Mechanische eigenschappen - Asfalt

Bij asfalt zijn net als bij vele andere materialen twee mechanische eigenschappen van belang:

• Stijfheid;

• 

  Sterkte.

  Deze mechanische eigenschappen zijn geen vaste waarden, maar vertonen net als bitumen een gedrag dat afhankelijk is van temperatuur en belastingtijd. Bij waterbouwkundige toepassingen van asfalt kunnen temperatuur en belastingtijd sterk variëren.

  De temperatuur van een asfaltbekleding kan variëren van enige graden Celsius onder nul tot boven de vijftig graden bij zonbestraling. De belasting kan variëren van 0,1 seconde bij golfklappen tot jaren bij zettingen van de ondergrond. Onder kortdurende belastingen zoals golfklappen en lage temperatuur gedraagt asfalt zich stijf (elastisch) en sterk. Onder langdurige belastingen zoals zettingen en een hogere temperatuur gedraagt het materiaal zich flexibel (viskeus) en is de sterkte gering (daardoor kunnen plantenwortels door een asfaltlaag groeien). Dit temperatuur- en tijdsafhankelijk materiaalgedrag wordt visco- elastisch gedrag genoemd.

  

  Figuur 11-2: Stijfheid als functie van temperatuur en tijd

  De stijfheid is een maat voor de vervorming onder invloed van een belasting en is gedefinieerd als het quotiënt tussen spanning en relatieve vervorming. In ontwerp- berekeningen is de stijfheid van asfaltbekledingen een belangrijke parameter.

  De stijfheid van een asfaltmengsel is naast temperatuur en tijd, (Figuur 11-2: Stijfheid als functie van temperatuur en tijd) in hoofdzaak afhankelijk van de stijfheid van het bitumen, de holle ruimte en de hoeveelheid mineraal aggregaat.

  De stijfheid en sterkte van het asfalt beïnvloeden de gedragseigenschappen van de bekleding zoals stabiliteit en flexibiliteit.

  De sterkte is een maat die bepaalt welke maximale belasting leidt tot bezwijken. Er kan onderscheid worden gemaakt in verschillende vormen van sterkte, zoals treksterkte, druksterkte, buigsterkte en dergelijke. Voor asfaltbekledingen is de buigsterkte de belangrijkste, dit is een maat voor de weerstand tegen belasting op buiging als gevolg van golfklappen. Daarnaast zijn de scheursterkte en schuifsterkte van belang als maat voor de weerstand tegen scheurdoorgroei en weerstand tegen erosie (rafeling).

  Een breuk in asfaltmengsels treedt op als een bepaalde (trek)spanning wordt overschreden. Omdat asfaltmengsels vermoeiingsgedrag vertonen, is de toelaatbare spanning kleiner naarmate het materiaal vaker wordt belast. Het aantal golfklappen is dus van belang. De toelaatbare spanning wordt vastgelegd in een relatie tussen de aangebrachte spanning en het aantal lastherhalingen (Figuur 11-3). Deze relatie kan met proeven worden bepaald, of in nomogrammen worden afgelezen.

  Figuur 11-3: Relatie tussen de opgelegde spanning (ao) en het aantal lastherhalingen waarbij bezwijken optreedt (Nv) van een bepaald asfaltbetonmengsel

  Stabiliteit is het vermogen om blijvende vervorming onder invloed van een constante belasting te voorkomen. Dit is van belang bij bekledingen op een helling, die onder invloed van het eigen gewicht geen doorgaande vervormingen mogen vertonen. De ervaring leert dat de huidige mengsels geen stabiliteitsproblemen kennen als ze worden verwerkt op hellingen die niet steiler zijn dan in tabel 3-4 is aangegeven. Bovendien wordt bij aanvang van het werk met een geschiktheidsonderzoek nagegaan of het materiaal voldoende stabiel is.

  Flexibiliteit is het vermogen om vervormingen te kunnen ondergaan waarbij de bekleding intact blijft. Dit is van belang bij zettingen en ontgrondingen. Bij deze geringe maar langdurige belasting moet het asfalt zo veel kunnen vervormen dat het op de ondergrond blijft aanliggen zonder dat scheuren ontstaan. Van de huidige mengsels blijkt de flexibiliteit in de praktijk voldoende te zijn. Alleen in extreme situaties, zoals grote zettingsverschillen bij caissons in het dijklichaam of grote ontgrondingen aan de rand van slabben, blijken de

  asfaltmengsels niet toereikend. Mogelijk is de toepassing van wapening in die situaties een oplossing (zie §4.11).