[ X I L
] cn-cn
m3Q apun>jMnoqjay£/\A, us -2aM isuaiQj ^ Rijkswaterstaat
Dienst Weg- en Waterbouwkunde Delft
archief Asfalt in de Waterbouw
B - d D löiiUJ EE
LITERATUURSTUDIE NAAR HET
FYSISCH-MECHANISCH
MATERIAAL-GEDRAG VAN ASFALTBETON.
RAPPORT-NR. BSW/WSW 87-21
Datum: 5-11-87
RAPPORT-NR. BSW/WSW 87-21
Datum: 5-11-87
Voorwoord:
Het hiervoor U liggende Bouwspeurwerk-rapport is tevens het eerste deel van het verslag van mijn afstudeerwerk aan de Technische Universiteit Delft, afdeling der Civiele Tech-niek.
Dit afstudeerwerk is gedaan in het kader van algemeen onder-zoek naar het vervormingsgedrag van bitumineuze constructies in de waterbouw.
Het afstudeerwerk stond onder supervisie van dr.ir. P.A. Vermeer.
Verder wil ik ing. R. Termaat bedanken voor zijn ondersteu-ning bij de realisering van dit project.
1. Inleiding 1 2. Materiaalbeschrijving waterbouwasfaltbeton 2 2.1 Algemeen 2 2.2 Bitumen 2 2.3 Mineraalaggregaat 2 2.4 Mengsel 3 2.5 Mechanisch gedrag 3
3. Achtergronden rheologische modellen 4
3.1 Algemeen 4
3.2 Specifiek voor asfaltbeton 9
4. Literatuuronderzoek 10
4.1 Algemeen 10
4.2 Eerder uitgevoerd expirimenteel onderzoek 11
4.2.1 Enige beschouwingen over de eigenschappen van bitumenmineraalaggregaatmengsels in verband
met toepassing van deze in de waterbouw. 11 4.2.2 Optimalizering van asfaltbetonnen bekledingen
van stuwdammen. 15 4.2.3 A study on creep testing of sheet asphalt mix
at failure in creep test. 18 4.2.4 Techniques for characterizing bituminous
mate-rials using a versatile triaxial testing
system. 21 4.2.5 Onderzoek RWS naar de sterkte en vervorming
van waterbouw-asfaltbeton. 23 4.2.6 Zum verformungsverhalten von asphaltbeton
unter druck. 30 4.2.7 Einfluss der verdichtungsart auf die
mecha-nischen eigenschaften von asphaltprufkörpern. 39 4.2.8 Analysis of triaxial test data on asphalt
con-crete using viscoelastic principles. 41 4.2.9 Strength and volume change characteristics of
bituminous mixtures. 46 4.2.10 Irrecoverable and recoverable nonlinear
visco-elastic properties of asphalt concrete. 49
4.3 Resultaten theoretisch onderzoek 51
4.3.1 Algemeen 51 4.3.2 Onderzoek naar het elastisch gedrag van
bitumen. 52 4.3.3 Techniques for characterizing bituminous
mate-rials using a versatile triaxial testing
system. 54 4.3.4 Voorspellen van permanente vervorming in
bitu-mineuze lagen. 56 4.3.5 An expirimental study of asphalt concrete
based on a multiple-integral representation of constitutive equation of a nonlinear
visco-elastic solid. 61 4.3.6 Creep behaviour of asphalt-concrete under
tension. 66 4.3.7 Kriechuntersuchungen an zylindrischen
aspalt-probekörpern. 69
4.4 Resumé literatuuronderzoek 77
1. Inleiding:
In de waterbouw wordt veelvuldig gebruik gemaakt van bitumi-neuze produkten. Dit teneinde waterdichte en erosiebestendige bekledingen van taluds of onderwaterbodems te kunnen constru-eren .
In de leiddraad voor de toepassing van asfalt in de waterbouw (lit. 3 1 ) , die in 1984 door de T.A.W. (Technische Adviescom-missie voor de Waterkeringen) werkgroep 4 is uitgebracht, wordt een overzicht gegeven van het huidige kennisniveau ten aanzien van bitumineuze produkten die worden toegepast in de waterbouw. Hierin worden met name de materiaaltechnische aspecten van de produkten en de voor de praktijk bruikbare dimensioneringsmodellen behandeld.
Tot nu toe is er in Nederland echter slechts weinig fundemen-teel onderzoek verricht naar het materiaalgedrag van de ver-schillende bitumineuze produkten. Ook bij het dimensioneren van constructies waarbij men te maken heeft met bitumineuze produkten worden veelal praktijkregels gebruikt, in
bijzonde-re gevallen worden twee-dimensionale lineair-elastische of één-dimensionale visco-elastische materiaalmodellen toege-past. Daar deze benaderingen voor het ontwerpen van "uitge-kiende" constructies niet voldoen is er behoefte aan wiskun-dige materiaalmodellen waarmee men het gedrag van de
ver-schillende bitumineuze produkten goed kan voorspellen. In 1983 is in opdracht van de Deltadienst door het LGM een onderzoek uitgevoerd naar het materiaalgedrag van zandasfalt. Het resultaat van dit onderzoek was een één-dimensionaal
Theologisch model waarmee het materiaalgedrag kon worden ge-simuleerd .
Een ander asfaltprodukt waarvoor behoefte bestaat aan een goede wiskundige omschrijving van het materiaal gedrag in minimaal twee-dimensies is asfaltbeton.
In het kader van deze afstudeeropdracht zal worden getracht om het materiaalgedrag van asfaltbeton zo goed mogelijk te beschrijven, zodat een dimensioneringsmodel kan worden ont-wikkeld voor het ontwerpen van constructies waarin het
2
2. Materiaalbeschrijving waterbouwasfaltbeton:
2.1 Algemeen:
Asfaltbeton is een mengsel van verschillende componenten; te weten:
- bitumen (5 èi 7 procent)
- mineraalaggregaat (zand en steenslag of grind) - eventueel toevoegingen ofwel hulpstoffen
(in de waterbouw niet gebruikelijk)
De mengseleigenschappen worden bepaald door de samenstelling van het mengsel, door de eigenschappen van de componenten
zelf en door de wijze van verwerking (met name de wijze van verdi chting).
Bij mengsels waarbij de porién (zoals bij waterbouwasfaltbe-ton het geval is) vrijwel gevuld zijn met bitumen, zijn zowel het steenskelet als het bitumen bepalend voor de mengselei-genschappen .
Asfaltbeton dient te worden verdicht en is ongeschikt om on-der water verwerkt te worden. Gezien de vereiste dichtheid,
niet meer dan 3 tot 6 % holle ruimte kan asfaltbeton als
wa-terdicht worden beschouwd.
2.2 Bi tumen:
Bitumen is een zeer viskeuze, niet vluchtige stof, die in hoofdzaak bestaat uit koolwaterstoffen of derivaten daarvan. De viscositeit van bitumen is sterk afhankelijk van de tempe-ratuur, het is een zogenaamde thermoplastische stof. Het ge-drag van het materiaal onder belasting wordt dus sterk
beïnv-loedt door de heersende temperatuursomstandigheden en de duur van de belasting.
2.3 Mineraalaggregaat:
Een laag percentage aan holle ruimte wordt bij een niet over-vuld asfaltmengsel bereikt door afstemming van de
steenfrac-tie op de zandfracsteenfrac-tie en door een goede gradasteenfrac-tie van het mineraal.
Het mineraalaggregaat kan worden onderverdeeld naar korrelaf-meting. In Nederland is de volgende verdeling gebruikelijk:
- materiaal groter dan 2 mm: steenfractie - materiaal tussen 2 en 63*10""^ mm: zandfractie
- materiaal kleiner dan 63*10"^ mm: vulstof-fractie
Voor toepassing in de waterbouw wordt aanbevolen om de steen-fractie altijd samen te stellen uit steenslag (gebroken materiaal). Dit in verband met de grotere weerstand tegen vervormen (haakweerstand).
2.4 Mengsel:
Volgens de Eisen 1978 voor Bouwstoffen in de Wegenbouw (lit. 3) dient waterbouw-asfaltbeton te voldoen aan de vol-gende omschrijving:
- warm bereid mengsel van steenslag 6/16 (D5/D80) bij laag-dikten kleiner of gelijk aan 150 mm, of steenslag 6/22 bij laagdikten groter dan 150 mm. Voorts zand, zeer zwakke vulstof en bitumen 80/100 (met de aanduiding 80/100 wordt aangegeven dat deze bitumesoort, bij onderwerping aan de penetrat ieproef (T=25'=' C) na 5 sec een indr ingingsdiepte van 8 tot 10 mm oplevert).
