 13 15 15

R&B (°C) 111 128 125 139 101 127 122 14 113 120 117 5 109 114 102

mean

59,1

0,8

24,1

10,4

5,7

14

108

stdv

0,46

0,2

1,3

1,0

0,6

1

6

Tabel 2-1 Uit de tabel blijkt dat er tussen de monsters grote verschillen zijn in samenstelling en in bindmiddeleigenschappen. Het hergebruik van oude bitumineuze dakbanen vereist dus een homogenisering. Een toepassing als bindmiddel kan namelijk alleen gebeuren indien de secundaire grondstof in tijd en plaats steeds dezelfde kenmerken heeft. Het heeft geen zin om elk type oude dakbaan te onderwerpen aan een volledig onderzoek naar samenstelling en bindmiddeleigenschappen om vervolgens het hergebruikproces aan te passen. Er dient een homogenisering te gebeuren van het dakafdichtingsmateriaal. Het productieproces van asfalt vereist een nauwkeurig omschreven en vastliggende samenstelling van de secundaire grondstof om een goede kwaliteit te garanderen. Om deze stabiele samenstelling te bekomen werden alle stalen (samengesteld uit 10% productieafval en 90% sloopafval) verkleind tot stukjes van 5 cm² en vervolgens mechanisch vermengd.


Inleiding Een ander belangrijk aspect is de aanwezigheid van vervuilende elementen. Deze dienen verwijderd te worden. Dit onderzoeksproject heeft uitgewezen dat de meest efficiënte manier om dit te bewerkstelligen erin bestaat de materialen zoveel mogelijk te scheiden op de werf en vervolgens via een sorteerinstallatie het afval te onderwerpen aan een visuele controle op de aanwezigheid van teer en verontreinigingen (hout, isolatie, zink,…) te verwijderen. Nadien volgt een versnippering waarna nog eventuele verontreinigingen kunnen verwijderd worden (bijv. met een metaalmagneet). Wanneer we naar de productie van bitumineuze dakbanen kijken over de afgelopen 60 jaar, zien we een evolutie in het gebruik van modificaties en additieven. Gedurende de laatste tien jaar is er meer en meer gebruik gemaakt van gemodificeerde bindmiddelen. Dit heeft als gevolg dat de eigenschappen van de bindmiddelen zullen verschuiven. Ook dit moet geregeld gecontroleerd worden om een blijvende constante bindmiddelkwaliteit te garanderen of om het recyclageproces bij te sturen.

80 % marktaandeel

70 60

Teermastiek Bitumen + APP Geblazen bitumen Bitumen + SBS

50 40 30 20 10 0 1940

1960

1980

2000

Figuur 2-2

(b)

Verwerking van bitumineus dakafval tot een bruikbare secundaire grondstof.

Het onderzoek geeft een overzicht van de verschillende verkleiningsmogelijkheden die heden op de markt zijn: warme verkleining, verkleining bij omgevingstemperatuur en koude verkleining. Alle onderzochte processen hebben voor- en nadelen. Criteria bij de keuze van het proces vormen: de energiekost, kostprijs van het afvaltransport, de homogenisering en de afmetingen of handelbaarheid van het materiaal.

(c)

Bitumineuze dakbanen in wegenbouwasfalt

De toepassing van bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector in wegenbouwasfalt is technisch mogelijk. Het probleem dat een voldoende afzet belet, is het Standaardbestek 250 voor de wegenbouw, een norm voor de wegenbouwers die de specifieke eisen weergeeft waaraan het asfalt en zijn samenstellende delen dienen te voldoen. Het bindmiddel wordt namelijk beschreven aan de hand van het penetratiegetal en het verwekingspunt. Voor wegenbouwwerken wordt dikwijls een bitumen gebruikt met een 50/70 of 70/100 penetratiegetal. Uit het onderzoek bleek dat voor een type AB-3A asfalt slechts 10% verouderd bindmiddel kon toegevoegd worden bij een 70/100 om


p9

Inleiding alsnog binnen de karakteristieken van een 50/70 penbitumen te blijven. Voor gietasfalt was 20% vervanging van het bindmiddel mogelijk om de kwaliteit te behouden. Economisch gezien zijn deze percentages echter niet voldoende om een productieproces aan te passen. Naast het penetratiegetal en het verwekingspunt werden de bindmiddelen van bitumineus dakafval onderworpen aan een rheologisch onderzoek met een dynamic shear rheometer. Deze test beschrijft het gedrag van het bindmiddel bij dynamische belasting. Uit deze test blijkt dat door het toevoegen van bitumen van bitumineus dakafval aan nieuw bitumen, het mengsel steeds meer de eigenschappen van een geblazen bitumen benadert. Het toevoegen van 10 % oud bindmiddel geeft geen noemenswaardig verschil in de rheologische grootheden. De resultaten van deze test laten zelfs 20% vervanging toe om het hetzelfde gedrag te bekomen van een 50/70 penbitumen (met pen 50). 1.000E7

p 10 1000000

G* (Pa)

G* (Pa)

100000

10000

100 % b.m. uit sloopafvalstep RR051.00O-Oscillation 95/35 9535ESSO.00O-Oscillation step 30 % oud + 70 % (70/100) Q004.00O-Oscillation step 20 % oud + 80 % (70/100) Q003.00O-Oscillation step 10 % oud + 90 % (70/100) Q002.00O-Oscillation step 5070TTS.00O-Oscillation step 50/70 70100.00O-Oscillation step 70/100

1000

100.0

10.00 1.000E-3

0.1000

1.000

10.00

100.0

1000

10000

100000

1000000

1.000E7

1.000E8

frequency (Hz)

Figuur 2-3

2.2.4

Conclusie: In dit project werd een inventaris van het verouderd bitumineus dakafdichtingsmateriaal op gebied van samenstelling en bindmiddelkarakteristieken opgemaakt en werden de recycling technieken om oud bitumineus dakafdichtingsmateriaal op een meest geschikte manier voor verdere toepassing vastgelegd. Het resultaat is een eerste indicatie van de kwaliteit en kwantiteit van het dakafdichtingsafval, de mogelijke samenstelling en de eigenschappen van het bindmiddel. Dankzij de gelijkaardige samenstelling van bitumineuze dakbaan met asfalt en het feit dat het bitumineus dakafdichtingsmateriaal meer dan 60% bitumen bevat is het mogelijk om 10% van het bindmiddel in asfalt en 20% in gietasfalt te vervangen door het verouderde bindmiddel zonder nagenoeg de eigenschappen te wijzigen. Dit laag percentage is evenwel economisch niet interessant. Er dient gezocht te worden naar een minder kritieke toepassing omwille van de bindmiddelkarakteristieken vastgelegd in het SB250. Het product verouderd bitumineus dakafdichtingsmateriaal wordt verder VBD (verkleinde bitumineuze dakbanen; Eng. RRF reduced roofing material) genoemd.


Inleiding

2.3

PROJECT

2:

‘ONDERZOEK

MOGELIJKHEDEN BINDMIDDEL

IN

VAN

NAAR

BITUMINEUZE

GEBONDEN

DE

TOEPASSINGS-

RESTSTOFFEN

FUNDERINGSLAGEN

VAN

ALS DE

WEGENBOUW’.

2.3.1

Doelstelling De doelstelling van dit onderzoeksproject is de bitumineuze reststoffen asfaltpuingranulaat (APG; eng. Reclaimed Asphalt Pavement RAP) en bitumineuze dakbaan (VBD) hoogwaardig te hergebruiken in met verouderd bitumen (uit APG en VBD) gebonden funderingslagen, als alternatief voor de cementgebonden funderingen of om de algemene funderingsconstructie te verbeteren. Dit is een minder veeleisende toepassing dan het hergebruik in de asfaltlagen (onderlagen) van de wegstructuur, zoals in het vorige project beschreven. In de technische studie werd de mogelijkheid onderzocht om deze materialen te gebruiken (mechanische eigenschappen, de productie in asfaltcentrale, het uitspreiden en compacteren met de gebruikelijke asfaltmachines) door middel van o.a. een Marshall-studie, spoorvormingsproeven, gyratorverdichtingen en het aanleggen van proefvakken. Ook de eventuele milieurisico’s werden onderzocht. Er werd een milieuhygiënische studie uitgevoerd in samenwerking met VITO en een economische vergelijking gemaakt tussen het materiaal met hergebruik en courant gebruikte asfaltonderlagen en funderingen. Er wordt gestreefd naar een product dat technisch voldoet aan de gangbare vereisten van een wegfundering en dat kan geproduceerd worden in de bestaande asfaltcentrales en verwerkt worden door de asfaltpavers, zonder noemenswaardige aanpassingen te moeten doorvoeren. Het eindproduct mag geen schade berokkenen aan het milieu en dient economisch voordelig te zijn ten opzichte van bestaande materialen. Het bindmiddel van het nieuwe product dient volledig te bestaan uit hergebruiken of gerecycleerd bindmiddel (geen toevoeging van nieuwe bitumina).

2.3.2

Projectprogramma • Mengselontwerp; • testen: Marshallverdichting, visuele controle van de mengsels en proeftabletten, Marshallstabiliteit, -vloei en quotiënt, aangepaste retained Marshall (vorst), indirecte trekproef bij 45°C en bij –10°C, gyratorverdichting, spoorvormingsproef; • aanleg van proefvakken (100 m² als onderlaag); • economische en milieuhygiënische studie.

2.3.3

Resultaten Er werd een AB-3A als referentiemengsel beschouwd omdat dit asfalttype veelvuldig gebruikt wordt als onderlaag bij asfaltconstructies. Het testprogramma voorzag in: • mengsels met enkel VBD (als bindmiddel) en nieuwe granulaten; • mengsels met enkel APG (als bindmiddel en gerecycleerde granulaten) en nieuwe granulaten;


p 11

Inleiding • mengsels met VBD en APG (beide als bindmiddel en gerecycleerde granulaten) en nieuwe granulaten.

Er werd als referentiemengsel een AB-3A samenstelling vastgelegd. Samenstelling van de te bekomen korrelverdeling steenfractie (14mm< <20mm) steenfractie (10mm< <14mm) steenfractie (7.1mm< <10mm) steenfractie (4 mm< <7.1mm) steenfractie (2 mm< <4mm) zandfractie (1mm< <2mm) zandfractie (0.5mm< <1mm) zandfractie (0.250mm< <0.5mm) zandfractie (0.125mm< <0.250mm) zandfractie (0.063mm< <0.125mm) vulstof ( <0.063mm)

m/m% 17,20% 7,40% 8,20% 12,70% 11,90% 7,90% 4,10% 7,40% 13,50% 3,30% 6,40% 100,00% 5,50%

bindmiddelgehalte (in overmaat)

p 12

Tabel 2-2: nagestreefde mengselsamenstelling Onderstaande tabel geeft een beeld van de samenstelling van de aangemaakte mengsels, hun verwerkbaar- en verdichtbaarheid in het labo en tijdens het aanleggen van de proefvakken. + = vergelijkbaar met nieuw asfalt

samenstelling

- = verwerkbaar - - = niet verwerkbaar a mix met VBD (labo) mix met APG (labo) b mix met APG (proefvak 1) mix met APG (proefvak 2)

c

APG NG (150°C) (220°C)

VBD [%op]

nieuw bitumen [%op]

binder samenstelling (APG/VBD)

bind middel gehalte [%op]

verwerkbaarheid en verdichting

labo

proef vakken

0% 65% 55% 55%

100% 35% 45% 45%

9,50% 0% 0% 0%

0 0% 0% 2,07%

100/0 0/100 niet uitgev. niet uitgev.

