Laboratoriumonderzoek - Toetsing

Bij het bepalen van de mechanische eigenschappen van een asfaltbekleding, bijvoorbeeld voor het toetsen op veiligheid of voor het bepalen van de functionele eigenschappen bij aanleg van de bekleding, zijn in de afgelopen jaren proeven ontwikkeld en gestandaardiseerd. Onder de mechanische eigenschappen van asfalt worden in dit verband de stijfheid of elasticiteitsmodulus, de breuksterkte en de vermoeiingseigenschappen verstaan. In de volgende paragrafen zijn de proeven per asfaltsoort beschreven en toegelicht. In deze paragrafen is vooral een toelichting van de werkwijze gegeven. Een meer gedetailleerde beschrijving van de werkzaamheden is opgenomen in de werkwijzebeschrijving voor waterbouwasfaltbeton [66]. Daarnaast zijn er proefvoorschriften beschikbaar waarin gedetailleerd is vastgelegd op welke wijze de proeven moeten worden uitgevoerd [79]. Alleen voor de asfaltsoorten waterbouwasfaltbeton en open steenasfalt is het proevenprogramma voor het bepalen van de mechanische eigenschappen uitgewerkt.

Voor “vol en zat” gepenetreerde breuksteen zijn geen gestandaardiseerde proeven beschikbaar. Enerzijds omdat deze bekledingssoort vanwege het viskeuze karakter, de hoge vermoeiingsweerstand en de grote dikte een overmaat aan sterkte in zich heeft. Anderzijds doordat het bepalen van de mechanische eigenschappen op homogene proefstukken uit deze bekledingssoort niet met bekende proefopstellingen mogelijk is vanwege de grote steen die in de bekleding wordt gebruikt en het viskeuze karakter van het gietasfalt.

De mechanische eigenschappen van zandasfalt en grindasfaltbeton kunnen op dezelfde wijze worden bepaald als bij waterbouwasfaltbeton.

Andere dan de hierboven genoemde bekledingssoorten zoals dicht steenasfalt komen slechts sporadisch voor in Nederland. Als het bepalen van de mechanische eigenschappen van dergelijke asfaltsoorten noodzakelijk is, wordt geadviseerd om contact op te nemen met specialisten.

De mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton worden bepaald in de driepunts- buigopstelling. De volgende stappen zijn van belang:

1. Verkrijgen proefstukken door middel van kernboring

   Om deze eigenschappen van een bestaande bekleding te bepalen, worden kernen met een diameter van ten minste 250 mm uit de bekleding geboord. Per dijkvak worden acht kernen uit de bekleding geboord. De boorlocaties kunnen op twee manieren worden bepaald:

   • als er valgewicht-deflectiemetingen (VGD) zijn uitgevoerd worden de kernen geboord op verschillende karakteristieke locaties;

     • zijn er geen VGD-metingen uitgevoerd, dan worden de boorlocaties representatief en aselect gekozen door het dijkvak eerst in acht gelijke boorvakken te verdelen en vervolgens per boorvak aselect een locatie aan te wijzen.

     Na het boren van de kernen wordt per kern een schijf met een dikte van 50 mm uit de onderzijde gezaagd. De schijf moet afkomstig zijn uit de onderzijde van de bekleding omdat bij buiging onder golfbelasting hier de grootste buigtrekspanning optreedt. Uit de schijf worden twee balkvormige proefstukken van 220x50x50 mm gezaagd.

2. Bepaling van de stijfheid

   De stijfheid van de bekleding wordt bij voorkeur bepaald op basis van de resultaten van VGD-metingen. Deze hebben de voorkeur boven laboratoriumproeven omdat bij VGD- metingen een groter deel van de constructie wordt belast onder een belasting die meer representatief is voor een golfbelasting. Daarnaast zijn er per dijkvak meer VGD- metingen dan boorkernen waardoor zowel het gemiddelde als de spreiding van de stijfheid beter kan worden geschat op basis van VGD-metingen.

   Soms is het uitvoeren van VGD-metingen niet mogelijk, bijvoorbeeld omdat het asfalt niet bereikbaar is voor een meetvoertuig met aanhanger of omdat het talud steiler is dan 1:3, waardoor er geen VGD-metingen op de bekleding kunnen worden uitgevoerd. In deze gevallen kan de elasticiteitsmodulus worden bepaald op proefstukken in het laboratorium. Daarnaast kan het zinvol zijn om de elasticiteitsmodulus in het laboratorium te bepalen ter verificatie van de met het valgewicht bepaalde stijfheden.

   Een voorbeeld van de driepunts-buigopstelling, waarin de mechanische eigenschappen van waterbouwasfaltbeton worden bepaald, is gegeven in Figuur 6-1.

   

   Figuur 6-1: Bezwijken van een proefstuk in de driepunts-buigopstelling

3. Bepaling van de elasticiteitsmodulus

   Als de elasticiteitsmodulus van het asfalt moet worden bepaald, wordt dit op één of beide proefstukken gedaan voorafgaand aan de sterkteproeven. De proeven worden uitgevoerd bij standaardtestcondities, te weten een temperatuur van 5°C en een belastingfrequentie

   van 10 Hz. Deze standaardcondities zijn van groot belang omdat de elasticiteitsmodulus van asfalt afhankelijk is van de temperatuur en de belastingfrequentie. De elasticiteits- modulus van het proefstuk wordt bepaald bij een laag krachtniveau, zodat er geen schade aan het proefstuk ontstaat die de daaropvolgende sterkteproef negatief beïnvloedt. Omdat de proef bij een laag krachtniveau wordt uitgevoerd, moeten de verplaatsingen van het proefstuk met een nauwkeurige, externe verplaatsingsopnemer worden gemeten.