Het te ontwerpen mengsel dient qua samenstelling te passen binnen de in de hierna volgende tabel weergegeven criteria.
door zeef
massapercentage
op zeef gewenst min. max. tolerant ie steenslag zand vulstof bitumen-gehalte op C 22.4 2 mm 6 3xl0"^mm 100% mineraal 2 mm 63xl0~=mm -50 42 8 7 48 37 7 6.5 55 47 10 • 7.5 5 1 0 5 2.5 Mechanisch gedrag:
Daar het mat een viskeuze door een vis Het materiaa op te nemen. trekspanning drukspanning "meewerkt". Daar de vise van de heers ring van het
eriaal is samengesteld uit granulair materiaal en stof wordt het materiaal als geheel gekenmerkt co-elasto-plastisch materiaalgedrag.
1 is in staat om zowel druk- als trekspanningen Het mechanisch gedrag van het materiaal onder
is echter duidelijk afwijkend van dat onder
; dit daar het korrelskelet bij trekspanning niet
ositeit van de bitume echter sterk afhankelijk is ende temperatuur dient men bij elke
4
3. Achtergronden rheologische modellen:
3.1 Algemeen:
Voor het beschrijven van materiaalgedrag onder belasting kunnen een drietal basiselementen worden gebruikt. Dit zijn achtereenvolgens:
- de veer (lineair-elastisch gedrag)
£
• £.V ^ -s. •_ ,
-de demper ofwel smoorpot (zuiver visceus gedrag)
1
r". 6 c.
-Saint Venant (schuif of cohesie-element voor zuiver
plastisch gedrag)
»•
Daar er in de praktijk slechts weinig materialen bestaan
waarvan het materiaalgedrag met gebruikmaking van slechts één
basiselement goed kan worden beschreven, wordt er vaak
ge-bruik gemaakt van combinatie-modellen.
Een ander probleem is het feit dat ook de basisgrootheden een
niet constant karakter kunnen bezitten. Deze kunnen namelijk
afhankelijk zijn van: - de temperatuur
- het aanwezige spanningsniveau
- aantal belastingswisselingen
Een aantal zeer bekende combinatie-modellen zijn:
- Maxwel1-model.
-
Kelvin-Voigt-model
--i-I
^
i
L — A A / V W W '
- B u r g e r s - m o d e l ( v e e l g e b r u i k t voor b i t u m e ) .
•^1^ ! ; J i ^
» ^ V V W W — i r | iii
- • • ^6
- Elastisch-ideaal plastisch model
, 7 -/ ,
• J J
-— ;f .. 4. V _ ,-- Elastisch--ideaal viscoplastisch model
cr
Het bovenstaande is enigszins simplistisch omdat er slechts met één spanningscomponent en één rekcomponent wordt gewerkt Een algemeen bruikbaar wiskundig model geeft een relatie
tussen 6 spanningscomponenten en 6 vervormingscomponenten.
x/ 2;< £ //
u„
^y=In dit hoofdstuk werken we gemakshalve slechts met één spanningscomponent , en één vervormingscomponent
De wiskundige formulering van deze combinatie-modellen voldoet altijd aan de volgende lineaire
differentiaalverge-lijking met constante coëfficiënten. oc <r
1
Als voorbeeld is de afleiding van het Burgers-model ui tgewerkt.
A^^A^/^
—vwvw^—
"1.
3
c-H H N Kt CT _ -;,.'J M \')r , ^ .
-N
0 N • ^ 1 = = o ^ . S ^1 -"l, ^. 'v«; .^-•JOSt!.^!-' -.C E, - - • r ^ ^ £. v='^; ~-- M.t> ü . •_•,<;A
V ^ 3 "T. 11 M o••: . . . ^-i 1 1 er èci-,r^ v.i*l . y i j t r :
'T
! = ' A , . .1 .'Z ' 1n,":,
- L ' ' , e.e.'i co->.^r£-,.-,ti '•":^c^:>'.i..- r> c= : t c r J - - i ^ , r . r . _ . o i , r .,^.
y-CL /o.aL-^ ^ * ' C ^ • o f" .",-1 I - r: S .•!«•• OC»"^.
L L - e
I.;M^
:t
l^
1 - 2 . ; o « J o - I C .11^ / e r D a i t i S c o " ü r -: . i , - , . - i i r i - - - . O u : i - ; te-^ OiTio- ,J i t 3-.,~-- 3-.,~-- 3-.,~-- ' " ' • 3-.,~-- ' ^ ~3-.,~--3-.,~-- J * ' ' 3 e l l j ' ' ( 3-.,~-- ; , , q ^z. ^ O ' c . ü . ^ o ! « . _ o • i 3-.,~-- L ^ : J i 3-.,~-- . 3-.,~-- . e 3-.,~-- f c .C
\ ^ _J o : . :4 cr < 'T-* O a a . ' ^ / i r - a c - ^ . ' , v o o r a l - i >. ^ o t z - j . ' , U ? '.3 . 2 Specifiek voor asfaltbeton:
Bij asfaltbeton heeft men te maken met een elasto-visco-plastisch materiaal. Bovendien is asfaltbeton als materiaal sterk temperatuurgevoelig, zodat men mechanische materiaalpa-rameters niet als constanten kan beschouwen (zie met name par. 4.2.1, 4.2.4 en 4 . 2 . 5 ) . Ook is in eerder onderzoek ge-bleken dat asfaltbeton een sterk anisotroop karakter heeft; dit door de wijze van verwerken (zie met name par. 4 . 2 . 6 ) . Er kan dus niet worden gewerkt met een isotrope materiaalbenade-ring .
Een ander kenmerk van het materiaal is het totaal verschil-lend reageren op trek- danwei drukspanning. Dit wordt veroor-zaakt door het feit dat bij drukspanning het mechanisch ge-drag voornamelijk wordt bepaald door het korrelskelet, ter-wijl het mechanisch gedrag onder trekspanning voornamelijk wordt beheerst door het bindmiddel.
Als men een dergelijk materiaalgedrag wil schematiseren tot een rheologisch model heeft men dus in ieder geval met twee modellen te maken (zie par. 4.4 conclusies 1,4 en 8 ) .
Een eenvoudige voorstelling van het materiaalgedrag zou kun-nen zijn:
r - W v W ^
-vwvv-
J 3 V .i
•AWvYV
"Il
<V
^V
t
olr-Ml< cr«.l< 2.*" e^'a.^*.e.\L. •Het eerste gedeelte van het model vertegenwoordigt dan de instantane vervormingen, terwijl het tweede deel van het model de tijdsafhankelijke vervormingen vertegenwoordigd.
In tegenstelling tot het trekmodel is bij het drukmodel wel een "enkele schuif" toegepast, daar men hierbij te maken heeft met het "zetten" van het korrelskelet onder drukspan-ning. Voor het overige wordt opgemerkt dat bij deze
10
4. Literatuuronderzoek:
4.1 Algemeen:
Om het te verrichten onderzoek zo efficient en effectief
mogelijk te laten verlopen dient eerst een 1ituraturstudie te worden verricht. Dit teneinde zicht te krijgen op eventueel
reeds eerder verricht onderzoek dat past binnen dit kader. Hierbij is met name gekeken naar:
- resultaten van fundementele beproevingsmethoden op asfaltmengsels of bitumen.
- beschrijvingen van beproevingsmethoden voor
visco-elasto-plastische materialen, (met name triaxiaal-proeven voor asfaltmengsels)
- beschrijvingen van reeds eerder uitgevoerd rheologisch onderzoek op asfaltmengsels.
In paragraaf 4.2 worden de resultaten van eerder uitgevoerde fundementele proeven behandeld. Terwijl in paragraaf 4.3 de resultaten van eerder uitgevoerd theoretisch onderzoek naar het materiaalgedrag van asfaltbeton wordt beschreven.
In paragraaf 4.4 wordt een tot dan toe bekend "overall" beeld van het materiaal beschreven.
4.2 Eerder uitgevoerd experimenteel onderzoek:
4.2.1. Enige beschouwingen over de eigenschappen van bitumen-mineraalaggregaatmengsels in verband met toepassing van deze in de waterbouw.
auteur: dr. ir. L. W. Nijboer
Koninklijke ShelI-Laboratorium Amsterdam
publicatie: De Ingenieur 18 juli 1952
In deze publicatie worden resultaten van een aantal proeven gemeld. De resultaten worden hierna achtereenvolgens weerge-geven .