5.5 -7.5% -niet uitg. 4,30% niet uitg. 2,70% niet. uitg. + 4,90% niet.uitg. +

mix met APG en VBD (labo)

55%

45%

i.f.v.bmge halte van mengsel

0%

66/34

5,50%

+

niet uitg.

mix met APG en VBD (proefvak 3)

55%

45%

3,40%

0%

n.b.

4,10%

niet uitg.

+

Tabel 2-3: overzicht aangemaakte mengsels en verwerkbaarheid De resultaten geven duidelijk weer en werden bevestigd door de arbeiders tijdens het aanleggen van de proefvakken, dat een mengsel met APG en VBD zonder toevoeging van nieuw bitumen verwerkbaar is met een asfaltpaver en normaal verdichtbaar is met een asfaltwals. Er werden diverse (mechanische) testen uitgevoerd op de mengsels a, b en c ter vergelijking met een referentie asfalt AB-3A. De Retained Marshall geeft een indicatie voor het samenspel watergevoeligheid-vorstwerking-veroudering op asfalt. Dit was de voornaamste hinderpaal voor de toepassing als funderingslaag: de funderingslaag moet vorst en water kunnen verdragen. Uit de tabel blijkt dat deze cyclus geen verslechtering


Inleiding van de Marshall karakteristieken geeft in vergelijking met een AB-3A asfalt, zelfs een verbetering in het geval van een mengsel met APG en VBD. % t.o.v. referentie AB-3A

Mengsel a

Mengsel b

Mengsel c

(VBD)

(APG)

(VBD+APG)

Marshall stabiliteit

200

130

150

Retained Marshall Stab.

200

130

200

Marshall vloei

150

100

140

Retained Marshall Vloei

150

100

140

Diam.druk (45°C)

300

200

300

Diam.druk (-10°C)

80

50

90

Tabel 2-4: overzicht laboratoriumtesten Uit de proefvakken werden kernen geboord waaruit monsters werden gemaakt voor de wielspoorproef.

spoorvormingsproef voldoet aan de eisen proefvak

nieuwe granulaten + APG

nieuwe granulaten + APG + nieuw bitumen

nieuwe granulaten + APG + VBD

AB-3A

e10

α2

van bouwklasse

voor wegen vanaf categorie:

-

-

-

4,33

3,52

3,12

0,09

0,09

0,1

controle verdichting opmerkingen

% HR

% RD

-

-

-

volledig verbrokkeld

4

III en IV (tot 2000 voertuigen per dag)

10,7

95,5

-

4

II (tot 8000 voertuigen per dag)

16,6

92,6

-

3

II (tot 8000 voertuigen per dag)

13,7

94,2

-

Tabel 2-5: resultaten van de spoorvormingsproef met geboorde kernen uit de proefvakken Uit bovenstaande resultaten kunnen we besluiten dat mengsels met APG en VBD de voorkeur verdienen omwille van algemeen goede resultaten voor alle testen en omwille van betere resultaten op het gebied van verwerkbaarheid en verdichtbaarheid, indirecte treksterkte bij lage temperaturen en weerstand tegen spoorvorming in vergelijking met de andere onderzochte mengsels.


p 13

Inleiding

2.3.4

Technische Aanbevelingen Het aanmaken van monsters in het labo, het produceren van het funderingsmateriaal in een asfaltcentrale en het aanleggen van deze funderingslaag voor proefvakken resulteren in de volgende aanbeveling: • Mengselamenstelling: 55 m/m% APG met 45 m/m% nieuwe granulaten, aangevuld met VBD in overmaat zodat het bindmiddelgehalte van het nagestreefde mengsel 5,5 m/m% (in overmaat) bedraagt. Dit percentage is afhankelijk van het bindmiddelgehalte van het gebruikte APG en VBD. Er wordt geen nieuw bindmiddel toegevoegd. De korrelverdeling van de nieuwe granulaten wordt zo gekozen dat het uiteindelijke mengsel een korrelverdeling van een AB-3A heeft. • Verwerking: de mengsels dienen verdicht en verwerkt te worden bij verhoogde meng- verdichtingstemperaturen in vergelijking met bijvoorbeeld een AB-3A mengsel. Minimale meng- en verdichtingstemperaturen van respectievelijk 155°C en 140°C worden aangeraden voor een goede meng- en verdichtbaarheid.

2.3.5

Economische analyse (productiekost) De economische studie is uitgevoerd voor een asfaltplant met een jaarlijkse capaciteit van 150.000 ton waarvan 10% gereserveerd wordt voor het aanmaken van het materiaal met hergebruik. Er werden geen kosten gerekend voor eventuele aanpassingen aan de asfaltcentrale omdat het funderingsmateriaal op dezelfde wijze geproduceerd kan worden als een asfalt AB-3A. Er werd rekening gehouden met een geringe meerkost aan energie omwille van de hogere mengtemperaturen Volgende kostprijzen (€/ton) werden aangenomen voor de basiscomponenten: Bitumen

Stenen

Zand

Vulstof

VBD

APG

173,53

6

12

30

49,58 à 74,35

2,48 à 7,44

Tabel 2-6: kostprijzen grondstoffen [€/ton] Bij de bepaling van de kostprijs van een wegopbouw dient men rekening te houden niet alleen met de productiekost van de materialen maar ook met het transport, met de tijd waarop een constructie moet aangelegd worden, de uitvoeringstermijn (bijv. cementgebonden funderingen moeten veel langer uitharden) en de dikte van de totale wegopbouw (in project 3 worden de kostprijzen van gehele wegopbouwen vergeleken). Omwille van verschillen in transport, verwerking en wegdimensionering worden de funderingsmaterialen hier onder enkel in productiekost met elkaar vergeleken. Ref. AB-3A

Cement

Mengsel

Mengsel

Mengsel

Mengsel

Geb.

met

met VBD

Met APG

met

Fund.

APG

en APG

en bitumen

VBD

% binder (op)

4,6

0

3,3

4,6

4,6

4,6

Reële kostprijs

1

0,52

0,60 à 0,72

0,69 à 0,81

0,89 à 0,95

0,81 à 0,89

Tabel 2-7: productiekosten voor de verschillende funderingsmaterialen.


p 14

Inleiding

Uit bovenstaande tabel blijkt dat de productiekosten van gebonden funderingsmateriaal lager liggen dan die van asfalt (het referentiemateriaal). In vergelijking met de productiekost van cementgebonden funderingslagen, geschat op een productiekost van 14,87 €/ ton, liggen de productiekosten van gebonden funderingslagen met bitumineuze reststoffen hoger. De hogere kostprijs dient gecompenseerd te worden door de wil om het afvalprobleem op te lossen (bv. Subsidies) en de betere mechanische eigenschappen waardoor een vermindering van de bovenliggende asfaltlagen mogelijk wordt. Zie hiervoor project 3: ‘Studie van een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: aB³.

2.3.6

Milieuhygiënische studie Wanneer afvalmaterialen aangewend worden als of in een bouwmateriaal, dienen zowel de afvalstoffen apart als het eindproduct vrij te zijn van vervuilende elementen. Bovendien mag het eindproduct niet uitlogen. Hoewel deze studie vrij uitgebreid was, worden hier enkel de resultaten weergegeven. Twee verschillende testmethoden werden uitgevoerd: samenstellingsanalyse (metalen, organische stoffen, minerale olie, EOX, PAK’s,…) en uitlogingstesten. In eerste instantie werden APG en VBD apart beproefd op samenstelling: Er werd een mengsel aangemaakt dat volledig samengesteld was uit de afvalstoffen. Dit is niet in overeenstemming met de werkelijkheid, maar een worst-case. De onderzochte mengsels vertoonden geen vervuilende elementen. In tweede instantie werd een mengsel aangemaakt van 6,8% VBD en 56% APG, aangevuld met nieuwe granulaten. Het mengsel werd verdicht met de Marshallcompactor. Het mengsel bevat de maximale hoeveelheid ‘afval’ die in een toepassing gebruikt zou worden en werd verdicht als asfalt. De eerste resultaten toonden een te hoge uitloging van de zinkcomponent. Bij het uitvoeren van een tweede test werden geen VLAREA limieten overschreden. We kunnen veronderstellen dat de zinkuitloging in de eerste test een gevolg is van een toevallige aanwezigheid van zink in de gebruikte stalen of via de uitvoeringswijze. We verwachten geen onoverkomelijke milieuhygiënische problemen. Een belangrijk aandachtspunt is evenwel dat de gebruikte secundaire grondstoffen (zowel APG als VBD) vrij moeten zijn van teer.

2.3.7

Conclusie De resultaten van dit onderzoeksprogramma tonen aan dat APG en VBD tesamen kunnen aangewend worden ter vervanging van nieuw bindmiddel en een gedeelte van de granulaten in bitumengebonden funderingslagen voor de wegenbouw. Het aanleggen van de proefvakken toonde een goede verwerkbaarheid en verdichtbaarheid voor mengsels met APG en VBD, aangemaakt in een asfaltcentrale met een paralleltrommel en verwerkt met een asfaltpaver en -wals. Het is technisch mogelijk zonder bijkomende aanpassingen om dit nieuwe mengsel aan te maken in een asfaltcentrale met paralleltrommel tegen een geringere kostprijs dan nieuw asfalt. Er zijn hoogst waarschijnlijk geen schadelijke consequenties voor het milieu. De toekomst van het product als alternatief voor de gebruikelijke funderingsmaterialen is afhankelijk van een reductie in de totale dikte van de wegopbouw en de wil -of verplichting- om deze secundaire grondstoffen weg te werken in een hoogwaardige toepassing.


p 15

Aged-Bitumen Bound Base aB³

3

STUDIE

VA N E E N W E G O P B O U W B E S TA A N D E U I T S L U I -

T E N D U I T B I T U M I N E U S G E B O N D E N M AT E R I A L E N : A B ³ .

3.1

DOELSTELLING: Dit project gaat de toepasbaarheid na van een warm gebonden mengsel met APG en VBD, met een korrelverdeling vergelijkbaar met een asfalt AB-3A, in een nieuw structureel concept: een verouderd-bitumen gebonden funderingslaag3 onmiddellijk op de ondergrond en waarboven een (dunnere) asfaltverharding geplaatst wordt. Het nieuwe product is ontwikkeld ter vervanging van steenslagfunderingen en schraalbetonfunderingen. Een tweede doelstelling is een vergelijking uit te voeren van verschillende berekeningsen dimensioneringsmodellen om zo het meest geschikte model te selecteren. Dit model kan dan gebruikt worden om het gedrag van dit nieuwe product te simuleren in een wegstructuur en de levensduur te benaderen. De resultaten van de verschillende berekeningsmodellen (VEROAD, NOAH, MET, BISAR, PRADOWIN, SPDM,…) worden onderling vergeleken en teruggekoppeld naar de onderzoeksresultaten uit proefopstellingen. Tenslotte zullen de bestaande standaardstructuren (flexibele en halfstijve) technisch en economisch vergeleken worden met het nieuwe wegopbouwconcept.

3.2

PROJECT

PROGRAMMA

Het projectprogamma omvat 3 fases: • Fase 1: studie van de samenstellende componenten (APG, VBD en nieuwe granulaten) - Karakteristieken van de primaire en secundaire grondstoffen; - Studie van de variatie van de samenstelling en de mechanische eigenschappen van de secundaire grondstoffen APG en VBD; - Theoretisch en proefondervindelijk onderzoek naar de eigenschappen van de bindmiddelen van de secundaire grondstoffen en mengsels ervan. • Fase 2: studie en onderzoek naar de mechanische eigenschappen van asfaltmengsels die de secundaire materialen APG en VBD bevatten. Evaluatie van de verschillende simulatiemodellen. • Fase 3: studie van wegstructuren, waarbij APG en VBD gebruikt werden, in vergelijking met standaardstructuren voor verschillende bouwklassen. Evaluatie van de gebruikte dimensioneringsmodellen met een economische analyse: benadering van de kostprijs van wegstructuren volgens het nieuwe concept in vergelijking met kostprijzen van kwalitatief evenwaardige standaardstructuren voor verschillende bouwklassen.

