Bepalen karakteristieke waarden voor asfalt uit metingen

Asfalt is een vermoeiingsgevoelig materiaal, dat wil zeggen dat de maximaal toelaatbare spanning in het asfalt afhankelijk is van het aantal malen dat het wordt belast. De spanning waarbij het asfalt bij eenmalig belasten bezwijkt, wordt de breuksterkte genoemd.

Voor asfaltdijkbekledingen zijn er modellen ontwikkeld om het vermoeiingsgedrag te karakteriseren. Voor de beoordeling op golfaanval is het meest relevante model gebaseerd op zowel vermoeiingsgegevens als op breuksterktes. Dat resulteert in de zogenaamde ‘gekromde vermoeiingslijn’. De gekromde vermoeiingslijn is typisch een gegeven dat voor een oude bekleding wordt bepaald. Alleen als de materiaalkwaliteit in de loop van vele jaren is teruggelopen, zal de sterkte van het materiaal zodanig zijn teruggelopen dat golfbelastingen mogelijk tot scheuren gaan leiden. Om de gekromde vermoeiingslijn te bepalen, worden uit de bekleding kernen geboord, waaruit per kern twee proefstukken worden gezaagd. Voor het ene proefstuk wordt de breuksterkte bepaald; het andere proefstuk wordt onderworpen aan een vermoeiingsproef. Details van de procedure worden gegeven in [De Looff, 2009].

Met behulp van een lineaire regressie op dubbele log-schaal worden de coëfficiënten α_ν en β_ν van de volgende vermoeiingsrelatie bepaald:

Waarin:

σ_b = breuksterkte [MPa]
σ_ο = in de vermoeiingsproef opgelegde spanning [MPa]
N_v = aantal opgelegde spanningsherhalingen tot breuk [-]

Deze regressie levert een schatting voor de verwachtingswaarde van het vermoeiingsgedrag. Bij een beoordeling van een asfaltbekleding dient echter enige veiligheid te worden ingebouwd. Dit wordt bij dit kromlijnig vermoeiingsmodel gedaan door gebruik te maken van de onzekerheid in de breuksterkte. De bij de beoordeling te hanteren vermoeiingslijn wordt namelijk gegeven door:

Waarin:

σ_b,5% = de 5%-waarde van de breuksterkte [MPa]

Bij het uitvoeren van de eenvoudige en gedetailleerde beoordeling en bij de nadere beoordeling van schade zijn kenmerken van de bekleding benodigd, zoals de laagdikte en de asfalteigenschappen. Om statistisch betrouwbare resultaten te verkrijgen, wordt gebruikgemaakt van karakteristieke waarden van de parameters van de steekproef. In deze paragraaf wordt aangegeven hoe de betreffende parameters worden bepaald.

Als algemene formulering voor de karakteristieke waarde van een parameter X met een normale verdeling geldt:

Voor de karakteristieke waarden voor de parameters worden altijd veilige waarden gekozen. Een kleinere laagdikte en een hogere elasticiteitsmodulus zijn ongunstig voor de veiligheid van de constructie. Voor de laagdikte wordt dus een karakteristieke ondergrens en voor de elasticiteitsmodulus wordt een karakteristieke bovengrens gebruikt bij de toetsing.

Voorbeelden

De laagdikte van de bekleding die bij de gedetailleerde beoordelingen wordt gebruikt, is zodanig dat de kans dat een kleinere dikte wordt aangetroffen gelijk is aan 5% (d5%). Als de laagdikte uit een beperkt aantal waarnemingen ter plaatse van geboorde kernen moet worden afgeleid, is de aanpak als volgt:

Hierin is:

d_gem = gemiddelde laagdikte [m]

Bovenstaande methode mag strikt genomen alleen worden gebruikt als de waarnemingen ‘normaal’ verdeeld zijn. Dit is bij asfalteigenschappen niet zonder meer het geval.

Voor de beoordeling met GOLFKLAP is overigens de 5%-onderschrijdingswaarde van log(σ_b) nodig. Aangezien log(σ_b) normaal is verdeeld zijn de hiervoor gegeven formules ook voor log(σ_b) zonder problemen toepasbaar.

Als er sprake is van veel waarnemingen heeft het gebruikmaken van een cumulatieve frequentieverdeling de voorkeur. De cumulatieve frequentieverdeling wordt bepaald volgens NEN 1047 'Receptbladen voor de statistische verwerking van waarnemingen'. Uit deze verdeling zijn de karakteristieke waarden eenvoudig bij 5% of 95% af te lezen. Figuur 1 geeft een voorbeeld voor de E-modulus van het asfalt.