OIA – Ontwerp Instrumentarium Asfaltconstructies
Een nieuw CROW – programma voor het ontwerpen van asfaltverhardingen
Aanleiding OIA
• Invoering Europese normen voor asfalt
• Met in Nederland keuze voor functionele pad
• Transitie naar besteksvormen met meer ontwerpvrijheden voor de markt
• Beschikbare ontwerpmethoden voor asfaltverhardingen zijn hier niet optimaal op afgestemd
Doelen OIA• Een door zowel wegbeheerders als marktpartijen
gedragen ontwerpmethode voor asfaltverhardingen
• Optimaal aansluitend bij de functionele CE –markering van asfalt
• Optimaal ingericht op dimensionering met niet –conventionele materialen
• Rekening houdend met een breder scala aan schademechanismen, mede vanwege de mogelijke trendbreuk in ontwerpdikten
Samenstelling werkgroep(december 2009)
• ir. P.D. Bhairo, Dura Vermeer Infrastructuur BV• ir. S.R. Bouman, Gemeentewerken Rotterdam• ir. A.E. van Dommelen, Rijkwaterstaat, Dienst Verkeer en Scheepvaart • Ir. M.J Eijbersen, CROW• dr.ir. C.A.P.M. van Gurp, KOAC•NPC• ir. H. Roos, VBW-Asfalt• ir. B.W. Sluer, BAM Wegen BV• ing. J. de Vries, Provincie Fryslân• ir. M.M. Willemsen, Breijn
Aanpak• Inventarisatie van materiaalmodellen, proeven,
ontwerpmethoden
• Maken van keuzen binnen de werkgroep
• Combinatie tot een coherente wegontwerpprocedure
• Realisatie van een computerprogramma (incl. testen door werkgroep
• Uitbrengen programma
• Beheer en ondersteuning
Modellering verharding• Maximaal 4 lagen asfalt
– Deklaag – Tussenlaag– Bovenste onderlaag (bij detailleren zonodig splitsen)– Onderste onderlaag
• Fundering
• Onderfundering
• Ondergrond
• Alle lagen lineair elastisch beschreven
Beschrijving verkeersbelasting• Programmatuur rekent met
4 soorten banden– Enkellucht– Dubbellucht– Breedband– Super breedband
• Programmatuur rekent met aslastspectrum
• Laatste inzichten rond versporing worden opgenomen
Aslastklasse (kN)
Rekenwaarde aslast (kN)
Frequentie (%)
20 - 40 30 24,84 40 - 60 50 32,45 60 - 80 70 21,36 80 - 100 90 11,12 100 - 120 110 6,48 120 - 140 130 2,70 140 - 160 150 0,83 160 - 180 170 0,19 180 - 200 190 0,03 200 - 220 210 0,00
open 0,00 Totaal 100,00
Maximum aslast (kN) 190 Gemiddeld aantal assen per voertuig
3,5
Ontwerpcriteria• Standaard ontwerpcriteria
Constructielaag Ontwerpcriterium Asfalt weerstand tegen vermoeiing Ongebonden fundering weerstand tegen permanente deformatie
weerstand tegen verbrijzeling weerstand tegen overbelasting Gebonden fundering weerstand tegen vermoeiing
Onderfundering weerstand tegen permanente deformatie Ondergrond weerstand tegen permanente deformatie
• Optionele criteria
Constructielaag Ontwerpcriterium Asfalt scheurvorming aan oppervlak Ongebonden fundering vermoeiing in een na onderste laag
Veiligheidsbenadering
• Niet langer meer gebruik van gemiddelde waarden i.c.m. overall veiligheidsfactor
• Ontwerpen op basis van karakteristieke sterkte- en belastingswaarden i.c.m. partiële veiligheidsfactoren
s
k
d
SS
γ=
kbdBB ⋅= γ
Veiligheidsbenadering - vervolgKarakteristieke waarden – benadering laat toe om rekening te houden met zaken als:
– Spreiding proefresultaten
– Keuze van rekniveaus
– Omvang van het onderzoek
– Reproduceerbaarheid laboratoriumonderzoek
– Herhaalbaarheid laboratoriumonderzoek
Vermoeiingsweerstand asfalt
• CE - typeonderzoek levert schatting voor de vermoeiing-rek relatie voor een mengsel
• Eventueel kan ook gerekend worden met standaard waarde voor ε6i.c.m. standaard waarde voor de helling van deze relatie
rekniveau
verm
oeiin
gsle
vens
duur
106
ε6
Vermoeiingsweerstand asfalt -vervolg
Deze vermoeiing-rekrelatie laat zich omwerken tot een karakteristieke (85% betrouwbare) vermoeiing-rek relatie
rekniveau
verm
oeiin
gsle
vens
duur