3

Eng. aB³: aged-bitumen Bound Base Material


p 16


3.3

RESULTATEN FASE 1:

STUDIE

(APG, VBD

COMPONENTEN

VAN

DE

SAMENSTELLENDE

EN NIEUWE GRANULATEN)

Om vast te stellen wat de eigenschappen zijn van het huidige aangeboden APG in Vlaanderen werden gegevens uit verantwoordingsnota’s discreet verwerkt. Elk asfaltmengsel dat bij een overheidsaanbesteding verwerkt wordt, dient kenbaar gemaakt te worden aan de hand van een verantwoordingsnota waarin onder andere de samenstelling van het gebruikte APG beschreven staat. Uit de studie van deze verantwoordingsnota’s aangevuld met eigen laboratoriumonderzoek voor VBD werden de samenstelling en eigenschappen van APG en VBD, de eigenschappen van de componenten ervan alsook de variatie erop bekomen. Deze gegevens dienen als invoergegevens bij de verschillende berekeningsmodellen om de mechanische eigenschappen van de mengsels met de secundaire materialen te simuleren. p 17 bindmiddel

% bitumen

R&K

pen

APG

[°C]

(1/10 mm)

in overmaat

gemiddelde

62,0

29,3

6,1

standdeviatie

5,9

10,1

0,9

betrouwb. 95%

1,8

3,1

0,3

betrouwb. 90%

1,5

2,6

0,2

min

49,9

9,0

4,7

max

76,0

56,3

8,5

# stalen

41,0

41,0

41,0

Tabel 3-1: bindmiddeleigenschappen van APG (bron: verantwoordingsnota’s LIN zie bijlage 1)

korrelverdeling zeef 20,0

14

10

7

4

2

1

0,5

0,25

0,125

0,063

gemiddelde

0,1

2,8

11,4

21,0

36,1

47,9

54,6

61,1

71,6

85,4

90,1

vulstof 9,9

standdeviatie

0,4

3,0

7,5

8,8

8,4

7,3

7,2

6,3

4,7

2,3

1,7

1,6

betr 95%

0,1

0,9

2,3

2,7

2,6

2,2

2,2

1,9

1,4

0,7

0,5

0,5

betr 90%

0,1

0,8

1,9

2,3

2,2

1,9

1,9

1,6

1,2

0,6

0,4

0,4

min

0,0

0,0

1,0

8,5

22,1

35,2

40,6

50,2

63,2

79,8

86,5

6,3

max

2,1

12,2

39,8

42,0

58,1

66,2

71,4

76,0

82,3

89,8

95,4

13,5

# stalen

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

41,0

Tabel 3-2: korrelverdeling van 41 stalen APG (bron : verantwoordingsnota’s LIN zie bijlage 1) Voor proefnemingen in het labo werden APG- en VBD-monsters verzameld. Er werd een samengesteld monster aangemaakt van vier stalen APG van verschillende aannemers om een enigszins representatief staal te verkrijgen (geen uitschieter). De VBD werd samengesteld uit afval van verschillende daken en gehomogeniseerd. Er werden twee monsters VBD beschouwd: één van Recybit (B) en één van Biturec (NL). Op beide monsters werden er analyses uitgevoerd om samenstelling en bindmiddeleigenschappen


Aged-Bitumen Bound Base aB³ te bepalen. Beide stalen bleken representatieve eigenschappen te hebben ten opzichte van de voorstudies. Recybit (gem) m/m%

Biturec (VBD03001) m/m%

APG

bindmiddel (niet in overmaat uitgedr.)

72,78%

59,02%

6,03%

steenfractie (14mm< <20mm)

0,00%

0,00%

6,57%

steenfractie (10mm< <14mm)

0,00%

0,00%

7,05%

steenfractie (7.1mm< <10mm)

0,00%

7,82%

6,98%

steenfractie (4 mm< <7.1mm)

0,00%

6,18%

12,38%

steenfractie (2 mm< <4mm)

0,00%

1,66%

11,53%

zandfractie (1mm< <2mm)

0,50%

1,92%

6,60%

zandfractie (0.5mm< <1mm)

3,33%

2,80%

5,72%

zandfractie (0.250mm< <0.5mm)

6,71%

4,19%

9,01%


6,04%

3,78%

16,11%


3,15%

1,81%

5,74%

vulstof ( <0.063mm)

pen [0,1mm] r&k [°C]

7,49%

10,85%

6,28%

100,00%

100,00%

100,00%

6

18

21

118

91,5

58,8

Tabel 3-3: samenstelling en bindmiddeleigenschappen van VBD en APG

Er werden bindmiddelmengsels aangemaakt in verschillende verhoudingen om de eigenschappen hiervan te bepalen (labo) en te vergelijken met de gebruikelijke mengformules (blend). De verhoudingen voor het bindmiddelmengsel APG/VBD van 80/20 en 40/60 vormen de grenzen van wat mogelijk voorkomt in het nagestreefde mengsel (volgens technische aanbevelingen project 2) rekening houdend met de spreidingen van bindmiddelgehalte van APG en VBD. Deze grenzen zijn relevant om een venster te bepalen van de mengseleigenschappen (fase 2) en de structuuropbouw (fase 3).

bm-ref

bindmiddelsamenstelling

pen

R&B

(m/m%)

[1/10mm)

[°C]

BMVBD007

gehomogeniseerd staal vbd

6

118

RECM004

40% bmapg07 + 60% bmvbd07 labo

11

90,2

RECM006


14

75

RECM007


18

65,8

BMAPG007

gehomogeniseerd staal apg

21

58,8

Tabel 3-4: bindmiddeleigenschappen van APG en VBD en mengsels ervan. Onderstaande figuren tonen vijf mastercurves (figuur links) van de verschillende bindmiddelmengsels (met BMVBD007 bovenaan en BMAPG007 onderaan) en vijf black diagramma (figuur rechts) van de verschillende bindmiddelmengsels (BMVBD007 links en BMAPG007 rechts). De verhouding van de samenstelling van de verschillende


p 18

Aged-Bitumen Bound Base aB³ bindmiddelen is van grote invloed op de performance: een exacte proportionering is van cruciaal belang.

Master Curves Project GOAP and RRF 1.000E8

1.000E8

1.000E7

1.000E7

1000000

G* (Pa)

1000000 100000

100000 G* (P a)

10000

10000

p 19

1000

1000 100.0 0

100.0 1.000E-5

1.000E-3

0.1000

1.000

10.00

100.0

1000

10.00

10000

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

delta (degrees)

frequency (Hz) Ref T : 30 °C

BMVBD07.00O-Oscillation step RECM004.00O-Oscillation step RECM006.10O-Oscillation step RECM007.10O-Oscillation step BMAPG07.10O-Oscillation step

BMVBD07.00O-Oscillation step RECM004.00O-Oscillation step RECM006.10O-Oscillation step RECM007.10O-Oscillation step BMAPG07.10O-Oscillation step

Figuur 3-1: mastercurves

Figuur 3-2: black diagramma

De bindmiddeleigenschappen (pen en R&B) van de mengsels werden ook gesimuleerd aan de hand van blendgrafieken door invoer van de bindmiddeleigenschappen van APG en VBD.

bm-ref

samenstelling bindmiddel

bepaling

pen

(m/m%)

via

[1/10mm)

R&B [°C]

bmmeng001

61% bmapg06 + 39% bmvbd06

labo testen

17

74,9

bmmeng002


blendgrafieken

18

77,7

bmmeng003


DSR proeven

22

n.v.t.

Tabel 3-5: Vergelijking resultaten bindmiddelonderzoek en blendgrafieken Uit de tabel blijkt dat de resultaten van in het laboratorium geblende verouderde bitumina, die wellicht modificaties bevatten, en de resultaten van de blendmodellen een goede overeenkomst vertonen. De blendmodellen kunnen hier dus aangewend worden ter simulatie van de bindmiddelmengseleigenschappen van bindmiddelmengsels indien de karakteristieken van de twee basismengsels bepaald werden.



3.4

RESULTATEN FASE 2: DE

MECHANISCHE

SIMULATIE VAN EN ONDERZOEK NAAR

EIGENSCHAPPEN

SECUNDAIRE MATERIALEN

APG

EN

VAN

MENGSELS

MET

VBD

De resultaten van fase 1 (laboratoriumtesten en bindmiddelsimulaties) kunnen nu gebruikt worden als invoergegevens voor de modellen gebruikt in fase 2 (BANDS, PRADOWIN, UGE, HUET-SAYEGH) waarmee de mechanische eigenschappen van het mengsel kunnen voorspeld worden. De nagestreefde AB-3A mengselsamenstelling (zie onderstaande tabel) werd gebruikt voor theoretische simulaties. In de rand vermelden we dat verdere mengseloptimalisatie nog steeds mogelijk is door wijziging van de nagestreefde korrelverdeling en de bindmiddeleigenschappen. Dit laatste is uiteraard afhankelijk van de gebruikte VBD en APG. Drie proefplaten (P1, P2 en P3) werden aangemaakt en verdicht met een plaatverdichter (hoge verdichting). Er werd gebruik gemaakt van twee types VBD: VBD van de Belgische leverancier Recybit (korrels van 1mm) voor P1 en P2 en VBD van de Nederlandse leverancier Biturec (snippers uit een zeef van 3 tot 5 mm) voor P3. P1

P2

P3

beoogd: AB3Ath06

zeefrest

20 mm:

0,00%

0,00%

0,00%

0,00%

zeefrest

14 mm:

12,04%

18,41%

15,79%

17,20%

zeefrest

10 mm:

8,14%

7,83%

6,56%

7,40%

zeefrest

7,1 mm:

7,69%

6,26%

7,99%

8,20%

zeefrest

4 mm:

12,88%

11,54%

12,65%

12,70%

zeefrest

2 mm:

13,76%

12,63%

12,25%

11,90%

zeefrest

1 mm:

9,40%

8,39%

7,96%

7,90%

zeefrest

0,5 mm:

5,72%

5,02%

4,79%

4,10%

zeefrest

0,25 mm:

7,16%

6,46%

7,32%

7,40%

zeefrest

0,125 mm:

12,62%

12,74%

14,46%

13,50%

zeefrest

0,063 mm:

5,03%

4,72%

4,43%

3,30%

5,59%

6,00%

5,79%

6,40%

vulstof dichtheid

2.305

2.365

2.349

bindmiddel (in overmaat)

5,13%

4,92%

5,57%

5,50%

pen (1/10 mm)

11

11

20

R&B (°C)

86

86

74,6

Tabel 3-6: gerealiseerde mengselsamenstelling van de proefplaten (na analyse) Van het materiaal aangemaakt voor de proefplaten werden eveneens Marshalltabletten vervaardigd en beproefd.


p 20

Marshall karakt. (kN, mm, kN/mm)


32

31

22

9

gebruikte VBD: beoogd %bm (op): Proefplaat:

7,9

3,5

4,0

4,2

Recybit 5,50% P1

Recybit 5,50% P2

Biturec 5,50% P3

Stabiliteit gem (kN)

Vloei gem (mm)

5,2

Quotiënt gem (kN/mm)

p 21 Figuur 3-3: Marshall karakteristieken van de mengsels P1, P2 en P3 proefplaat beoogd bindmiddelgehalte :

P1

P2

P3

5,50%

5,50%

5,50%

bindmiddelgehalte na analyse:

5,13%

4,92%

5,57%

VBD-type Stabiliteit gem (kN)

Recybit

Recybit

Biturec

Vloei gem (mm) Quotiënt gem (kN/mm)

31

32

22

3,5

4,0

4,2

9

7,9

5,2

Tabel 3-7: Marshall karakteristieken In vergelijking met eerder gevonden Marshall karakteristieken voor materiaal met VBD en APG zijn deze resultaten representatief. Bemerk de hoge Marshallstabiliteit in vergelijking met een referentie van AB-3A van ca. 12 kN. De mechanische mengseleigenschappen werden bekomen uit stijfheids- en vermoeiingsproeven op proefplaten uitgevoerd door het OCW en uit simulaties aan de hand van BANDS, PRADOWIN en Ugé-nomogrammen. De mengselsamenstelling en de eigenschappen van de componenten van de proefplaten werden eveneens als input gebruikt zodat simulatiewaarden en resultaten van proeven konden vergeleken worden om het meest geschikte simulatiemodel te selecteren. De resultaten van de mechanische testen in vergelijking met berekende waarden waren verbazingwekkend: stijfheidsmoduli wijken af tot een factor 2! Dit betekent dat sommige modellen niet in staat zijn de mechanische eigenschappen van het materiaal met de secundaire grondstoffen te voorspellen.


