Reflectiescheuren in DGB-verhardingen met ZOAB-deklaag

In de afgelopen jaren heeft TU Delft in opdracht van Rijkswaterstaat en Boskalis onderzoek gedaan naar de oorzaken van scheurvorming op een aantal autosnelwegen met een doorgaand gewapende betonverharding (DGB) en een ZOAB-deklaag. Het betreft de A50 tussen Eindhoven en Oss (2004-2006), de A73 tussen Venlo en Maasbracht (2007) en de A5 bij Schiphol (1999-2003).

Doorgaand gewapende betonverharding (DGB) met een ZOAB-deklaag.

Aanleg van de A50 tussen Oss en Eindhoven.

1/2

In deze ZOAB-deklaag zijn na 5 à 10 jaar reflectiescheuren ontstaan vanuit de dwarsscheuren in de onderliggende DGB-verharding. De reflectiescheurvorming is soms zeer beperkt, met betrekking tot zowel aantal als wijdte van de scheuren, en soms ernstiger en in dit laatste geval is deze reflectiescheurvorming reden geweest om de ZOAB-deklaag eerder te vervangen dan was voorzien. Het onderzoek van TU-Delft is uitgevoerd in opdracht van Rijkswaterstaat (A50 en A73) en Boskalis (A5) met als doel om ervan te leren voor toekomstige projecten.

Karakteristieken verharding

De meest relevante gegevens betreffende de DGB-verharding, de ZOAB-deklaag en de onderzochte wegvakken op de A5, A50 en A73 (beide rijbanen) zijn vermeld in tabel 1. De verschillen zitten met name in het percentages langswapening in de DGB-verharding en de dikte en samenstelling van de ZOAB-deklaag.

Tabel 1. Constructiegegevens DGB-verhardingen op A5, A50 en A73

Reflectiescheuren

Een reflectiescheur in de ZOAB-deklaag is een scheur die wordt geïnitieerd door een discontinuïteit (bijvoorbeeld een dwarsscheur) in de onderliggende DGB-verharding. Bij temperatuurdaling van de DGB-verharding worden de scheuren daarin wijder en dat leidt tot trekspanningen in de ZOAB-deklaag.

Doorgaand gewapend beton behoort te scheuren op regelmatige afstanden. Scheurafstanden van 0,8 m tot 3,0 m worden beschouwd als gunstig. Scheurafstanden groter dan 3,0 m leiden tot grotere bewegingen van de scheurranden als gevolg van temperatuurveranderingen en verkeer, met een groter risico op reflectiescheuren in de ZOAB-deklaag.

Het gunstigste scheurpatroon uit dit onderzoek is aanwezig in de rechter rijbaan (HRR) van de A73, waarbij de percentages kleine en grote scheurafstanden beide kleiner zijn dan 15% en het percentage scheurafstanden in de ideale range van 0,8 m – 3,0 m groter is dan 65%.
Verreweg de meeste, maar niet alle, reflectiescheuren in de ZOAB-deklaag zijn aangetroffen boven scheuren in de DGB-verharding die op (vrij) grote afstand liggen van de naastgelegen scheuren.

Figuur 1: Cumulatieve frequentieverdeling van scheurafstanden in DGB-verhardingen in Nederland en België.

Cumulatieve frequentieverdeling

In figuur 1 is een andere wijze van weergave van de verdeling van de scheurafstanden weergegeven, namelijk een cumulatieve frequentieverdeling. Een optimaal scheurpatroon resulteert in een steile lijn, met een hoog percentage binnen de range van scheurafstanden van 0,8 m – 3,0 m. De scheurpatronen op de rechter rijbaan (HRR) van de A73 en op de E313 zijn derhalve het beste.
N.B. Voor het onderzoek zijn ook scheurmetingen uitgevoerd in België op de E17 en de E313.

De lage percentages gereflecteerde scheuren op de A73, vooral op de rechter rijbaan, zijn zeer waarschijnlijk een gevolg van de combinatie van een (vrij) gunstig scheurpatroon in de DGB-verharding, de toegepaste afgezande tackcoat en het polymeer gemodificeerde bitumen dat aldaar niet alleen in de toplaag maar ook in de onderlaag van de tweelaags ZOAB-deklaag is toegepast.