CeJproeven
Mater iaal:
Asfaltbeton (zand + vulstof + 3 0 % steenslag + bitumen) Asfaltbeton (zand + vulstof + 6 0 % steenslag + bitumen)
Beproevingsmethode:
Een cylindrisch proeflichaam wordt in de asrichting belast en de laterale steundruk bij evenwichtstoestand wordt bepaald. Met behulp van een Mohr diagram wordt de schuifweerstand van het materiaal geanalyseerd en uit metingen bij verschillende belastingen blijkt deze ook hier te bestaan uit een w r i j -vingsweerstand, gekarakteriseerd door de hoek van inwendige wrijving en de cohesie (initiaalweerstand).
Indien men de evenwichtstoestand verstoort door lateraal w a -ter af te tappen blijkt dat de zijdelingse steundruk afneemt, maar na enige tijd een constante waarde bereikt. Metingen met verschillende belastingen (sigma(O)) doch met dezelfde ver-vormingssnelheid bevestigen dit gedrag. Er wordt echter wel een hogere "cohesie" waarde gevonden dan in de evenwichts-toestand.
Gesteld wordt dat deze verhoging van de cohesie het gevolg is van het feit dat het materiaal vloeit, door metingen bij
ver-schillende deformatiesnelheden kan nu de viscositeit van de mortel worden berekend.
Proefresultaten:
Volgens deze publicatie kan het materiaalgedrag dus worden beschreven met drie materiaalparameters. Voor asfaltbeton
ge-lden volgens deze publicatie de volgende waarden: - hoek van inwendige wrijving
asfaltbeton (30 % steenslag) : 29=' asfaltbeton (60 % steenslag) : 30'=' - initiaalweerstand (cohesie)
Deze parameter wordt bepaald door de concentratie aan hoekig materiaal in het mengsel. In de hierna volgende
12
tabel is deze afhankelijkheid weergegeven.
volume concentratie cohesie
in procenten N/mm^ 10 5xl0~= N/mm== 20 10-= N/mm=^ 30 1 .8x10"= N/mm=2 50 4.0x10-= N/mm= - vi scos i tei t variabel 0.6-2. x 10""^^ Pa. s Conclusies auteur: Op-en aanmerkingen:
Grafieken van het waargenomen spannings-rek verloop tijdens de proeven worden niet gegeven. Uit de gegeven proefomschrij-ving kan worden geconcludeerd dat wordt gesproken over een
ideaal-viscoplastisch materiaalgedrag. Er worden geen gege-vens gegeven over de constante van Poisson, de elastieiteits-modulus en de eventuele aanwezigheid van dilatantie.
Cvclische proeven:
Mater iaal:
asfaltbeton met verschillende concentraties aan hoekig mater iaal.
Beproevingsmethode:
De elastieiteitsmodulus van het materiaal is met behulp van twee verschillende typen proeven bepaald; te weten één-assige drukproeven en torsie-vibratie proeven.
Hierbij wordt een cyclische belasting gebruikt met een frequ-entie van 60 cycli/sec. De amplitude van de belasting wordt niet vermeld.
Proefresultaten:
De elasticiteitsmodulus van asfaltbeton bleek afhankelijk te zijn van zowel de temperatuur als de belastingstijd. Deze af-hankelijkheid is in de hiernavolgende twee grafieken grafisch weergegeven.
Conclusie auteur:
Voor hetzelfde materiaal dienen dus in berekeningen naar omstandigheden verschillende waarden voor G of E te worden ingevuld. Dit maakt het noodzakelijk elke toepassing niet alleen te analyseren in verband met krachten en spanningen, maar tevens de temperaturen en de deformatiesnelheid, resp. belastingtijd, in rekening te brengen.
Op- en aanmerkingen:
De afhankelijkheid van de belastingstijd moet volgens mij worden toegeschreven aan visceuze effecten, en niet worden gezien als een variabele waarvan de elastieiteitsmodulus af-hankelijk is.
Trek- en drukproeven:
Materiaal:
asfaltbeton met 10 % bitume 50/60 (zeer vet m e n g s e l ) .
Beproevingsmethode:
uniaxiale druk- of trekproef. waarbij de vervormingssnelheid is gevarieerd. De temperatuur is constant op 20''-' C gehouden.
Ti jdseffeeten:
variatie vervormingssnelheid tussen 0.02 mm/min. en 3 mm/min., beide per cm monster-lengte.
Proefresultaten:
Bij het uitvoeren van trekproeven bleek dat dat er een duide-lijk verschil bestaat tussen de elastieiteitsmodulus zoals die onder drukspanning wordt aangetroffen en de elastici-teitsmodulus zoals die onder trekspanning wordt aangetroffen
(E-druk= ca. l,5*E-trek).
Er worden hogere waarden voor de druk- resp. trekvastheid ge-vonden naarmate de deformatiesnelheid groter is. Een grafiek van de gevonden relaties wordt hierna weergegeven.
14
^ - •':';'^V'' T-' : : -•' Wcmi^'^/
Verbaod tiuseq ipuiaing' en deformatie- voor eea MfUt-mortel met 10% bitusien 50/00 bi]20*C. ...
Conclusie auteur
Op- en aanmerkingen:
Terwijl druk- en trekproeven een ratio van 1.5 voor de E-waarden tonen, vinden we ratios van 3 en 6 voor proeven met verschillende vervormingssnelheden. Zelfs bij lage spanningen vertoont het materiaal dus een duidelijk visceus gedrag.
4.2.2. Optimalizering van asfaltbetonnen bekledingen van stuwdammen.
auteur: dr. ing. H. Haas West-Duitsland
publicatie: Eurobitume 1985
Materiaal:
Asfaltbeton, van de samenstelling wordt alleen het holle ruimtepercentage vermeld. Dit heeft men gevarieerd tussen de 0.9 en de 4.5 %.
Beproevingsmethode:
Er zijn triaxiaal- en biaxiaalproeven uitgevoerd. Waarbij met name is gekeken naar de volumeverandering van het monster.
Belast ing:
Triaxiaalproeven: axiale spanning 1.5 MN/m^
de radiale spanning wordt gevarieerd tussen 0.0 en 0.2 MN/m=-.
Biaxiaalproeven: verticale spanning 1.5 MN/m^
horizontale verplaatsing is nul
Proefresultaten:
De uitgevoerde triaxiaalproeven tonen aan dat er dilatantie optreedt als er geen radiale spanning aanwezig is, maar het materiaal behoud zijn volume over een lang vervormingstraject als er wel een radiale spanning aanwezig is. Tevens wordt de
invloed van het holle ruimte percentage duidelijk zichtbaar, des te hoger het percentage holle ruimte des te gemakkelijker kan het monster worden samengedrukt.
De uitgevoerde biaxiaalproeven laat tevens de ontwikkeling van de horizontale spanning zien.
^ C ' )
1 ..
01 (W/m»)
o. 4
^O)
16
m^
H^^i• a.o Vol Yo, <j;.o.aMKi/'
H^^»Mvi%,G;>«^i«':^**A
"Tl^AKiAei i » r e « v « n rvi«i ^ » 1,« H N ^ *
Conclusies auteur:
Ten aanzien van de met behulp van proeven te bepalen
materi-aalparameters wordt gesteld dat de waarde(n) van deze
parame-ters afhankelijk zijn van de gevolgde beproevingsmethode, de
vervormingscondities, de spannings-rek-historie, de
tempera-tuur en de samenstelling van het monster.
De resultaten die men met behulp van biaxiaalproeven
(verge-lijkbare condities als insitu) verschillen van de resultaten
die men heeft verkregen met behulp van triaxiaalproeven.
Als belangrijkste resultaat van de tot dusver uitgevoerde
biaxiaalproeven geldt de ervaring, dat triaxiaalproeven ten
aanzien van de horizontale spanningen in de dwarsdoorsnede
van de constructie te hoge waarden opleveren.
Asfaltbetonmengsels die worden toegepast in de waterbouw
wor-den beschouwd als zijnde waterdicht. De porositeitsgrens
(3-5%) en daarmee de waterdichtheid hangt op twee manieren af
van de mengsel samenstel 1 ing; te weten:
- er moet voldoende bindmiddel aanwezig zijn voor het vullen
van de holle ruimte.