Aged-Bitumen Bound Base aB³ testen P2

f = 7,96 -5 T (°C) 10 35

[E*] (MPa) phi (°) phi (°) [E*] (MPa) phi (°)

P3

22991 21824 6,9

[E*] (MPa)

berekende waarden

6

17445 15608

BANDS

BANDS

PW

PW

PW

PW

P2 HC

P2 LC

P2 HC

P2 LC

P3 HC

P3 LC

27400

20400

32894

23625

27762

19942

n.m.

n.m.

1,9

1,9

4,1

4,1

17400

11800

26170

18796

19613

14088

9,4

9,2

n.m.

n.m.

6,7

6,7

11

11

7189

4500

5110

3270

11671

8382

6007

4315

19

23,9

n.m.

n.m.

19,1

19,1

24,3

24,3

Tabel 3-8: berekende en gemeten waarden van stijfheden voor mengsels met APG en VBD Bovenstaande resultaten tonen dat het programma PRADOWIN , de proefresultaten het best benaderd. Hoewel bepaling van het percentage holle ruimte van de proefplaten een hoge verdichting aangeeft, worden de proefresultaten het best benaderd door PRADOWIN, wanneer een lage verdichting wordt aangenomen bij invoer. Deze afwijking kan verklaard worden door de hoge stijfheid van het verouderde bindmiddel en de invloed hiervan tijdens de bindmiddelevaluatie door PRADOWIN. De optie om G* van het bindmiddel in te geven was nog niet geactiveerd in het programma. Alle verdere berekeningen voor fase drie werden uitgevoerd met de gegegens van de proefresultaten of gesimuleerde stijfheden aan de hand van PRADOWIN met lage verdichting. Onderstaande figuur toont de stijfheidsmoduli in functie van de temperatuur bij een zelfde frequentie van 7,96Hz. De curves werden opgesteld a.d.h.v. de stijfheidsmetingen op de twee proefplaten P2 en P3. De curve van het AB-3A-mengsel werd bekomen door een PRADOWIN simulatie van stijfheidsmoduli. Vooral bij hoge temperaturen vertonen de mengsels met de secundaire materialen hogere stijfheden. isochrone at f=7.96H z 100000

10000

E* [MPa]

P2-2 P2-9 P3-2 P3-3 A B -3A (4,8% ) 1000

-30 -25 -20 -15 -10

100 -5 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Tem perature [°C ]

Figuur 3-4: stijfheidsmoduli in functie van temperatuur bij f=7,96 Hz Een vermoeiingstest werd uitgevoerd (bij 30°C en 15Hz) op proefstukken uit de proefplaat P2. De bekomen vermoeiingscurve is vergelijkbaar met die van courant


p 22

Aged-Bitumen Bound Base aB³ gebruikte bitumineuze onderlagen. De helling van de vermoeiingscurve is vrij klein wat wijst op eerder betere vermoeiingseigenschappen:

ε = 367,3.N −0,106

[ε in µstrain] ( 3-1 )

vermoeiingswetten

initiële rek [µstrain]

1000

100

aB³ P2 asfalt

10

p 23

1 100000

1000000

10000000

100000000

1000000000

aantal cycli N

Figuur 3-5: vergelijking vermoeiingswet aB³ en asfalt vermoeiingswet ( ε = 1600.N

−0 , 21

)

Zoals in het vorige project gesteld is, vormt de watergevoeligheid van het funderingsmateriaal één van de meest kritieke voorwaarden. Een bindmiddelmengsel uit APG en VBD is visceuzer dan een penbitumen waardoor er gevaar bestaat voor een niet volledige omhulling van de granulaten. Dit kan gepaard gaan met een hogere watergevoeligheid en slechtere hechtingseigenschappen van het bindmiddel waardoor het materiaal minder duurzaam is. De indirecte trekproef en de watergevoeligheid volgens prEN 12697-12 zijn hiervoor goede indicators. De indirecte treksterkte van proefstukken van proefplaat P2 bedraagt gemiddeld 2,461 MPa en van de proefstukken van proefplaat P3 1,942 MPa. De resterende indirecte treksterkte na de watergevoeligheidsprocedure bedraagt nog 85% voor P2 en 93% voor P3. Dit zijn zeer goede resultaten omdat voor een asfalt minimum 75% resterende indirecte treksterkte mag verwacht worden. Er werd een gevoeligheidsstudie uitgevoerd naar de invloed van het bindmiddelgehalte en de bindmiddeleigenschappen van zowel APG als VBD op de mechanische mengseleigenschappen. De bekomen grenzen in mengselstijfheden werden gebruikt in fase 3 ter bepaling van een venster voor de dikte van de structuren met de secundaire materialen.



3.5

RESULTATEN FASE 3:

3.5.1

Inleiding

STRUCTUREEL ONTWERP

Output van fase 2 zorgt voor de input van fase 3. Verschillende structurele ontwerpprogramma’s (NOAH, VEROAD, BISAR en het structurele ontwerpmodel ontwikkeld voor MET) worden aangewend om het gedrag van verschillende structuren met elkaar te kunnen vergelijken. Voor 4 bouwklassen (B2, B4, B6, B8) worden standaardstructuren gekozen en als referentiestructuren aangenomen. Voor deze referentiestructuren wordt met elk dimensioneringsmodel het aantal 100 kN standaardaslasten berekend dat de structuur kan opnemen alvorens te bezwijken. Vervolgens wordt een opbouw van een structuur met een aB³-laag bepaald die minstens even veel standaardaslasten kan opnemen met telkens hetzelfde berekeningsmodel. Op deze manier bekomen we per bouwklasse en per berekeningsmodel in levensduur evenwaardige structuren, namelijk een referentie standaardstructuur en een structuur met de aB³-laag. In een economische studie worden de kostprijzen van de in levensduur evenwaardige structuren vergeleken. De achterliggende berekeningsprincipes worden vergeleken en het meest geschikte berekeningsmodel wordt geselecteerd voor het berekenen van een structuur met een aB³.

3.5.2

Randvoorwaarden Er werden aannames gedaan voor de randvoorwaarden met betrekking tot het verkeer (snelheid, grootte last, contactoppervlakte belasting,…) de klimatologische omgeving (temperatuur,…) en de structuur (diktes, materiaaleigenschappen, hechting van de verschillende lagen,…). Hierdoor kunnen de berekeningen met de verschillende programma’s met eenzelfde invoer uitgevoerd worden. Omdat echter niet elk programma eenzelfde invoermogelijkheid heeft, zullen de invoergegevens verschillen per model. Per model werd de input zo goed mogelijk in overeenstemming met deze aangenomen randvoorwaarden ingevoerd. Volgende belastingsconfiguratie werd aangenomen om impact van één standaardaslast van 100kN te simuleren:

standaardaslast van 100 kN

enkel wiel belasting [kN]

straal contactoppervlak [m]

spanning [kPa]

snelheid [km/u]

50

0,1508

700

60

Tabel 3-9: belastingsconfiguratie Er werd gerekend met verschillende klimatologische omgevingen: Textreem

Tgemiddeld

gewicht [%]

winter

-5

0

25%

lente,herfst

10

10

50%

zomer

35

20

25%

temperaturen per seizoen [°C]

Tabel 3-10: klimatologische omgevingen


p 24

Aged-Bitumen Bound Base aB³ Het dimensioneringsmodel ontwikkeld in opdracht van MET geeft de mogelijkheid bij de berekening rekening te houden met vorst. Gezien de overige modellen dit niet toelaten werd vorst nergens in rekening gebracht! Voor de materialen (andere dan het aB³-materiaal) werden volgende karakteristieken aangenomen voor NOAH en BISAR: E-modulus [MPa]

coëfficiënt van Poisson [-]

ondergrond

50

0,5

korrelige onderfundering

200

0,5

type

korrelige funderingslaag (steenslaglaag) schraal-betonlaag

500

0,5

15000

0,3

bitumineuze lagen (-5°C)

25000

0,3

bitumineuze lagen (0°C)

20000

0,3


10000

0,3


8000

0,3


5000

0,3

p 25

Tabel 3-11: aannames materiaalkarakteristieken Evenwel voor VEROAD en MET werden andere E-moduli gebruikt. Voor het programma VEROAD werden de bitumineuze lagen visco-elastisch benaderd middels het HUETSAYEGH model zodat de E-moduli verschillen van deze in de tabel hierboven. Het MET-dimensioneringsmodel bepaalt de stijfheden van de bitumineuze lagen intern aan de hand van de mengsel-en bindmiddelkarakteristieken (%bm, %HR, pen en r&k). Volgende structuren werden ingevoerd en vergeleken:

dikte [cm], d

referentiestructuren

bitumineuze fundering lagen


ondergrond oneindig, 50 Mpa

B2 halfstijf (schraalbetonfundering)

20

20

20

B4 halfstijf (schraalbetonfundering)

18

20

20

oneindig, 50 Mpa

B6 soepel (steenslagfundering)

19

23

20

oneindig, 50 Mpa

B8 soepel (steenslagfundering)

14

21

20

oneindig, 50 Mpa

10

d

-

oneindig, 50 Mpa

nieuw concept met AB³-laag

Tabel 3-12: diktes van de ingevoerde structuren Om de levensduur van de verschillende structuren te bepalen werden (minstens) volgende criteria in acht genomen: • De horizontale rek aan de onderzijde van alle gebonden lagen. • De verticale vervorming aan de bovenzijde van de ondergrond. In elk programma werd d iteratief aangepast zodat de structuren met aB³ een gelijke levensduur bekomen in vergelijking met de referentiestructuur voor elke bouwklasse.



3.5.3

Dimensionering op basis van VEROAD

(a)

Beschrijving van het VEROAD programma.