Rol van langswapening

De langswapening in een DGB-verharding heeft als doel om de scheurwijdte aan het betonoppervlak beperkt te houden tot maximaal 0,4 mm, zodat er sprake blijft van een goede lastoverdracht, en water (met dooizouten) de wapening niet kan aantasten. Een eerste indruk bij de veldmetingen was dat de reflectiescheurvorming in de ZOAB-deklaag sterk gecorreleerd is met de scheurwijdte, en met name optreedt bij relatief wijde scheuren en in veel mindere mate bij fijne scheuren.

Scheurwijdte versus scheurafstand

Algemeen wordt verondersteld dat hoe groter de scheurafstanden, hoe groter de scheurwijdte en des te groter het risico op reflectiescheuren. Bij de A5 is dit daadwerkelijk het geval, maar bij de A50 en A73 is dit veel minder duidelijk. Dit duidt erop dat de scheurafstand niet de dominante factor is t.a.v. het risico op reflectiescheuren. Een mogelijke verklaring is dat de verandering van de wijdte van een scheur in de DGB-verharding niet zozeer bepaald wordt door de plaatlengte maar door de overdrachtslengte, dus de lengte waarover de spanning in de wapening in de scheur geleidelijk wordt overgebracht op het beton.
In dit onderzoek is verder aangetoond dat andere factoren dan het wapeningspercentage van belang zijn voor de ontwikkeling van het scheurpatroon, zoals het tijdstip van aanleg op een dag, de dagelijkse temperatuurschommelingen in de periode kort na aanleg, de duur en type van de curing en wrijving met de onderliggende asfaltlaag.

Conclusie

De scheurpatronen in de DGB-verharding van de A5 en de A50 laten een tendens zien dat zowel grotere scheurafstanden als wijdere scheuren een groter risico op reflectiescheuren in de ZOAB-deklaag opleveren. Tevens is een relatie gevonden tussen de scheurwijdte en de scheurafstand: hoe kleiner de scheurafstand, des te kleiner de scheurwijdte, maar deze relatie is niet sterk.

Het scheurpatroon in de DGB-verharding van beide rijbanen van de A73 is veel beter, en dit geldt met name voor de rechter rijbaan. Met de toepassing van polymeer gemodificeerd bitumen in zowel de toplaag als de onderlaag van de tweelaags ZOAB-deklaag heeft dit ertoe geleid dat zowel de omvang als de ernst van de reflectiescheurvorming nog (zeer) gering is.

In de beschouwde DGB-verhardingen is de langswapening aangebracht in het midden van de DGB-verharding. In de huidige specificaties van Rijkswaterstaat is aangegeven dat de langswapening hoger in de verharding moet worden aangebracht, nl. 90±10 mm beneden het verhardingsoppervlak, en dat (afhankelijk van de betonsterkteklasse) een wapeningspercentage van 0,70% of 0,75% moet worden toegepast. Zowel de hogere ligging van de langswapening als het hogere wapeningspercentage zal resulteren in kleinere scheurwijdten aan het oppervlak van de DGB-verharding.

Aanbevelingen

Reflectiescheurvorming in de ZOAB-deklaag kan gereduceerd worden door een combinatie van maatregelen:

• Langswapeningspercentage van 0,70% of 0,75%;
• Hogere ligging van de langswapening (90±10 mm beneden het verhardingsoppervlak);
• Polymeer gemodificeerd bitumen in gehele ZOAB-deklaag;
• Het tijdig aanbrengen van scheurinleiders door dwarse zaagsneden. Dit leidt tot een regelmatiger scheurpatroon, met het grootste deel van de scheurafstanden in het preferente gebied van 0,8 – 3,0 m

Bron:

Paper CROW Infradagen 2016 ‘Veldonderzoek naar reflectiescheuren in DGB-verhardingen met ZOAB-deklaag’

Auteurs: Dongya Ren, Lambert Houben, Wilfred Nijssen, Ron van der Aa en Berwich Sluer.

BetonInfra Nieuwsbrief, december 2017