- de vervormingseigensehappen van het asfaltbeton dienen
zo-danig te zijn dat dilatant gedrag onder de heersende
spannings- en vervormingscondities niet kan optreden.
In het kader van het voorgaande kan worden gesteld dat
ge-vaarlijke of onwenselijke spanningscondities optreden als er
grote verschillen bestaan tussen horizontale en verticale spanningen in de bekleding. Dit leidt namelijk tot schuif-spanningen met als gevolg schuifvervormingen en dilatant ie. Om het gevaar van lekkage door dilatant gedrag te voorkomen te voorkomen wordt de voorkeur gegeven aan die mengsel samen-stelling waarbij in het bij het toepassingsdoel behorende spanningstraject zo min mogelijk dilatantie wordt waargeno-men. Als alleen de hoeveelheid bindmiddel wordt gevarieerd
zal dit altijd het mengsel met de hoogste hoeveelheid bind-middel zijn.
Op- en aanmerkingen:
16
4.2.3. A study on creep testing of sheet asphalt mix at failure in creep test.
uitgave: Central Road Research Institute New Delhi. India (1981)
In eerder verricht onderzoek heeft men zich bij het verrich-ten van kruipproeven, verrich-teneinde inzicht te krijgen in het ma-teriaalgedrag steeds beperkt tot het zogenaamde pre-failure traject. Hier wordt verslag gedaan van onderzoek waarbij kruipproeven totaan het bezwijkstadium zijn doorgezet. Dit met als doel een relatie te vinden tussen: de bezwijktijd, de kruipbelasting en de temperatuur.
Materiaal:
Van de samenstelling van de monsters wordt alleen gezegd: - mengselaggregaat grading VII M
- 8.5% bitume 30/40 (redelijk vet mengsel) - verdichting (double plunger)
Beproevingsmethode:
De kruipproeven zijn uitgevoerd als driepunts-buigproef, hieronder is de gebruikte proefopstelling schematisch weerge-geven .
Belasting:
De verticale kracht heeft men gevarieerd tussen O en 100 kg. De temperatuur waarbij de proeven zijn uitgevoerd, is
gevar-ieerd tussen 10 en 40 '^''C.
Tijdseffecten:
Men heeft de proeven doorgezet tot het moment van bezwijken.
Proefresultaten:
Als resultaat kan men dan het doorbuigingsverloop met de tijd weergeven. Bij een kruipbelasting van 62,49 kg en een tempe-ratuur van 10° C wordt dan het hierna weergegeven verloop verkregen.
Time-deflection rclatiün in creep test
Hierin is te zien dat de kruip-snelheid bij het voortgaan van de proef afneemt, totdat de eerste scheur optreedt. Dan neemt de kruip-snelheid toe en het monster bezwijkt.
Met de resultaten van deze proevenserie heeft men een verband bepaald tussen de kruip-belasting en de bezwijktijd bij een bepaalde temperatuur. In de hiernavolgende figuur zijn de
20 k ^ 0 I o < O J J 1 -100 _t_J R'JPTuRE T I M E !N S E C O N D S ICOO 5opo i.-^a
Creep tests at different temperatures on sheet asphalt niixture
Conclusies auteurs:
- Bezwijken gebeurt op trekspanning.
- Toelaatbare trekspanningen dienen altijd gerelateerd te zijn aan de belastingsduur.
Op- en aanmerkingen:
Naar mijn mening is het uitvoeren van driepunts-buigproeven geen goede methode om inzicht te verkrijgen in het fundemen-tele materiaalgedrag van asfaltbeton.
Dit omdat bij de "vertaling" van het doorbuigingsverloop naar de optredende rekken wordt aangenomen dat de neutrale lijn
zich precies in het midden van het balkje bevind. Daar het materiaalgedrag van asfaltbeton onder drukspanning duidelijk anders is (orden verschil) dan onder trekspanning is deze aanname niet correct.
Bij deze proeven waarbij men het het materiaal laat bezwijken op trekspanning lijkt het materiaal redelijk lineair te rea-geren; (instantane) plastische vervormingen ziet men niet optreden. Voor het pre-failure gedeelte van het vervormings-traject lijkt het Burgers-model goed te voldoen.
4.2.4. Techniques for characterizing bituminous materials using a versatile triaxial testing system.
auteur: R. L. Terrel, I. S. Awad en L. R. Foss
publicatie: Fatique and dynamic testing of bituminous mixtures.
Symposium American Society for Testing and Materials
Philadelphia, juni 1973
In de praktijk worden een aantal methoden toegepast om een spannings-rek relatie voor asfaltmengsels te bepalen. In deze paper wordt een onderzoek beschreven naar de elastische ei-genschappen van asfaltmengsels. Bij dit onderzoek heeft men gebruik gemaakt van de zogenaamde 'resilient modulus' test. De resilient modulus is gedefinieerd als de verhouding van de
toegepaste axiale spanning ten opzichte van de terugverende rek.
Materiaal:
asfaltbeton, het mineraalaggregaat wordt slechts omschreven als "grove gradatie'. Verder is een zeer laag bitumegehalte toegepast; te weten 2.5 %. Het type bitume is 80/100.
Beproevingsmethode:
De proeven zijn uitgevoerd met het hierna schematisch weerge-geven triaxiaalapparaat. (1) 4 x 8 I n c h S a m p l e (2) Strain G a g e s (3) C o n t r o l l i n g Load C t l l (4) Porous S i o n e (5) Rubber Membrane (5) O • Rings (7) T e m p e r a t u r e Sensors (8) Pressure Cell (9) Oil C i r c u l a i i o n Outlet (10) Outlet o( Electric W i r i n g (t 1) Oil C i r c u l a t i o n Inlet (12) C h a m b e r Pressure (..i) (13) Plastic C y l i n d e r L i l t i n g Device (14) A l u m i n u m Frame With Three O p e n i n g s (15) Plastic C y l i n d e r (16) D r a i n a g e Outlet (17) P r e s s u r e ( i , ) B o t t o m Inlet (18) R e c t i l i n e a r Ball Bearings (19) A«iai L o a d s (MTS) (20) S p e c i a l B e l l o l r a m (21) 2 A l u m i n u m Platform , 19
22
Belasting:
Het monster wordt in de verticale richting belast door een
spanningspuls met een duur van 0.1 sec. De celdruk wordt
hierbij constant gehouden.
Proefresultaten:
UO
• = O kPa 0 = 3^.5 A = 69. . . 103.A O =.137.9 Coarse Gradation Asphalt Content = 2.5% Stress Duration =: 0.1 sec.100 200 30 Axial stress (kPa)
-Sn-esj-tiram states under sustained conpning pressures.
Voor zeer korte belastingsperioden (0.1 sec) wordt in het
al-gemeen aangenomen dat de resilient modulus overeenstemt met
de 'werkelijke' elasticiteitsmodulus van het materiaal.
Conclusies auteurs:
Uit de uitgevoerde onderzoeken kunnen ten aanzien van de
resilient modulus twee conclusies worden getrokken:
- Binnen praktische grenzen van temperatuur en spanningen,
zijn de 'terugverende'rekken lineair. Er wordt geen
materi-aal-niet-lineariteit ten aanzien van de axiale spanningen
aangetroffen.
- De waarde van de resilient modulus is afhankelijk van de
waarde van de radiale spanning.
Op- en aanmerkingen:
De temperatuur blijkt een aanmerkelijk belangrijkere
parame-ter te zijn dan de steundruk. Hierbij dient men te bedenken
dat deze invloed bij materiaal met een hoger bitumegehalte
nog groter zal zijn.
4.2.5. Onderzoek RWS naar de sterkte en vervorming van waterbouw-asfaltbeton.
auteur: C. C. Montauban (RWS-DWW)
publicatie: MAW-R-85055 (13-8-1985)
Tot op heden zijn de asfaltbetonmengsels voor dijkbekledingen ontworpen op basis van een verlangde dichtheid. Deze dicht-heid werd gezien als waarborg voor waterondoorlatenddicht-heid
(gering percentage holle ruimte) en als kenmerk voor een lange levensduur.
Naarmate er meer ontwikkelingen plaatsvinden in het opzetten van dimensioneringsmodellen voor asfalt werd de behoefte aan fysisch-mechanische parameters groter. In dit onderzoek is getracht de orde van grootte van een aantal van deze parame-ters vast te stellen.