Het visco-elastisch meerlagen programma VEROAD bestaat uit een aantal modules die het mogelijk maken om de dsas (displacements, stresses and strains), hoofdspanningen en de gedissipeerde energie van een structuur visco-elastisch te analyseren voor een bewegende last. Dit geeft meteen een meetbaar verschil met de andere programma’s zoals NOAH en BISAR waar men een stilstaande aslast beschouwt. Het VEROADpakket biedt de gebruiker ook de mogelijkheid om Burgers en Huet-Sayegh modelparameters te bepalen aan de hand van mengselstijfheden. In het hoofdprogramma VEROAD wordt het asfaltmengsel behandeld als een momentaan lineair visco-elastisch materiaal. Met momentaan wordt bedoeld dat de materiaaleigenschappen afhankelijk zijn van de belastingstijd, d.i. in relatie met de snelheid van het rijdend wiel. De materiaaleigenschappen stijfheid en fasehoek worden bepaald aan de hand van stijfheidsmetingen bij bepaalde frequenties en temperaturen. De stijfheden en fasehoeken bepalen het gedrag van het materiaal. Aan de hand van deze reële metingen kan een model opgesteld worden dat het gedrag van het asfaltmengsel kan voorspellen. In het VEROAD programma kan de keuze gemaakt worden tussen het Burgersmodel en het model van Huet-Sayegh. Het model van Huet-Sayegh benadert het gedrag van asfalt beter (of in een ruimer scala van condities) dan het Burgers model. Omdat dit project eerder extreme asfalteigenschappen (zeer hard bindmiddel) aanspreekt, werd voor de berekeningen gekozen voor het Huet-Sayegh model voor asfalt en aB³.

Figuur 3-6: voorstelling model Huet-Sayegh De modelparameters zijn te onderscheiden in 4 temperatuursonafhankelijke parameters: - Ea : Elastische modulus van de veer gerelateerd aan de smoorpotten - Ep : Elastische modulus van de veer (d.i. stijfheid met frequentie nul) - ka : karakteristiek voor smoorpot a (macht) - hb : karakteristiek voor smoorpot b (macht) en 2 temperatuursafhankelijke parameters, m.a.w. afhankelijk van de temperatuur waarbij de berekening wordt uitgevoerd: de smoorpotkarakteristieken ηa en ηb.


p 26


Het programma HUSAROAD berekent deze parameters op basis van stijfheden en fasehoeken van de mengsels. De stijfheden en fasehoeken werden bepaald met PRADOWIN. Elastische materialen zoals beton kunnen worden ingevoerd met een E-modulus. Aan de hand van deze modelparameters, de coëfficiënten van Poisson en de dikte van de lagen, berekent VEROAD de dsas voor de gevraagde punten in de lagen.

(b)

Invoergegevens VEROAD

Referentiestructuren De referentiestructuren zijn afhankelijk van de bouwklasse opgebouwd uit twee asfaltlagen (toplaag en onderlaag), een funderingslaag (cementgebonden of ongebonden) en een onderfundering op een ondergrond van 50 MPa. De asfalteigenschappen voor de top- en onderlaag zijn theoretisch bepaald a.d.h.v. het programma PRADOWIN. Er werd gebruik gemaakt van een AB-1A en AB-3A mengselsamenstelling om de mechanische eigenschappen (stijfheid en fasehoek i.h.b.) te bepalen. Deze eigenschappen werden ingevoerd in het VEROAD-programma HUSAROAD om de Huet-Sayegh modelparameters te bepalen.

T° berekening

Ep

Ea

ka

hb

ηa

ηb

[MPa]

[MPa]

-

-

[MPa.s]

[MPa.s]

-5

50

27350

0.21

0.44

5.63 E+04

4.27 E+04

0

50

27350

0.21

0.44

1.30 E+04

9.88 E+03

10

50

27350

0.21

0.44

735

558

20

50

27350

0.21

0.44

44.8

34

35

50

27350

0.21

0.44

0.78

0.59

[°C]

Tabel 3-13: AB-1A input en bepalen van de Huet-Sayegh modelparameters

T° berekening

Ep

Ea

ka

hb

ηa

ηb

[MPa]

[MPa]

-

-

[MPa.s]

[MPa.s]

-5

20

28080

0.21

0.48

7.92 E+05

7.61 E+05

0

20

28080

0.21

0.48

1.28 E+05

1.23 E+05

10

20

28080

0.21

0.48

4300

4130

20

20

28080

0.21

0.48

201

193

35

20

28080

0.21

0.48

3.74

3.59

[°C]

Tabel 3-14: AB-3A input en bepalen van de Huet-Sayegh modelparameters Voor de elasticiteitsmoduli van beton, onderfundering en ondergrond werden de waarden resp. 15000, 200 en 50 MPa aangenomen.


p 27


Coëfficiënten van Poisson voor de diverse temperaturen voor AB-3A en AB-1A: T° berekening

ν

[°C]

-

-5

0.25

0

0.3

10

0.3

20

0.3

35

0.35

Tabel 3-15: coëfficiënt van Poisson voor AB-1A en AB-3A Voor cementgebonden fundering werd een vaste waarde 0.3 aangenomen en voor de onderfundering 0.5. De berekeningen werden telkens uitgevoerd met een toplaag van 5cm AB-1A aangevuld met een onderlaag AB-3A met een variabele dikte tot de uiteindelijke dikte van het asfaltpakket is bereikt. aB³ materiaal De fundering (al dan niet gebonden) wordt vervangen door een aB³-laag met variabele dikte. Dit materiaal wordt berekend gelijkaardig aan een asfalt. De aB³-eigenschappen stijfheid en fasehoek zijn bepaald aan de hand van metingen op proefplaat 2 [zie bijlage 2: proevenverslag OCW]. Deze eigenschappen werden ingevoerd in het VEROAD-programma HUSAROAD om de Huet-Sayegh modelparameters te bepalen. T° berekening

Ep

Ea

ka

hb

ηa

ηb

[MPa]

[MPa]

-

-

[MPa.s]

[MPa.s]

-5

65

33119

0.185

0.24

4.95 E+06

8.41 E+06

0

65

33119

0.185

0.24

1.47 E+06

2.50 E+06

10

65

33119

0.185

0.24

9.94 E+04

1.69 E05

20

65

33119

0.185

0.24

4670

7940

35

65

33119

0.185

0.24

24.1

41

[°C]

Tabel 3-16: aB³- P2 invoer: Huet-Sayegh modelparameters Er werd geen onderfundering aangebracht en voor de ondergrond werd de waarde 50 MPa aangenomen voor de E-modulus.


p 28

Aged-Bitumen Bound Base aB³ Coëfficiënten van Poisson voor de diverse temperaturen voor aB³: T° berekening

ν

[°C]

-

-5

0.25

0

0.25

10

0.25

20

0.30

35

0.35

Tabel 3-17: coëfficiënt van Poisson voor aB³ De berekeningen werden telkens uitgevoerd met een toplaag van 5cm AB-1A en een onderlaag van 5 cm AB-3A aangevuld met een variabele dikte van aB³. Randgegevens Naast de materiaalgegevens werden de volgende randparameters genoteerd: - belasting : 50 kN last (0,7 MPa) - snelheid van het wiel: 60 km/h - de dsas worden bepaald vertikaal onder het wiel onderaan de asfaltlaag, onderaan de funderingslaag (aB³ of cementgebonden) en bovenaan de ondergrond.

(c)

Berekeningsmethode voor de levensduur

Uit de dsas werd een levensduur bepaald op twee manieren nl. via de schade en via een gemiddelde rek. Berekeningsmethode voor de levensduurbepaling gebruik makend van de maximale schade Volgende wetten werden gebruikt voor het berekenen van de schade 1/N: Op basis van de horizontale rek onderaan de asfaltlagen:

1 = (625 ⋅ ε ) 4,76 [ε in m/m] N

( 3-2 )

Op basis van de horizontale rek onderaan de cementgebonden lagen:

1 1 = ( 20 − 200000⋅ε ) N 10

[ε in m/m]

( 3-3)

Op basis van de rek onderaan de aB³-laag:

1 ⎛ ε ⋅ 106 ⎞ ⎟ =⎜ N ⎜⎝ 367,3 ⎟⎠

1

0 ,106

[ε in m/m]

( 3-4)


p 29


Op basis van de verticale vervorming bovenaan de ondergrond:

1 ⎛ ε ⎞ =⎜ ⎟ N ⎝ 0,011 ⎠

1

0 , 23

[ ε in m/m ]

( 3-5)

Voor elk seizoen wordt de levensduur berekend uit de orthogonale rekken εxx, εyy (verschillend want rijdend wiel!) en εzz door het maximum te nemen van de bekomen schadewaardes. Vervolgens werd de totale schade bepaald aan de hand van volgende formule:

1 N totaal

=

0,25 0,50 0,25 + + N w int er N lente, herfst N zomer

( 3-6)

Het aantal lastherhalingen N is het inverse van de schade. Berekeningsmethode voor de levensduurbepaling gebruik makend van de gemiddelde rek De maximale levensduur van de constructie is het minimum van de afzonderlijke maximale levensduur van elke laag, berekend met de formules van (c) maar dan met de gemiddelde rek uit

1

ε

=

0,25

ε w int er

+

0,50

ε lente, herfst

+

0,25

ε zomer

( 3-7)

Bepaling van de levensduur van de referentiestructuren Voor de referentiestructuren werden de afmetingen genomen zoals aangenomen (zie hiervoor tabel 3-14) voor een ondergrond van 50 MPa en de materiaalkarakteristieken zoals hierboven beschreven. Hieruit werd een levensduur bepaald volgens de twee bovenstaande werkwijzen. Bepaling van de levensduur van de structuur met aB³ Voor de structuur met aB³ werden de dsas berekend met toenemende dikte van de laag aB³ en met de twee berekeningsmethoden de levensduur bepaald.


p 30

Aged-Bitumen Bound Base aB³ (d)

Resultaten

De onderstaande grafieken geven een duidelijk beeld van de levensduur van de aB³ structuren met toenemende dikte. De levensduur van de referentiestructuren zijn constant gehouden.

1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08

N [-]

1,00E+07 1,00E+06 B2

1,00E+05

B4

1,00E+04

B6 B8

1,00E+03

P 2 N dam

1,00E+02 1,00E+01

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

1,00E+00

d ikte aB³ [cm ]

FFiguur 3-7: VEROAD: grafiek voor extreme temperaturen en dikte berekend 1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 B2 B4 B6 B8 P2 emid

N [-]

1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

1,00E+00 dikte aB³ [cm]

Figuur 3-8: VEROAD: grafiek voor extreme temperaturen en dikte berekend uit de gemiddelde rek Men ziet duidelijk dat de methode met de gemiddelde rek voordeliger is ten opzichte van de gemiddelde schade. We geven de voorkeur aan de methode met de gemiddelde schade en verwerpen de methode met de gemiddelde rek. Verder zien we dat de temperaturen van grote invloed zijn op de nodige diktes.


p 31


1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08

N [-]

1,00E+07

B2

1,00E+06

B4

1,00E+05

B6

1,00E+04

B8

1,00E+03

P2 Ndam

1,00E+02

p 32

1,00E+01 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

1,00E+00 dikte aB³ [cm]

Figuur 3-9: VEROAD: grafiek voor extreme temperaturen en dikte berekend uit Ndam

1,00E+11 1,00E+10 1,00E+09 1,00E+08

N [-]

1,00E+07

B2 B4 B6 B8 P2

1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

1,00E+00

dikte aB³ [cm]

Figuur 3-10: VEROAD: grafiek voor extreme temperaturen en dikte berekend uit de gemiddelde rek


Aged-Bitumen Bound Base aB³ 3.5.4

Dimensionering op basis van NOAH

(a)