4. Bepaling van de sterkte

Als de sterkte van de bekleding moet worden bepaald, wordt het eerste proefstuk uit een kern gebruikt voor het bepalen van de breuksterkte. Op het tweede proefstuk wordt een vermoeiingsproef uitgevoerd. Op deze manier zijn er steeds gepaarde resultaten van een breuksterkteproef en een vermoeiingsproef beschikbaar. Ook deze proeven worden uitgevoerd bij een temperatuur van 5°C.

De breuksterkte wordt bepaald door het proefstuk met een constante verplaatsingssnelheid van 0,35 mm/s te belasten totdat deze bezwijkt. Het gemeten krachtniveau bij bezwijken, bepaalt de breuksterkte van het proefstuk.

Een vermoeiingsproef wordt uitgevoerd bij een vooraf gekozen krachtniveau. Dit is een percentage van de kracht bij bezwijken van de breuksterkteproef. Het proefstuk wordt aan een sinusvormige belasting met een frequentie van 1 Hz onderworpen totdat bezwijken optreedt. Door vermoeiingsproeven bij verschillende krachtniveaus uit te voeren, wordt de relatie tussen de opgelegde spanning en het aantal lastherhalingen bij bezwijken bepaald. Dit worden de vermoeiingseigenschappen genoemd.

In §6.2.3 wordt nader toegelicht hoe een vermoeiingslijn uit de resultaten van breuksterkte- en vermoeiingsproeven kunnen worden bepaald.

Ter onderbouwing van de resultaten van de sterkteproeven worden tevens de standaardeigenschappen van elke kern bepaald. Onder de standaardeigenschappen worden de samenstelling, dichtheid en holle ruimte verstaan. De dichtheid en de holle ruimte worden van elk afzonderlijk proefstuk bepaald.

1. Verkrijgen proefstukken door middel van kernboring

   Bij het bepalen van de mechanische eigenschappen in het laboratorium moeten de afmetingen van het proefstuk worden afgestemd op de diameter van de grootste korrels in het proefstuk. De hoogte van het proefstuk moet tenminste drie- tot viermaal de maximale steendiameter bedragen, omdat anders de vorm van het proefstuk het proefresultaat te veel gaat beïnvloeden. Daarnaast is het bij buigproeven gewenst dat de lengte van de balk zo groot mogelijk is ten opzichte van de hoogte, zodat zuivere buiging in de balk ontstaat. Deze eisen zouden er bij open steenasfalt toe leiden dat er met proefstukken moet worden gewerkt die niet uit een boorkern kunnen worden gezaagd.

   Daarom worden de mechanische eigenschappen bij het toetsen van bestaande bekledingen van open steenasfalt niet op balkvormige proefstukken bepaald. Voor het toetsen van open steenasfaltbekledingen worden kernen met een diameter van ten minste 200 mm uit de bekleding geboord. Als de functionele eigenschappen van open steenasfalt moeten worden bepaald bij aanleg van een bekleding heeft het de voorkeur om deze te bepalen op balken met een doorsnede van 60x60 of 70x70 mm, afhankelijk

   van de toe te passen steengradering in het mengsel. De balken kunnen dan uit platen worden gezaagd die in het laboratorium zijn vervaardigd.

2. Bepaling van de elasticiteitsmodulus

   Omdat er op open steenasfalt geen valgewicht-deflectiemetingen worden uitgevoerd, wordt de elasticiteitsmodulus in het laboratorium bepaald. Dit wordt gedaan in een indirecte trekopstelling (ITT) op schijven uit de kern. De gewenste minimale dikte van een schijf is driemaal de maximale steendiameter. Omdat dit bij open steenasfalt met de grootste steensorteringen leidt tot erg dikke schijven wordt een minimale dikte van 70 mm gehanteerd. In Figuur 6-2 is een voorbeeld gegeven van een ITT-opstelling.

   

   Figuur 6-2: Schijf van open steenasfalt in de ITT-proefopstelling

   Net als bij waterbouwasfaltbeton worden alle proeven bij open steenasfalt uitgevoerd bij een temperatuur van 5°C.

3. Bepaling van de sterkte

De breuksterkte en de vermoeiingseigenschappen worden bepaald met een semi-circular bending test (SCB). De opstelling voor de SCB-proef is gegeven in Figuur 6-3.

De breuksterkte en vermoeiingseigenschappen worden bepaald in de SCB-opstelling nadat eerst de elasticiteitsmodulus van de gehele schijf in de ITT-opstelling is bepaald.

Voor het bepalen van de breuksterkte wordt het proefstuk met een constante verplaatsingssnelheid belast totdat het bezwijkt. Net als bij waterbouwasfaltbeton wordt bij een vermoeiingsproef een sinusvormige belasting aan het proefstuk opgelegd en wordt vastgesteld na hoeveel lastherhalingen het proefstuk bezwijkt. Door de proef bij verschillende krachtniveaus uit te voeren, wordt inzicht verkregen in de relatie tussen de opgelegde spanning en het aantal lastherhalingen bij bezwijken.

Van elk proefstuk worden de dichtheid en holle ruimte bepaald, van elke kern wordt de samenstelling bepaald.

Figuur 6-3: Een proefstuk van open steenasfalt in de SCB-opstelling