Materiaal:
Het voor deze proevenserie gebruikte asfaltbeton had de v o l -gende samenstelling.
Mineraalaggregaat: - 50 % steenslag 6/16 - 42 % zand
- 8 % vulstof
Bindmiddel: - 7 % bitumen 80/100
Het holle ruimte percentage van de asfaltmonsters varieert tussen de 4 en 5 procent.
Beproevingsmethode:
Er zijn in het kader van dit onderzoek een drietal typen proeven uitgevoerd; te weten:
a. éénassige kruip-drukproeven. b. éénassige kruip-trekproeven.
e. éénassige vervormingsgestuurde druk- en trekproeven.
a. Éénassige kruip-drukproeven:
Beproevingsmethode:
Er zijn kruipproeven uitgevoerd. Hierbij is het verloop van de verticale vervorming tegen de tijd gemeten, na één uur is de belasting verwijderd. De eerste waarneming werd steeds na
120 seconden verricht.
Belast ing:
Er zijn kruipproeven uitgevoerd bij 30*^ C, waarbij uniaxiale spanningen 5*10^* en iwlO» N/m=.
Proefresultaten:
In de hiernavolgende grafieken zijn de resultaten weergege-ven. Deze lijnen geven het gemiddelde resultaat van steeds temperaturen van 1 0 " en zijn aangebracht van
24
d r i e m o n s t e r s weer
i
O o O st
L 3 Ü 35
-O O8
o Sis
s
s
o5*
i
L^ Y^2.00 1 . 0 0 OkSO. O.Xo / / / / ^ ^ ^ ^ ^ ^ • 1 1 ^ - -1 - " " ' ^ ' J - . S x i o ^ N / to en
2 o o S<x> looo Hooo 3ooo
26
Conclusie auteur:
Het blijkt dat een verdubbeling van de belasting (bij 10"=" C) niet precies een verdubbeling van de verkorting geeft. In het begin neemt de verkorting toe met een factor 1.5 en aan het eind van de proef bedraagt de toename circa 9 0 % . Het materi-aalgedrag is dus niet-1ineair.
Op- en aanmerkingen:
Als men bij deze proeven wat meer waarnemingen had verricht zou de waarde van deze proeven aanzienlijk zijn verhoogd. Hierbij dient men met name te denken aan de instantaan optre-dende elastische en plastische vervorming en de radiale ver-vorming .
b. Éénassige kruio-trekoroeven:
Beproevingsmethode:
Om na te gaan hoe het stijfheidsgedrag onder trekbelasting is, zijn rekproeven uitgevoerd met boorkernen.
Belasting:
Er zijn rekproeven uitgevoerd bij drie temperaturen (10, 20 en 30 " O , de uni-axiale spanning is gevarieerd tussen 0.05 en 0.2 MN/m=.
Proefresultaten:
De daarbij optredende vervorming is geregistreerd tegen de tijd tot de kernen bezweken. De resultaten zijn weergegeven in de hiernavolgende grafieken.
Conclusie auteur:
Het blijkt dat de kernen onder statische trekbelasting snel-ler vervormen dan onder drukbelasting. De trekspanning moet voornamelijk worden opgenomen door de visceuse mortel (is gemakkelijk vervormbaar), terwijl de drukspanning vooral door het grovere mineraal skelet wordt opgevangen (haakweerstand). De curven blijken minder rechtlijnig te zijn dan bij de
kruip-drukvervorming. Bovendien lijkt de spreiding en linea-riteit ook veel willekeuriger.
Op- en aanmerkingen: Idem kruip-drukproeven.
•^ %
s
•o O o ^ ^ -uvjyvsaué '-o 326
c. Éénassige vervormingsgestuurde druk- en trekproeven:
Beproevingsmethode:
Van een aantal kernen is met uniaxiale bezwijkproeven de druk- en treksterkte bepaald.
Belasting:
De proeven zijn uitgevoerd bij temperaturen van 10 en 30*=" C en vervormingssnelheden van 5 en 50 mm/min.
Proefresultaten:
In de hierna weergegeven tabel is duidelijk de grote invloed van zowel temperatuur als vervormingssnelheid op de sterkte
te zien.
TEMP. 30 TÖ
^~C
£ 5 50 5 5 0 mm/min Opdruk 0.93 1.71 4.49 8.96 C-trek 0.22 0.54 2.16 3.80 ^lO*" N/m=2In tegenstelling tot de sterkte blijkt de vervorming bij be-zwijken niet afhankelijk van de vervormingssnelheid.
TEMP 30 10 ^ C « & 5 50 5 50 mm/min C"« druk 6.24 6.42 2.88 3.03 % Q"-trek 2.60 2.35 3.16 4.72 % Conclusie auteur:
Een factor 10 verschil in vervormingssnelheid resulteert in het algemeen in een factor 2 in sterkte. Een
temperatuurver-schil van 2 0 " C levert een vertemperatuurver-schil in druksterkte op van een factor 5, terwijl deze verschiIfactor bij de treksterkte
oploopt tot 8 4 9.
Bij de drukproeven is de maximale vervorming bij 3 0 " C een factor 2 hoger dan bij 1 0 " C, terwijl bij de trekproeven de hogere temperatuur resulteert in kleinere vervormingen.
Op- en aanmerkingen:
De constatering dat het materiaal bij lagere temperaturen op trek meer vervorming zou kunnen hebben lijkt mij theoretisch niet juist. Misschien is er sprake geweest van
onvolkomen-heden in de proefstukken, waardoor de resultaten zijn
beïn-vloed .
30
4.2.6. Zum verformungsverhalten von asphaltbeton unter
druck
auteur: S. Huschek
publicatie: Institut für Strassen-, Eisenbahn und Felsbau an der eingenössischen
Technischen Hochschule, Zurich
Materiaal: Asfaltbeton.
monster volume-aandeel in procenten
mineraal bindmiddel holle ruimte Bitumen 60/80
B~l
85.0
eTï sTi
P 2 84.1 8.3 7.6 B 2 85 . 1 8.4 6.5 B 3 85.8 10.4 3.8 P 4 85.6 12.1 2.3 B 4 84.9 11.5 3.6 B 5 85.7 5.7 8.6 P 6 84.7 6.9 8.4 B 6 86.6 7.1 6.3 B 7 87.0 7.7 5.3 P 8 85.4 8.1 6.0 B 8 88.1 8.3 3.6 P 9 88.0 9.0 3.0 P 10 87.1 11.2 1.7 P i l 85.2 13.7 1.1 P 12 84.3 11.5 4.2 P 1 3 85.5 13.9 0.6 P 14 8 3 . 3 16. 1 0.6 P 8 7 . 0 12.1 0.9 H 8 8 . 3 1 0 . 8 0.9 B = m o n s t e r v a n b o u w p l a a t s s P = l a b o r a t o r i u m m o n s t e r H = 13 jaar o u d a s f a l t B e p r o e v i n g s m e t h o d e : Er z i j n in h e t k a d e r v a n d i t o n d e r z o e k e e n t w e e t a l typen p r o e v e n u i t g e v o e r d ; te w e t e n : a. één-assige kruipproeven. b. triaxiaal kruipproeven. c. vervormingsgestuurde triaxiaalproevena F6n-a«siae kruipproeven: Belasting:
De kruipproeven zijn hoofdzakelijk uitgevoerd met de volgende axiale spanning; q= 100 kN/m=^ (q= ) .
Deze proeven zijn uitgevoerd bij 40 "C en de belastingsduur van de proeven is 60 minuten.
Verder zijn kruipproeven uitgevoerd bij 20 "C met axiale spanningen q=128,226,328 en 426 kN/m=.
Proefresultaten:
De resultaten van deze kruipproeven worden in de volgende ta-bellen weergegeven. Het betreft steeds gemiddeld waargenomen kruipresultaten van 2 tot 4 monsters.