Beschrijving van het NOAH-model

NOAH is een programma dat een lineair-elastisch meerlagenmodel omkadert in een Windows omgeving waarmee op basis van stijfheden, coëfficiënten van Poisson en laagdiktes spanningen, vervormingen en verplaatsingen op de door de gebruiker gedefinieerde plaatsen berekend kunnen worden. Het biedt de mogelijkheid om rechtstreeks materiaaleigenschappen in te voeren of om formules in te voeren die materiaaleigenschappen omschrijven in functie van klimatologische parameters (bijvoorbeeld temperatuur en frequentie) zodat het model deze materiaaleigenschappen berekent. Verder kunnen de geschikte wetten die het materiaalgedrag beschrijven zelf ingevoerd worden om de spanningen, rekken en verplaatsingen te koppelen aan gezochte grootheden bijvoorbeeld het aantal lastherhalingen via een vermoeiingswet. Macro’s en distributies kunnen omschreven worden zodat inputparameters als variabele beschouwd kunnen worden en het niet noodzakelijk is telkens opnieuw een structuur met de randvoorwaarden in te geven voor elke parameter apart. De Rosenblueth benadering op basis van probabilistiek (waarschijnlijkheidstheorie) wordt gehanteerd bij het berekenen van distributies van variabelen. Een distributie van slechts een aantal punten in combinatie met een waarschijnlijkheid wordt beschouwd in plaats van de ganse distributie van variabelen zodat een equivalent resultaat bekomen wordt. Ten slotte kan men via het bundelen van verschillende parameters (macro’s en of distributions) een grafische output bekomen van een selectie van al de berekende gevallen (‘een snede maken in de gecreëerde meerdimensionale hyperspace’). Dit is zeer interessant bij het uitvoeren van gevoeligheidsstudies. Men kan bijvoorbeeld in functie van de dikte van een laag de levensduur van een structuur weergeven. Men kan ook een numerieke output opvragen zodat deze met andere computerprogramma’s bewerkt kan worden tot een geschikte weergave. Volgende wetten werden gebruikt voor het berekenen van de schade 1/N: Op basis van de horizontale rek onderaan de asfaltlagen:

1 = (625 ⋅ ε ) 4,76 [ε in m/m] N

( 3-2)


1 1 = ( 20 − 200000⋅ε ) N 10

[ε in m/m]

( 3-3)


1 ⎛ ε ⋅ 106 ⎞ ⎟ =⎜ N ⎜⎝ 367,3 ⎟⎠

1

0 ,106

[ε in m/m]

( 3-4)


p 33

Aged-Bitumen Bound Base aB³ Op basis van de vertikale vervorming bovenaan de ondergrond:

1 ⎛ ε ⎞ =⎜ ⎟ N ⎝ 0,011 ⎠

1

0 , 23

[ ε in m/m ]

( 3-5)

Voor elk seizoen werd hiervan per structuur het minimum bepaald en vervolgens werd de totale schade bepaald aan de hand van volgende formule:

1 N totaal

=


( 3-6)

Het aantal lastherhalingen N is het inverse van de schade.

(b)

p 34

Invoergegevens NOAH

Als invoergegevens werden de parameters zoals algemeen aangenomen (zie hiervoor ‘3.5.2: randvoorwaarden’) ingevoerd. Voor de stijfheden van het aB³-materiaal werden de outputwaarden van PRADOWIN en de proefresultaten van de stijfheidsproeven op de proefplaten ingevoerd. Volgende tabel geeft een overzicht: 35°C

20°C

10°C

0°C

-5°C

P2

E* [MPa] bij 7,96Hz proef

7032

12901

17231

21195

22984

P3

proef

5388

11884

16761

21248

23275

aB³ MIX0122 (m.b.t. venster)

Pradowin

6887

13309

17570

21646

22967


Pradowin

11685

17640

20958

23599

24304


Pradowin

6497

12130

16548

21341

23088


Pradowin

7495

15397

19731

23008

24171


Pradowin

3554

9712

14659

20353

22671

Tabel 3-18: input NOAH: materiaalkarakteristieken aB³ De mogelijke variatie in bindmiddelgehalte en bindmiddeleigenschappen van het aB³materiaal resulteert in een venster van stijfheden hetgeen op zijn beurt een venster van levensduren bepaalt. De vensters duiden de grenzen aan van mogelijk voorkomende eigenschappen. Om na te gaan wat de invloed is van de mogelijke variatie in bindmiddeleigenschappen van het aB³-materiaal op de levensduur van de structuren zullen we de hoekpunten van dit venster definiëren en gebruiken bij de berekeningen. De stijfheden ter bepaling van het venster houden enkel rekening met de mogelijke variatie in het bindmiddelgehalte en bindmiddeleigenschappen van aB³. Bovendien kon de grijze zone niet bepaald worden omwille van beperking van het programma Pradowin.


Aged-Bitumen Bound Base aB³ Volgende mengsels bepalen het venster: bindmiddelgehalte 5,5

7,2 40/60

(MIX0124)

50/50 (MIX0125) MIX0122 60/40

(MIX0126)

verhouding bindmiddel uit APG/VBD

4,5

80/20 (MIX0127)

Figuur 3-11: venster met mengsels ter bepaling van venster stijfheden en venster levensduren De coëfficiënt van Poisson werd voor het aB³-materiaal temperatuursonafhankelijk 0,3 aangenomen. De aangenomen snelheid van het verkeer (60km/uur) stemt overeen met een belastingstijd van 0,02 s wat overeenkomt met een frequentie van 7,96Hz volgens volgende formule:

belastingstijd =

1 2⋅Π⋅ f

( 3-8)

Voor de hechting tussen de lagen werd telkens volledige hechting aangenomen. De ondergrond werd niet als anisotropisch beschouwd.

(c)

Resultaten NOAH

Allereerst werd per beschouwde bouwklasse de levensduur van de referentiestructuur berekend en vervolgens werden de structuren met de aB³-laag met variabele dikte ingevoerd zodat een naar levensduur gelijkwaardige structuur kan geselecteerd worden per bouwklasse. B2 = standaardstructuur voor bouwklasse B2 B4 = standaardstructuur voor bouwklasse B4 B6 = standaardstructuur voor bouwklasse B6 B8 = standaardstructuur voor bouwklasse B8


p 35


NOAH voor Tgemiddeld en 7,96Hz 1E+11 1E+10

N [-]

1E+09

B2

1E+08

B4

1E+07

B6

1E+06

B8

100000

window max

10000

window min P2

1000

P3

100 10

p 36 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-12: NOAH: N voor structuren met aB³-laag met variabele dikte d voor Tgemiddeld

NOAH for Textreme and 7.96Hz 1E+11

N [-]

1E+10 1E+09

B2

1E+08

B4

1E+07

B6 B8

1E+06

window max

100000

window min

10000

P2

1000

P3

100 10 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-13: NOAH: N voor structuren met aB³-laag met variabele dikte d voor Textreem



NOAH voor Tgemiddeld en 7,96Hz 5cm asfaltverharding 1E+11 1E+10 1E+09 B2

1E+08

B4

N [- ]

1E+07

B6

1E+06

B8

100000

window max

10000

window min P2

1000

P3

100 10

p 37 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-14: NOAH: N voor structuren met aB³-laag met variabele dikte d voor Tgemiddeld met 5cm asfaltverharding i.p.v. 10cm Uit deze laatste figuur in vergelijking met figuur 3-12 blijkt dat wanneer het aandeel van de aB³-laag in de totale dikte van de aB³-laag samen met de asfaltverharding toeneemt de levensduur licht stijgt.

3.5.5

Dimensionering op basis van BISAR

(a)

Beschrijving van het BISAR-model

BISAR is een eenvoudig lineair-elastisch meerlagenmodel dat toelaat op basis van stijfheden, coëfficiënten van Poisson voor de verschillende materialen en de laagdiktes van de verschillende lagen de spanningen, rekken en verplaatsingen op een willekeurig door de gebruiker gekozen plaats te berekenen voor een bepaalde, door de gebruiker gedefinieerde last. Het laat tevens toe de hechting tussen de verschillende lagen te definiëren. De bekomen spanningen, rekken en verplaatsingen kunnen dan rechtstreeks door een ervaren gebruiker geïnterpreteerd worden of kunnen verder met andere modellen of via wetten vertaald worden naar bijvoorbeeld levensduur. Het vraagt al snel veel werk wanneer men verschillende opbouwen (diktes of wijzigende materiaalparameter) wenst te berekenen en dit voor verschillende seizoenen, om dit dan te vertalen in levensduur om vervolgens de voor de verschillende seizoenen bekomen levensduren samen te stellen tot een totale levensduur.


Aged-Bitumen Bound Base aB³ Volgende wetten werden gebruikt voor het berekenen van de schade 1/N: Op basis van de horizontale rek onderaan de asfaltlagen:

1 = (625 ⋅ ε ) 4,76 [ε in m/m] N

( 3-2)


1 1 = ( 20 − 200000⋅ε ) N 10

[ε in m/m]

( 3-3)


1 ⎛ ε ⋅ 106 ⎞ ⎟ =⎜ N ⎜⎝ 367,3 ⎟⎠

1

0 ,106

[ε in m/m]

( 3-4)

Op basis van de verticale vervorming bovenaan de ondergrond:

1 ⎛ ε ⎞ =⎜ ⎟ N ⎝ 0,011 ⎠

1

0 , 23

[ ε in m/m ]

( 3-5)

Voor elk seizoen werd hiervan per structuur het minimum bepaald en vervolgens werd de totale schade bepaald aan de hand van volgende formule:

1 N totaal

=


( 3-6)

Het aantal lastherhalingen N is het inverse van de schade.

(b)

Invoergegevens BISAR

Als invoergegevens werden de parameters zoals algemeen aangenomen (zie hiervoor 3.5.2 ‘randvoorwaarden’) ingevoerd. Er werd enkel met de extreme temperaturen gerekend. Voor de stijfheden van het aB³-materiaal werden de outputwaarden van PRADOWIN en de proefresultaten van de stijfheidsproeven op de proefplaten ingevoerd.

E* [MPa] bij 7,96Hz

35°C

10°C

-5°C

P2

7032

17231

22984

proef

Tabel 3-19: input aB³-materiaalkarakteristieken De coëfficiënt van Poisson voor het aB³-materiaal werd temperatuursonafhankelijk 0,3 aangenomen.


p 38

Aged-Bitumen Bound Base aB³ De aangenomen snelheid van het verkeer (60km/uur) stemt overeen met een belastingstijd van 0,02s wat overeenkomt met een frequentie van 7,96Hz volgens volgende formule:

belastingstijd =

1 2⋅Π⋅ f

( 3-8)

Voor de hechting tussen de lagen werd telkens volledige hechting aangenomen.

(c)

Resultaten bekomen met BISAR

Volgende structuren met de aB³ P2 zijn evenwaardig naar levensduur in vergelijking met de ingevoerde standaardstructuren. Het toevoegen van een trendlijn laat toe te extrapoleren naar structuren met aB³ P2 met een andere laagdikte. p 39 BISAR voor Textreem en 7,96Hz 1E+11 1E+10 1E+09 1E+08

B2

N [-]

1E+07

B4

1E+06

B6

100000

B8 P2

10000

Macht (P2)

1000 100 10 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

:Figuur 3-15: BISAR: N voor structuren met de aB³-laagdikte d in relatie tot de referentiestructuren voor Textreem



Dimensionering op basis van het model ontw ikkeld in opdracht van MET

(a)

Beschrijving van het dimensioneringsprogramma ontwikkeld in opdracht van MET

Het model is een lineair-elastisch meerlagenmodel uitgebreid tot een ontwerpmodel dat speciaal werd ontwikkeld om naast het gedrag van asfalt ook dat van cementgebonden materialen adequaat te kunnen simuleren. De output voorziet voorspelling van de waarschijnlijkheid dat de structuur bezwijkt na de opgegeven ontwerplevensduur en de levensduur waarna de structuur met een waarschijnlijkheid van 50% bezwijkt naast het aantal zware lasten dat hiermee overeenstemt (dit afhankelijk van het ingegeven dagelijks aantal zware voertuigen en het aantal dagen per jaar dat de structuur opengesteld is voor het verkeer) en een voorspelling van de spoorvormingsdiepte. Voor dit project werd enkel gekeken naar volgende output: het aantal zware lasten waarbij de structuur met een waarschijnlijkheid van 50% zal bezwijken.