Karakteristieke vermoeiingslijn
Vermoeiingsweerstand asfalt -vervolg
Stijfheidsmodulus
Toel
aatb
are
rek
1,00E+04
1,00E+05
1,00E+06
1,00E+07
1,00E+08
Vermoeiingslevensduur
• Programma rekent deze karakteristieke vermoeiing-rek relatie om tot een karakteristieke vermoeiing-stijfheid– rek relatie
• Hierbij wordt uitgegaan van een standaard stijfheid-afhankelijkheid
Stijfheid asfalt• Typeonderzoek levert minimaal de
stijfheidsmodulus bij 8 Hz en 20 oC
• Eventueel kan ook gerekend worden met standaard waarde voor Smin
• Hieruit kan weer een karakteristieke stijfheidswaarde worden bepaald
• Programmatuur rekent deze (met standaard afhankelijkheden) om naar karakteristieke stijfheid – temperatuur – frequentie relatie
Healing asfalt• Het zelfherstellend vermogen van asfalt is een belangrijke
invoerparameter voor de dimensionering van asfalt
• Over de wijze van bepalen van het zelfherstellend vermogen van asfalt bestaat echter nog geen overeenstemming
• Er is afspraak tussen DVS en VBW-Asfalt om een door TUD/TNO voorgestelde methode te valideren
• Deze methode is gebaseerd op een eenvoudige toepassing van het Partial Healing – model van Pronk in combinatie met directe meting van het rustperioden - effect
Healing asfalt- vervolg• Valideren methodiek gebeurt in twee fasen:
– Fase 1: TUD-TNO-DVS beproeven twee zeer verschillende mengsels om indicatie te verkrijgen over onderscheidend vermogen en om het proef- en verwerkingsprotocol te testen en vervolmaken. VBW-Asfalt denkt mee en participeert in klankbordcommissie
– Fase 2: Onderzoek op meer mengsels: 3 mengsels door TUD-TNO-DVS en verdere mengsels door geïnteresseerde marktpartijen
• Bij positief resultaat van het onderzoek volgt invoering van de methodiek in de praktijk
Permanente deformatie ongebonden fundering
• Op basis van afstand tot Mohr – Coulomb bezwijklijn
• Cohesie en wrijvingshoek voor menggranulaat en betongranulaat zijn daarbij te schatten uit kwaliteitsindexen voor korrelgrootteverdeling, verdichtingsgraad en (bij menggranulaat) mengverhouding
Normaalspanning
Schu
ifspa
nnin
g
σ3 σ1fσ1
Hoek van inwendige wrijving, ϕ
Coh
esie
, c
Bezwijken gebonden fundering
• Verbrijzeling– Toetsen op basis van door de gebruiker op te geven
karakteristieke druksterkte
• Breuk door overbelasting– Toetsen op basis van door de gebruiker op te geven
karakteristieke breukrek
• Breuk door vermoeiing– Toetsen op basis van door de gebruiker in te voeren
karakteristieke vermoeiingslijn
Toetsing eindresultaat ontwerp Het gemaakte ontwerp wordt op diverse punten getoetst:
– Keuze van de juiste mengsels, afhankelijk van constructielaag enverkeersbelasting.
– Eenvoudig te vergelijken met de geleverde CE – markerings-informatie
– Diverse andere toetsen van het ontwerp op basis van ‘best practice’regels
Uitdraai faciliteert ook een eenvoudige vergelijking van de gehanteerde stijfheid en vermoeiing met het mengselrapport
Beperkingen methodiek • OIA omvat geen
– spanningsafhankelijke modellering granulairefunderingslagen
– berekening scheurdoorgroei door asfaltverharding– kwantitatieve berekening permanente deformatie ondergrond,
fundering, asfalt– toetsing op fysisch–chemische schade- en degradatie-
mechanismen – ………..
• Het blijft decision support, geen werkelijke gedragsvoorspelling
• Daarom zal het nog steeds nodig blijven om aanvullende eisen en beperkingen te hanteren
Enkele praktische zaken• Professionelere benadering CROW softwareontwikkeling
en –beheer– Meer uniformiteit in programmatuur– Web based aanpak wordt overwogen
beveiliging van data belangrijk aandachtspunt
• Bij uitbrengen programma– Introductiebijeenkomst– Publicaties
• Beheerfase– Helpdesk bij CROW– Gebruikersbijeenkomsten