Miscliung tot l ' > t ' ' " " • " • l ' i r r i ' • 4 X. i r r IjO' 1. ' r „ ' t o t 6 0 ' ' t o t 8 S r r S . i > 8 ' • ' • S . I . t . 6 0 ' •sp 1 <60tot-«sp 1 . . , « o . 1 r . lOX q = 3JB klI/m! Jr • 0 | a 6 l>v H 2.16 2.82 2 . ; » 4 . 6 0 3.84 2.14 3.42 2.11 3.79 3.80 3.95 2.82 4 . 6 2 9 . 0 0 3.23 ' . 3 4 15.19 7.78 4.41 4 . 3 8 6.74 6 . 0 0 15.01 9 . 5 3 3.98 9 . 5 8 4,15 7,23 11.28 B.57 8.43 11.35 2 4 . 1 9 8,05 24,46 50.56 25.65 15.B« 1.04 1.35 • 1,20 1,76 1,54 1,17 1,73 1.13 1.63 1.82 1,92 1.19 1.46 2.57 1.40 2.17 3.65 2.50 1.75 1,12 1,41 1,59 2,83 2.30 0 . 9 7 1.70 0 . 9 8 2.16 1.97 2.03 1,63 3,17 6,43 1.83 5 , 1 8 11,53 5,28 2.66 3,34 5,39 4 , 8 0 13,33 7,99 2,83 7,85 3,01 5 , 5 9 9 , 4 5 6 . 6 5 7.24 9 . 9 0 21.62 6 . 6 5 2 2 . 3 0 4 6 . 9 1 23.15 14.11 0 . 5 2 0 . 2 0 0 . 2 0 O . l l 0 . 1 6 0 , 2 9 0 , 1 8 0 , 2 7 0 , 2 2 0 , 1 6 0 . 2 2 0,14 0 , 1 3 0 , 1 1 0 , 1 7 0 , 0 9 0 , 0 7 0 , 1 0 0 . 1 1 0 , 1 7 0 , 2 1 0 , 1 9 0 . 2 9 0 , 2 2 0 , 1 5 0 . 2 5 0 , 1 7 0 , 1 6 0 , 2 6 0 , 2 0 0 , 2 7 0 , 2 2 0.24 0 . 2 2 0 . 2 9 0 . 2 9 0 , 2 9 0 . 3 1 0 , 2 7 0 , 3 2 0 . 3 2 0 , 3 * 0 . 3 1 0 . 2 6 0 , 3 7 0 , 2 8 0 . 2 6 O.J» 0 , 3 1 0 , 3 « 0 , 2 8 0 , 2 9 0 , 3 2 0 , 3 « 0,34 0 , 3 7 0,41 152 116 118 71 85 178 9« 155 87 36 83 116 71 3« 101 45 22 42 74 7 4 . 9 4 8 , 7 5 4 . 7 2 1 , 8 3 4 , 4 8 2 . 4 34.2 79,0 4 5 , 4 2 9 . 1 38.2 3 8 , 9 2 8 , 9 13,5 4 0 , 7 13,5 6 , 5 1 2 , 8 2 0 , 7 1,08 1,41 1,34 2 . 3 0 1,92 1,07 1,71 1,05 1,90 1,90 1,97 1,41 2.31 3.50 1.61 3.67 7.59 3.89 2.20 3,30 5 , 3 3 4 . 6 2 12,71 7.61 2.91 7,87 3,10 5 . 3 3 9 , 3 « 6 , 6 0 7,02 9 , 0 4 2 2 , 6 9 6,44 2 0 . 7 9 4 2 , 9 7 2 1 , 7 6 13,66 T . iOX q . 128 liN/«2 3 r • 0 1 B i ' 3 I I H 0.97 1,51 4 . 3 9 1.85 1.96 4 . 9 1 13.29 7,34 0.47 0.67 1,24 0.79 O.SI 0 , 8 4 3,14 1,05 1,49 4,24 12,04 6 , 5 5 0 . 2 4 0.14 0 , 0 9 0 , 1 1 0 . 1 7 0 , 2 9 0 , 2 7 0 , 3 3 0 , 2 6 0,44 0 , 3 3 0 , 4 5 132 35 29 69 6 5 , 3 2 6 , 1 9 . 6 17.4 0 . 4 8 0 , 7 5 2 . 1 9 0 . 9 2 1,48 4 . 1 6 1 1 . 1 0 6 . 4 2 r . 20^C q . 228 kN/«J ^r • 0 | P 8 I I 1.28 3.05 6 . 0 2 3.62 2,65 3 , 6 2 19,75 13,98 0,71 1,37 1,92 1,40 0 , 5 7 1,68 4 , 1 0 2,23 1,94 7,24 17.83 12,59 0 . 2 8 0 . 1 6 0 , 1 0 0 , 1 0 0 , 1 7 0 , 2 5 0 , 2 9 0 . 3 3 0 , 2 8 0 , 3 6 0,36 0 . 4 2 178 75 38 63 9 0 . 1 2 6 . 4 11,5 16,3 0 . 6 4 1.52 3.01 1.31 2 , 0 1 7,10 16.74 12.17 T . 20''C q . 428 klt/2 3 , - 0 | B S t S 11 H 1.80 4 , 5 2 5.05 4 , 0 2 1 4 . 6 1 Bruch 18.71 1,32 2,31 2,45 0 , 4 7 2,20 2.59 2 , 7 0 12,36 16.25 0 , 3 3 0 , 1 6 0 , 1 4 0 . 2 0 0 . 2 9 0 . 3 2 0 . 4 3 0 . 4 2 0 . 4 6 237 95 35 106 2 9 , 2 2 2 , 8 0 . 9 0 2.26 2,91 3.12 12.42 15.30
ERGEBNISSE AUS STATISCHEN EINAXIALEN KRIECHVERSUCHEN (T = 20°C q = 128; 228; 328; 428 kN/ffl2)
32
Hiscllunq B 1 ' 2 B 3 P 4 B 4 8 5 P 6 B 7 P 8 9 10 11 12 13 Py H • • t 2 . 2 8 5.71 4 . 7 8 7.64 5 . 3 8 2 . 2 8 6 , 0 0 3,37 7,56 6 , 1 7 7.07 12,99 5,34 16.29 17.29 12.66 8.81 t 5 . 6 2 10.98 7.15 12.01 9.52 3,71 12,72 5,44 14.54 10.38 10,66 2 1 . 6 3 3 . 2 0 23,95 31.67 2 0 , 4 3 13.56 Se, t 1,26 1.53 1.24 1.56 1.49 0 , 9 1 1,35 1,35 1,74 1,34 1,40 2.35 1.24 2.84 2 , 9 8 1,75 1,39 • 4 t 1,02 4 . 1 3 3,54 6 . 0 8 4 . 3 9 1.36 4 . 6 5 2 , 0 2 5,82 4 , 8 3 5 , 6 3 10,64 4 , 1 1 13,45 14,31 10.91 7.42 S r r . O ' ( 4 . 3 7 9 . 3 9 6 . 0 0 10.46 8 . 0 3 2.30 11,37 4 , 5 3 12.30 9,05 9 , 2 7 19.33 6 . 9 6 21.11 2 3 , 6 9 18,33 12.16 ' r e v ' t o t 6 0 ' 0 , 2 2 0,14 0 . 1 8 0 , 1 3 0 , 1 6 0.24 0,11 0 , 2 4 0 . 1 2 0 , 1 3 0 . 1 3 0,11 0 , 1 5 0 , 1 2 0 . 0 9 0 , 0 8 0 , 1 0 ' t o t S 0 . 2 3 0,16 0 , 0 9 0,11 0 , 1 2 0 , 1 2 0 , 1 8 0 , 1 2 0,16 0 , 1 3 0 , 1 0 0,12 6 , 1 0 0 , 0 9 0 , 1 5 0 , 1 2 0 . 1 0 ' i r r B 0 . 4 3 0 . 2 0 0 , 1 3 0 , 1 3 0,15 0 . 1 7 0,22 0 , 2 0 0,19 (1,15 0,12 0,15 0,13 0,11 0,17 0 . 1 3 0.12 5 , 1 . t . r 1MN/«J| 4 3 , 8 17,5 2 0 , 9 13,1 17.0 4 3 . 3 16.7 2 9 . 7 13,2 16,2 14,1 7,7 18,7 6 , 1 5 , 7 8 7,9 11,3 5 » , . t . 6 0 ' | M H / « Ï | 1 7 , 8 9,1 14.0 8 , 3 10,5 26,9 7,8 18,4 6 , 9 9,6 9,4 4 , 6 12,2 4 , 2 3,1 4.1 7,4 ' s o t 1,14 2 , 3 5 2 . 3 9 3.32 2 . 9 4 1.14 3.0O 1,68 3 , 7 8 3 , 0 8 3 , 5 3 6 , 5 0 2 , 6 7 3 , 1 4 3 , 6 4 6 , 3 3 4 . 4 0 ' ï 6 0 ' ' ' t o t 6 0 ' " so t 4 . 4 8 8,13 4,76 3,19 6.58 2.55 9.72 3.76 1 10.76 j 7.30 7,13 15.18 5.53 15.31 2 3 . 0 3 14.10 9.16ERGEBNISSE AUS STATISCHEN EINAXIALEN KRIECHVERSUCHEN (T = 40°C q = 0,1 MN/m^)
10
5
-% [^1
a = 0,4; b=3,664-10"
60 [min]
Approximierung- cier experimenten e r m i t t e l t e n Kriechkurve av(t) am Beispiel der Mischung H; 0^=0; esp=4,40S; e^60'=9,16?i
C o n c l u s i e s a u t e u r :
Het i n s t a n t a a n o p t r e d e n d e v e r v o r m i n g s a a n d e e l neemt met t o e
-nemende druk ( q , o f t e w e l ) l i n e a i r t o e .
