OIAMogelijkheden en beperkingen

Arthur van DommelenRWS-DVS

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

kbdBB

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 6 i.c.m. standaard waarde voor de helling van deze relatie

rekniveau

verm

oeiin

gsle

vens

duur

106

6

Vermoeiingsweerstand asfalt - vervolg

Deze vermoeiing-rek relatie 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

Stijfheid asfalt - vervolg

Temperatuur

Stijf

heid

smod

ulus

32 Hz16 Hz

8 Hz4 Hz2 Hz1 Hz

Frequentie

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

3 1f1

Hoek van inwendige wrijving,

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 en verkeersbelasting.

– 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 granulaire funderingslagen– 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