(b)

Invoergegevens dimensioneringsmodel ontwikkeld in opdracht van MET

Verkeer Er werd gerekend met een aslast van 100kN. De aslastspreiding (distributie) werd ter vereenvoudiging voor 100% op 100kN ingevoerd. De levensduur werd vastgelegd op 20 jaar. Dit heeft geen invloed op de gezochte output. De jaarlijkse percentuele verkeersaangroei werd op 0% gesteld. Het aantal zware voertuigen per dag heeft geen invloed op de voor het project gezochte output (namelijk het aantal lastherhalingen). Het aantal dagen per jaar open voor het verkeer heeft geen invloed op de voor het project gezochte output (namelijk het aantal lastherhalingen). Klimatologische omgeving Temperaturen (enkel Textreem werd in beschouwing genomen in dit model): temperatuur [°C] januari

-5

februari

-5

maart

10

april

10

mei

10

juni

35

juli

35

augustus

35

september

10

oktober

10

november

10

december

-5

Tabel 3-20: temperaturen ingevoerd in het berekeningsmodel ontwikkeld in opdracht van MET.


p 40


Materialen Voor de bitumengebonden materialen worden volgende karakteristieken ingevoerd: percentage bindmiddel, percentage holle ruimte, penetratiegetal en verwekingspunt Ring & Kogel. Het model berekent dan intern de stijfheden op basis van deze input. BM (overmaat) [m/m%]

HR [v/v%]

pen [1/10 mm]

r&k [°C]

nieuw asfalt

5,00

4,50

60,0

60,0

aB³ MIX 0115 (P2 PW)

4,92

9,47

14,0

79,7

aB³ MIX 0116 (P3 PW)

5,57

9,36

20,0

74,6

aB³ MIX 01151 (P2 werkelijk HR)

4,92

4,16

14,0

79,7

aB³ MIX 01161 (P3 werkelijk HR)

5,57

3,72

20,0

74,6

aB³ MIX 0122 (mbt window PW)

5,50

8,20

14,0

75,0


4,50

10,35

11,2

86,0


7,20

4,84

11,2

86,0


4,50

10,35

18,0

65,8

aB² MIX 0127 (mbt window PW)

7,20

4,84

18,0

65,8

PW = Pradowin mengselsamenstellling

Tabel 3-21: materiaalgegevens ingevoerd voor bitumineuze materialen in het dimensioneringsmodel ontwikkeld in opdracht van MET De stijfheden met betrekking tot het venster houden enkel rekening met de mogelijke variatie in het bindmiddelgehalte en bindmiddeleigenschappen van aB³. Volgende mengsels bepalen het venster: bindmiddelgehalte 5,5

7,2 40/60 (MIX0125) 50/50

MIX0122 60/40

(MIX0126)

verhouding bindmiddel uit APG/VBD

(MIX0124) 4,5

80/20 (MIX0127)

Figuur 3-16: mengsels ter bepaling van venster Voor de overige materialen werden volgende karakteristieken ingevoerd: • • • • •

Steenslagfundering: type III, E = 500MPa en ν = 0,5 Schraal beton fundering: E = 15000MPa, ft = 2 Korrelige onderfundering: type III: E = 200 Mpa en ν = 0,5 Ondergrond van 50MPa: 50MPa en k = 0,01 N/mm³ Ondergrond van 17MPa: 17MPa en k = 0,04 N/mm³


p 41

Aged-Bitumen Bound Base aB³ (c)

Resultaten bekomen met het dimensioneringsmodel ontwikkeld in opdracht van MET

Voor een ondergrond van 50MPa Volgende structuren met aB³ zijn evenwaardig naar levensduur in vergelijking met de ingevoerde standaardstructuren.

MET voor Textreem en 7,96Hz 1E+11

N [-]

1E+10 1E+09

B2

1E+08

B4

1E+07

B6

p 42

B8

1E+06

P2

100000

P3

10000

window max

1000

window min

100 10 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-17: MET: N voor structuren met de aB³-laagdikte d voor P2, P3 en venster (window) in relatie tot de referentiestructuren voor Textreem Het toevoegen van een trendlijn laat toe te extrapoleren naar structuren met aB³ P2 met een andere laagdikte. MET voor T extreem en 7,96Hz 1E+11 1E+10

N [-]

1E+09 1E+08

B2

1E+07

B4 B6

1E+06

B8

100000

P2

10000

Macht (P2)

1000 100 10 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-18: MET: N voor structuren met de aB³-laagdikte d voor P2 met trendlijn in relatie tot de referentiestructuren voor Textreem



Voor een ondergrond van 17MPa Vervolgens werden ook structuren berekend voor een ondergrond van 17 MPa. De opbouw van de structuren werd licht gewijzigd: de korrelige onderfundering van de soepele referentiestructuren (B6 en B8) werd 35cm dik genomen (i.p.v. 20) en ook onder de aB³-lagen werd een korrelige onderfundering van 35cm toegevoegd. Overzicht ingevoerde structuren voor een ondergrond van 17MPa: bitumineuze verharding

dikte [cm]

referentie structuren

funderingsla ag


ondergrond

B2

halfstijf (schraal beton fundering)

20

20

20

oneindig, 17MPa

B4

halfstijf (schraal betonfundering)

18

20

20

oneindig, 17MPa

B6

soepel (steenslagfundering)

19

23

35

oneindig, 17MPa

B8

soepel (steenslagfundering)

14

21

35

oneindig, 17MPa

10

d

35

oneindig, 17MPa

structuren met aB³

Tabel 3-22: structuren ingevoerd in model MET voor een ondergrond van 17MPa Volgende figuur geeft de resultaten (minimum d = 3cm)

MET voor T extreem en 7,96Hz ondergrond 17MPa 1E+11

N [-]

1E+10 1E+09

B2

1E+08

B4

1E+07

B6

1E+06

B8

100000

P2

10000

P3

1000

window max

100

window min

10 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-19: MET: N voor structuren met de aB³-laagdikte d voor P2, P3 en venster (window) in relatie tot de referentiestructuren voor Textreem en een ondergrond 17MPa Het is opmerkelijk dat bij ingeven van de structuren met de waarden van het P2-materiaal voor aB³ in het programma ontwikkeld in opdracht van MET de resultaten, m.a.w. de noodzakelijke diktes van de structuren, buiten het venster vallen, namelijk dunner dan het minimum van het venster. De pijlen duiden het venster (horizontale pijl) en het resultaat voor P2 (vertikale pijl) aan voor B2 als voorbeeld. Hetzelfde zien we trouwens ook voor een ondergrond van 50MPa (zie hiervoor figuur 3-17). We besluiten dat het model ontwikkeld in opdracht van MET niet geschikt is voor het berekenen van structuren met het aB³-materiaal.


p 43


Vergelijking tussen de verschillende programma’s Een overzicht van de mogelijkheden van de verschillende beschouwde modellen wordt in bijlage 3: ‘overzicht van de mogelijkheden van de verschillende gebruikte modellen’ weergegeven. Omwille van de onderlinge verschillen, inherent aanwezig in de programma’s kunnen resultaten grote verschillen vertonen. Volgende tabel geeft resultaten voor de referentiestructuren, namelijk het aantal toelaatbare 100kN aslasten voor de ingevoerde referentiestructuren voor de verschillende beschouwde klimatologische omstandigheden: structuur B2

structuur B4

structuur B6

64,00

16,00

4,00

1,00

3319,45

2383,47

1,56

0,35

Tgemiddeld

6915,02

4616,29

1,20

0,24

Textreem

1020,00

803,00

0,12

0,04

Textreem

5108,07

3464,58

0,56

0,13

6

N [10 ] ontworpen voor: Tgemiddeld VEROAD NOAH structureel VEROAD ontwerp model NOAH

structuur B8

MET

Textreem

4,68

1,88

0,09

0,03

BISAR

Textreem

2807,93

1925,36

23,26

4,70

Tabel 3-23: output van de verschillende modellen: N voor de referentiestructuren Het ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, departement Leefmilieu en Infrastructuur, afdeling wegenbouwkunde (verder LIN genoemd) heeft voor de berekening van de standaardstructuren NOAH gebruikt met de stijfheden die overeenkomen met de stijfheden die in dit project voor de extreme temperaturen werden aangenomen. De waarden voor het maximaal toelaatbare aantal 100kN standaardaslasten voor de standaardstructuren (in de rij ‘ontworpen voor’) zijn vaak sterk verschillend van de in dit project gevonden waarden. Er werd door het LIN rekening gehouden met de invloed van rustperiodes tusen de belastingen. Dit resulteert in een toename van het aantal toelaatbare 100kN standaardaslasten (N) met een factor 7. (Zie hiervoor rijen ‘NOAH Textreem’ en ‘ontworpen voor’ voor de structuren B6 en B8.) Voor de berekening van schraal beton werd door het Ministerie gerekend met een verhoogde standaardaslast om rekening te houden met het bezwijkmechanisme van schraal beton, hetgeen sterk verschillend is ten opzichte van dat van asfalt. Eén overgang van een 16-ton as kan het schraal beton doen bezwijken. Deze verschillende benaderingswijze verklaart de grote verschillen tusen de waarden. (Zie rijen ‘NOAH Textreem‘ en ‘ontworpen voor’ voor de structuren B2 en B4.) Een belangrijke opmerking is dat geen enkel model, met uitzondering van het model ontwikkeld in opdracht van MET, ontwikkeld werd om het gedrag van cementgebonden materialen te simuleren. De resultaten die met het model ontwikkeld in opdracht van MET bekomen werden liggen dan weer aan de lage kant in vergelijking met het aantal standaardaslasten waarvoor de halfstijve structuren ontworpen werden. Dit zou kunnen te maken hebben met het feit dat dit model in tegenstelling tot de andere het aantal standaardaslasten berekent waarbij de structuur met een 50% kans waarschijnlijkheid zal bezwijken. Voor de andere modellen is dit gewoon 100%. Niet enkel de aan het programma inherente wetten voor materiaalgedrag en de definitie van hechting tussen de lagen en andere vaste parameters zoals het incalculeren van verkeersdistributies of het in rekening brengen van klimatologische distributies inherent aan het beschouwde model beïnvloeden de resultaten, ook de door de gebruiker aangenomen parameters met betrekking tot verkeer, omgeving en structuur. Bemerk de


p 44

Aged-Bitumen Bound Base aB³ verschillen tussen de resultaten bekomen met de verschillende aangenomen temperaturen voor de seizoenen. Al de factoren hierboven kunnen de verschillen tussen de met de verschillende modellen bekomen resultaten en het aantal standaardaslastherhalingen waarvoor de referentiestructuren ontworpen werden verklaren. Omwille van deze grote verschillen tussen de resultaten bekomen met de verschillende modellen is het af te raden om absolute waarden voor N, bekomen met verschillende modellen onderling te vergelijken. Resultaten voor Textreem bekomen met de verschillende beschouwde modellen

vergelijking output programma's voor P2 voor T extreem en 7,96 Hz

p 45

Referentie structuren B2-B4-B6-B8

2 MET

4

BISAR VEROAD NOAH

6

8 0

5

10

15

20

25

30

35

40

dikte aB³ d [cm]

Figuur 3-20: vergelijking output verschillende modellen: diktes van de aB³-laag P2 in relatie tot referentiestructuren met gelijke levensduur voor Textreem

verg elijkin g o u tp u t p ro g ram m a's vo o r P 2 vo o r T gem id d eld en 7,96 H z

Referentie structuren B2-B4-B6-B8

2

4

VEROAD

6

NO AH

8 0

5

10

15

20

25

30

dikte aB ³ d [cm ]

Figuur 3-21: VEROAD en NOAH: diktes van de aB³-laag P2 in relatie tot referentiestructuren met gelijke levensduur voor Tgemiddeld



Conclusie NOAH en VEROAD blijken de meest geschikte berekeningsmodellen om het gedrag van aB³-lagen in structuren te voorspellen omwille van de mogelijkheid die beide programma’s hebben om een eigen vermoeiingswet in te voeren. VEROAD omvat de mogelijkheid visco-elastisch materiaalgedrag te voorspellen. NOAH biedt het voordeel zelf de materiaalgedragswetten in te kunnen voeren en snel structuren met een variabele parameter uit te rekenen. PRADOWIN (met lage verdichting) of testresultaten kunnen de materiaaleigenschappen voor input voorzien.