Op- en aanmerkingen:
De i n s t a n t a n e vervorming neemt, in t e g e n s t e l l i n g t o t
boven-s t a a n d e , n i e t r e c h t e v e n r e d i g t o e met de b e l a boven-s t i n g ; z i e ook de
r e s u l t a t e n van h e t onder 4 . 2 . 5 b e s c h r e v e n kruiponder zoek van
RWS.
De plastische vervorming kan dus niet als zijnde rechtevenre-dig met de spanning worden benaderd.
Triaxiaal kruipproeven: Belast ing:
Bij deze proe^^enser i e werd het, op de hierna weergegeven figuur, volgende tijdspad gekozen.
a £, 60 60 (dunner) ZEIT 120 135 150 [MIN] ZEIT 120 135 150 [MIN] ZEIT — • 1 1 1 1 » 60 120 135 150 [MIN] De c e l d r u k w a s 5 bar en in e n k e l e g e v a l l e n 10 b a r . Als a x i a l e d r u k zijn d e z e l f d e w a a r d e n ( q = 1 2 8 , 2 2 8 , 3 2 8 r e s p . 428 kN/m'^) a l s b i j d e é é n - a s s i g e k r u i p p r o e f g e b r u i k t .
De proeven zijn uitgevoerd bij 20 '-'C .
Proefresultaten:
De resultaten van deze triaxiaal kruipproeven worden in de volgende tabellen weergegeven. Het betreft steeds gemiddeld waargenomen kruipresultaten van 2 tot 4 monsters.
S5 P6 P8 9 11 14 1 bir 0 , 1 1 0 , 1 2 3 , 1 « 0 , 1 9 0 , 3 0 0 , 5 0 AX 2 bar z 0 , 2 7 0 , 4 7 0 , 3 1 0 , 4 5 0 , 5 0 1.00 I A L E . 3 bdr 0 , 4 0 0 , 5 5 0 , 4 9 0 , 6 0 0 , 6 7 1,53 OEHN 4 bir 0 , 5 5 0 , 7 5 0 , 7 3 0 , 7 5 0 , 9 7 2 , 0 0 UNS 5 B j r 0 , 7 3 1 . 0 0 0 . 3 3 0 . 9 0 1,35 2 , 2 5 6 bar 0 , 9 7 1,15 1,20 1,10 1,70 3.00 1 Sir '-r 0 , 1 6 0 , 2 7 0 , 2 6 0 , 2 7 0 , 5 4 0 , 9 2 « 4 0 2 bar * 0 . 4 8 0 . 6 5 0 . 6 9 0 . 5 1 0 . 9 0 1.83 1 4 L £ 3 bar Cr 0 . 7 2 0 . 8 9 1 ,06 0 . 7 4 1,11 2 , 6 6 OEHN 4 bar Er X, 0 , 8 9 1.13 1,31 1.00 1,32 — J1G 5 bar ir 1,06 1,31 1,42 1,39 1,54 — 6 bar Cr • 1,26 1 . 4 8 1.57 1.34 1.65 — 1 bar 0 , 4 3 0 , 6 6 0 , 6 S 0 . 7 3 1 . 3 3 2 . 3 4 V 2 bar X. 1.23 1.77 1,69 1.47 2 , 3 0 4 , 6 6 =1 3 bar 4' 1.34 2 . 3 3 2 . 6 1 2 . 0 3 2 . 3 9 6 . 3 5 . 2 • 4 bar
i
2 . 3 3 3 , 0 1 3 , 3 5 2 , 7 5 3 , 6 1 — - r 5 bar X. 2 , 3 5 3 , 6 2 3,72 3 , 0 8 4 . 4 3 — 6 bar t 3 , 4 9 4 , 1 1 4 , 3 4 3 , 7 3 5 , 0 0 — N i t t e l -• e r t Er Ej 1.56 1.51 1.32 1.25 1.49 1.73 M u t e l -K. - ? - . - i, '1 lfll/.\i 170 145 120 155 115 45FORMAENDERUNG UND VOLUMENAENDERUNG VON ASPHALTKOERPERN UNTER ISOTROPEM DRUCK p (p = 1 bar ... 6 bar)
34 HI5CWJII6 85 P6 87 P3 9 1 1 14 Pv ft, H 85 P6 87 P3 9 1 1 14 Pv Pb H 87 14 B7 14 87 14 ^ t c : l ' • A 0 . 4 0 0 . 6 0 0 . 5 0 1 . 0 2 0 . 5 9 5 , 2 3 8 . 4 3 2 . 4 0 1 . 4 7 1 . 3 0 0 . 1 6 0 . 5 0 0 . 2 7 0 , 4 4 0 . 4 3 3 . 5 2 5 . 7 6 1 . 2 5 1 . 1 1 0 , 9 4 0 . ! 0 1 . 1 7 0 . 2 2 2 , 9 4 0 . 4 7 6 . 9 4 ' t o t . C -0 . 8 -0 2 . 1 3 1 . 0 3 3 . 3 4 2 , 0 2 1 6 , 4 0 2 3 . 0 0 7 . 6 3 3 . 6 0 4 . 0 9 0 . 4 6 1 . 7 1 0 . 6 8 1 . 4 8 1 . 9 3 1 2 . 0 0 1 7 . 7 9 4 . 3 2 2 . 9 7 2 . 9 5 0 . 2 4 5 . 8 7 0 , 6 6 11 . 6 7 1 , 1 1 2 0 , 5 4 • r e , t 0 , 2 0 0 , 3 2 0 , 2 7 0 , 8 0 0 . 3 9 I . 4 6 1 , 7 3 0 , 7 7 0 , 5 3 0 , 6 0 0 , 1 4 0 , 1 7 0 , 1 6 0 , 2 3 0 , 2 7 1 , 1 9 1 , 3 2 0 , 2 3 0 . 2 3 0 . 3 8 0 . 0 2 -0 . 4 7 0 . 0 6 0 . 9 5 0 , 2 2 1 , 5 0 . 4 X. l^irclO' T • 20'C 0 , 2 0 0 . 2 7 0 . 2 3 a.2Z 0 . 2 0 3 . 7 6 6 . 3 0 1 . 6 3 0 . 9 4 0 . 7 0 0 . 6 0 1 . 8 1 0 . 7 6 2 . 5 4 1 . 6 4 1 4 . 9 0 21 . 3 0 6 . 3 6 3 . 0 7 3 . 4 9 T . 20"C 0 . 0 4 0 , 3 3 0 , 1 1 0 , 2 1 0 . 2 2 2 , 3 3 4 , 76 1 , 0 2 0 , 8 8 0 . 5 6 0 . 3 2 1 . 5 4 0 . 5 1 1 . 2 5 1 . 6 7 1 0 , 8 2 1 6 . 4 7 4 , 0 9 2 . 7 4 2 . 5 7 r . 20 c ••• o-, 09 0 , 7 0 0 . 2 2 5 . 4 0 T . 20-C 0 , 1 6 1 . 9 9 0 . 6 0 1 0 . 7 2 T . 2 0 C 0 . 2 5 5 . 4 4 0 . 3 9 1 9 . 0 4 ' r e . ' t o t 6 0 ' ' t o t 8 q . 323 kN/(»2 0 . 2 5 O . I S 0 . 2 6 0 . 2 4 0 . 1 9 0 . 0 9 0 . 0 8 0 , 1 0 0 , 1 5 0 , 1 5 0 . 1 7 0 . 3 0 0 . 1 8 0 . 2 9 0 . 3 0 0 , 2 8 0 . 2 4 0 . 2 8 0 . 2 2 0 . 2 8 q • 328 kN/niJ 0 , 3 0 0 , 1 1 0 , 2 4 0 , 1 6 0 , 1 4 0 , 1 0 0 , 0 8 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 3 0 . 2 6 0 . 3 0 0 . 2 3 0 . 2 9 0 . 3 5 0 . 3 0 0 . 2 7 0 . 3 0 0 . 2 4 0 . 2 9 q . 128 iN/f"7 0 . 0 9 0 . 0 3 0 . 2 0 0 . 4 0 q . 223 kN/mï 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 2 3 0 . 3 4 q , 423 kN/mi 0 , 2 0 0 , 2 1 0 , 0 7 0 . 2 9 Urr 8 ''r 0 . 2 7 0 , 4 7 0 . 2 9 0 . 6 0 0 . 5 1 0 , 3 4 0 . 3 0 0 , 3 5 0 , 2 9 0 , 3 9 -r • 0 , 4 1 0 . 3 7 0 . 4 0 0 , 4 3 0 , 5 0 0 , 3 8 0 , 3 1 0 , 3 4 0 , 2 3 0 . 3 8 ^ r • 0 . 