3.5.8

Economische studie Voor elke structuur werden materiaalkosten, transport en productie in beschouwing genomen; economische consequenties van de periode nodig voor aanleg werden niet in rekening gebracht. Kostprijzen van structuren met een aB³-laag met gelijke levensduur aan die van referentiestructuren werden vergeleken. Het model NOAH met gemiddelde temperaturen werd gebruikt ter bepaling van de levensduren (zie figuur 3-25 voor de bekomen diktes) Volgende kostprijzen werden aangenomen: relatief gewicht

relatieve kostprijs materiaal+transport plaatsing per m² 100% 100%

asfalt gemiddeld

100%

schraal beton

104%

35%

steenslag

92%

29%

83%

AB³

100%

69 à 81%

100%


92%

17%

50%

83%

Tabel 3-24: aanname relatieve kostprijzen (ten opzichte van asfalt gemiddeld) De variatie in relatieve kostprijs voor materialen + transport van aB³-materiaal komt voort uit de aanname van de productiekost (zie hiervoor tabel 2-7)

[%ref structuur]

referentie structuur B2




P2 (NOAH Tgemiddeld)

91% à

100%

95% à

104%

65% à

69% 74% à

78%

P3 (NOAH Tgemiddeld)

93% à

103%

97% à

106%

67% à

72% 76% à

81%

Tabel 3-25: relatieve kostprijzen van structuren met aB³ ten opzichte van in levensduur gelijkwaardige referentiestructuren. Voor de halfstijve structuren zijn de kostprijzen vergelijkbaar, maar men dient rekening te houden met het feit dat de gebruikte berekeningsprogramma’s niet ontwikkeld werden om het gedrag van cementgebonden materialen te voorspellen. Deze resultaten dienen omzichtig benaderd te worden. Vooral in vergelijking met de flexibele referentiestructuren bieden de structuren met aB³-laag een economisch voordeel.


p 46

Conclusie

4

CONCLUSIE Het is technisch mogelijk en economisch rendabel om structuren met een fundering met asfaltpuingranulaat en verkleinde bitumineuze dakbanen aan te leggen rechtstreeks op de ondergrond. Deze nieuwe toepassing aB³, aged-bitumen bound base, heeft een verbeterde levensduur zonder schadelijke gevolgen voor het milieu. Het materiaal kan geproduceerd worden in een asfaltcentrale zonder dure aanpassingen met een paralleltrommel of middels een rechtstreekse toevoer voor de secundaire grondstoffen en kan verwerkt worden met een gewone asfaltfinisher. De verwerkbaarheid en verdichtbaarheid op de werf zijn vergelijkbaar met die van conventioneel gebruikte asfaltmengsels. Gedurende dit project werd een korrelsamenstelling van een AB-3A mengsel nagestreefd voor het mengsel met de secundaire grondstoffen. Verdere optimalisatie van het mengsel en de structuuropbouw is nog mogelijk door aanpassing van de mengselsamenstelling. Proefresultaten tonen aan dat een aB³ gelijke of zelfs verbeterde mechanische karakteristieken vertoont dan een conventioneel gebruikt asfaltmengsel wanneer we de beide mengsels zouden toepassen in de lager gelegen zones van een wegopbouw, nl. rechtstreeks op de ondergrond eventueel mits toepassing van een onderfundering met zand. Computer ontwerpmodellen zoals VEROAD en NOAH verdienen de voorkeur voor het berekenen en voorspellen van het materiaalgedrag van de aB³ in een wegopbouw. De mechanische karakteristieken van het mengsel die nodig zijn voor de invoer van deze programma’s kunnen bij voorkeur bekomen worden uit dynamische proeven (stijfheidsmetingen en vermoeiingsproef) of uit simulaties aan de hand van PRADOWIN. Uitgaande van de resultaten uit de drie projecten in dit rapport beschreven raden we het toepassen van het concept met de aB³ aan voor lagere orde wegen tot een maximum van bouwklasse 4 (aantal toelaatbare 100kN standaardaslasten tot 16 x 106).


p 47

Referenties

5

GERAADPLEEGDE

L I T E R AT U U R

Aanbevelingen O.C.W. – A 49/83: ‘Handleiding voor het dimensioneren van wegen met een bitumineuze verharding’, OpzoekingsCentrum voor de Wegenbouw, Brussel, drukkerij O.C.W., 1983. ‘Final Report for publication, AMADEUS Advanced Models for Analytical Design of European Pavement Structures’, OpzoekingsCentrum voor de Wegenbouw O.C.W., 29/03/00. ‘COST 333: Development of new bituminous pavement design method? Final report of the action.’, European Commission, Directorate General Transport, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg, 1999. ‘Asfaltkunde’, NPC / Hogeschool Antwerpen / Benelux Bitume, P.C. Hopman, R. Huurman, D. Goos, Deurne, 2001. ‘Basiscursus asfaltverhardingen’, Vlaamse gewest / BVA / Hogeschool Antwerpen / Benelux Bitume, T. De Jonghe, J. Steuperaert, A. Vanelstraete, L. Francken, R. Tison, Y. Decoene, E. Van Damme, N. Vanhollebeke, L. De Bock, M. Briessinck, Antwerpen 20012002. ‘Veroad’, NPC, dr. P.C. Hopman, Utrecht, 2002. ‘7th International Conference on Asphalt Pavements: Application of the visco-elastic properties of asphalt concrete’, P.C. Hopman, A.C. Pronk, P.A.J.C. Kunst, A.A.A. Molenaar, J.M.M. Molenaar, geen verdere gegevens. ‘2nd European Road Research Conference, june 1999: Pavement Design Methods: How tot put research into practice’, F. Van Cauwelaert, A. Jasienski, D. Leonard. CROW Publicatie 140: ‘Geïntegreerd ontwerpen van asffaltmengsels en asfaltverhardingen met COMPASS’, ing H.C. Bakker, dr. P.C. Hopman, kenniscentrum voor verkeer, vervoer en infrastructuur C.R.O.W., Oktober 1999. Artikel: ‘Functionele eisen (voor asfalt) eigenschappen van een weg’, VBW-Asfalt 4, 1999 Artikel: ‘Functionele proeven voor asfalt’, VBW-Asfalt 3, 2001 Artikel: ‘Onderzoek naar functionele eisen (voor asfalt)’, VBW-Asfalt 4, 1999. ‘Standaardbestek 250 voor de wegenbouw, versie 2.0’; Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap departement Leefmilieu en Infrastructuur; juli 2000; Brussel. ‘Proefmethodes’; Ministerie van Openbare Werken Bestuur der Wegen; ‘Dienstorder AWV 96/4-Standaardstructuren voor wegen’; Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen

p 48

Referenties

Eight International Conference on Asphalt Pavements; August 10 – 14, 1997, Seattle, Washington, University of Washington, Seattle, Washington, USA. ‘Fifth international conference on the structural design of asphalt pavements.’, The University of Michigan and the Delft University of Technology.’, August 23 - 26, 1982, The Delft University of Technology the Netherlands. ‘MS-1: Thickness Design- Asphalt pavements for highways and streets.’, The Asphalt Institute, september 1981, The Asphalt Institute. ‘SS-1: Model Construction Specifications for ashalt concrete and other plant-mix types.’, the Asphalt Institute, november 1984, The Asphalt Institute. ‘Hot Mix Asphalt Pavement Handbook’, The Asphalt Institute, 2000, US Army Corps of Engineers. Rapport hobufondsproject 970134:‘Onderzoek naar het nuttig gebruik van bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector in de asfaltwegenbouw.’, Tony De Jonghe, Steven Ingelbrecht, Wim Van den bergh, Hogeschool Antwerpen, 10/1998, Hogeschool Antwerpen. Rapport hobufondsproject 990087: ‘onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van bitumineuze reststoffen in gebonden funderingslagen van de wegenbouw.’, Tony De Jonghe, Els Haverhals , Wim Van den bergh, Jan Verheyen, september 2001, Hogeschool Antwerpen. ‘Werkwijze (IX-01/02): Dynamische tweepuntsbuigproef op bitumineuze mengsels.’, OpzoekingsCentrum van de Wegenbouw, maart 1994, O.C.W.


p 49

Bijlagen

6

BIJLAGEN

6.1

BIJLAGE 1: APG-DATA

UIT VERANTWOORDINGSNOTA’S

LIN

p 50


Bijlagen

p 51


Bijlagen

p 52


Bijlagen

p 53


Bijlagen

6.2

BIJLAGE 2: PROEVENVERSLAG OCW

p 54


Bijlagen

p 55


Bijlagen

p 56


Bijlagen

p 57


Bijlagen

p 58


Bijlagen

p 59


Bijlagen

p 60


Bijlagen

p 61


Bijlagen

p 62


Bijlagen

p 63


Bijlagen

p 64


Bijlagen

p 65


Bijlagen

p 66


Bijlagen

6.3

BIJLAGE

3:

MOGELIJKHEDEN

VAN

DE

GEBRUIKTE

BEREKENINGSMODELLEN Volgend schema geeft een overzicht van de berekeningsmodellen die aan bod kwamen bij de technologieverkenning samen met de bronnen van de gegevens:

p 67

Een verslag met beknopte bespreking van deze modellen met het oog op toepassing in het project kan op aanvraag bij het onderzoekslabo bouwkunde verkregen worden.

Onderstaande figuur geeft een schematisch overzicht van de mogelijkheden van elk model dat in dit Hobufondsproject gebruikt werd.


Bijlagen

p 68

De dimensionering volgens het OCW is geen computerpakket, vandaar is het niet in de figuur opgenomen. De mogelijkheden van deze methode kan men situeren in fase 3: berekening van levensduur of dikte. Het werd gebruikt om BISAR en VEROAD aan te vullen om een levensuur te kunnen bepalen.

Fase 1: resulteert in bindmiddeleigenschappen Fase 2: resulteert in asfaltmengseleigenschappen Fase 3 resulteert in eerste instantie in rekken, spanningen en verplaatsingen op elke gekozen plaats in de structuur en in tweede instantie in de levensduur.


Studie in verband met een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: ab 3

Recommend Documents