2 2 0 , 5 0 V • 0 , 4 1 0 , 4 2 0 , 3 1 0 , 3 0 t . r S Bar 8 2 0 5 4 5 6 5 5 3 2 2 5 5 6 63 39 136 2 2 3 2 5 2 0 bar 2 0 5 0 6 5 6 1 2 1 5 746 6 8 3 93 5 ' 2 6 2 2 9 6 349 0 bar 1230 1 0 9 0 bar 1036 78 0 bar 91 1 62 5„. f 6 0 ' >«l/«' 4 1 0 154 313 9 8 162 20 14 43 91 80 713 192 4 3 2 222 170 27 18 76 110 111 533 22 345 20 386 21 ' s p 0 , 2 0 0 , 3 0 0.25 0 . 5 1 0.29 2 . 6 1 4.21 1.20 0 . 7 3 0 . 6 5 0 . 0 3 0.25 0 . 1 3 0.22 0.24 1.76 2.88 0 . 6 2 0.55 0.47 0 . 0 5 0 . 9 0 0 . 1 1 1 .47 0 . 2 3 3.47 ' - 6 0 ' . ' t o t 6 0 ' - ' ! P X 0 . 6 0 1.83 0.78 2.83 1.73 l ) , 7 9 18.79 6 . 4 3 2 . 3 7 3,44 0 , 3 8 1,46 0,55 1.26 1 .69 10.24 14,91 3.70 2.42 2.48 0.19 4 . 9 7 0 , 5 5 10.20 0 , 3 8 17,07
ERGEBNISSE AUS KRIECHVERSUCHEN UNTER TRIAXIALER BELASTUNG (T = 20-C v = 5 bar/10 bar q = 128; 228; 328; 428 kN/iii2)
r z z, z Z 85 P6 87 P8 9 1 ! 14 H 4 X I 4 L E VERF^RMUNG 8EIASTUNG S o c l ' X 0.16 0.50 0.27 0 . 4 4 0 . 4 3 3 . 5 2 5 . 7 6 0 . 9 4 ' t o t t O ' 0.46 1,71 0,63 1,48 1,93 12,00 17,79 2.95 'z ENTLA5TUK6 (nfolg* ' r . . l 0,14 0,17 0,16 0,23 0,27 1,19 1,32 0,38 Infolge 4or • r e v ( 1 , 2 ' 1,79 2 , 7 0 2 , 9 5 -3,55 5 , 6 1 1,76 R A D I A L E VERFORMUNf; r 8ELA5TUHG c c o t l ' t 0,03 0,07 0,05 0,07 0,10 1,58 1,97 0,33 'totscr 0,09 0,27 0,18 0,23 0,30 4.90 6.02 0.91 ENTIASTUNG Infolge • r r e v t 0 , 0 8 0 . 0 6 0 , 0 5 0 , 0 7 0 , 1 4 0 , 7 0 0 , 8 0 0 . 1 8 I n f o l g e • r r e v 0 , 5 0 0 , 5 7 0 , 2 3 0 , 3 2 1,03 0 , 6 5 0 , 7 1 0 , 4 8 BELASTUNGSOAUEP o, C m o.m 0 . 3 6 0 , 1 7 0 , 3 0 0 , 2 8 0 , 3 6 0 , 8 2 0 , 2 8 i 0 , 1 3 0 , 3 3 0 , 2 1 0 , 3 4 0 , 3 9 3 , 4 0 5,15 0 , 8 5 1 n i n .1.-0 , 1 8 0 . 1 4 0.18 0.16 0.21 0.45 0.34 O.JS BELA5TUNGS0AUER 60 «in o, c 3 l. = k. ( 2 ) 0 , 2 8 1,17 0 , 3 4 1,02 1,33 2.20 5,75 1,13 i •a l 0 , 3 7 1,32 0 , 5 7 1,14 1.49 1 1 , 2 7 15.87 2 . 5 7 3 0 . 2 0 0 . 1 6 0 , 2 6 0,15 0.16 0.41 0.34 0.31 o, c 9 M ' i O) • 0 . 0 2 0 . 0 5 0 . 0 6 0 , 0 9 - 0 , 0 1 - 0 , 2 1 - 0 , 2 8 0 . 0 2 3 '
= l
•-i
0 . 0 («) 2 . 2 1 2 . 9 3 3.16 3 , 5 9 -4 , 8 5 7 , 0 3 2 , 7 2FORMAENDERUNG VON ASPHALTKOERPERN UNTER DRUCK (p = 10 bar; q = 328 kN/m Erklarung betreffend Volumenanderung:
(1) Volumenanderung infolge Belastung mit Aq (2) Volumenanderung infolge Belastung mit iq (3) Volumenanderung infolge Entlastung mit iq (4) Volumenanderung infolge Entlastung mit ia^
= 328 kN/m2 = 328 kN/m2 = 328 kN/m2 = 10 bar
1 min nach Belastung 60 min nach Belastung 15 min nach Entlastung 15 min nach Entlastung
Conclusies auteur:
De compressiemcdulus van het materiaal varieert tussen 45 MN/m= en 170 MN/m^, Waarbij de tendens is waar te nemen dat mengsels met weinig bindmiddel een grotere compressiemo-dulus bezitten dan mengsels met veel bindmiddel.
De volumeverandering is een tijdproces, de compressiemodulus IS dus ook een functie van de tijd.
De compressiemcdulus bleek voor het onderzochte bereik onaf-hankelijk te zijn van het drukniveau.
Onder isotrope druk wordt geen isotrope vervorming ( € ^ " ^a ^ aangetroffen, maar verhoud C^ : fi^ zich in de range van 1.25
tot 1.73. Het vervormingsgedrag heeft dus een duidelijk anisotroop karakter.
Ten aanzien van de proeven met een celdruk van 10 bar en een axiale belasting q = 328 kN/m^'"., kan bovendien worden opgemerkt dat :
- er in tegenstelling tot de kruipproeven onder éénassige belasting een volumeverkleining werd waargenomen. De volu-meverkleining neemt met de belastingstijd toe.
Op- en aanmerkingen:
Het verloop van de vervorming is niet als functie van de tijd gemeten, er zijn per proef slechts enkele waarden genoteerd. Voor het analyseren van het materiaalgedrag is een volledig vervorming-tijd diagram nodig.
c. Vervormingsgestuurde triaxiaalproeven;
Beproevingsmethode:
Bij de uitvoering van deze proef wordt de celdruk constant gehouden. Het verloop van deze proef in de tijd wordt hierna schematisch weergegeven. A X I A L E DEHNUNG 1 0.5 WEG [inm] - 3 . 0 0.75 e i / ê 1 1 1 £3 1 l \ ^ Erev T Z E I T 1 1 ' 15 MIN 15 MIN SPANNUNG q 15 MIN 15 MIN ENTLASTUNG T - r Z E I T 1 I < X 2 < O _ l — UJ • -Of I < X z < o - I - . ÜJ h -< X z < o _ l — UJ I -a
36
Bij het bereiken van axiale vervormingen van 0.5, 1. en 2. procent werd steeds de vervorming 15 minuten stopgezet, zodat het materiaal kan relaxeren.
Belast ing:
Er zijn proeven uitgevoerd met celdrukken van O, 5 en 10 bar. De axiale vervormingssnelheden waarbij de proeven zijn uitge-voerd; zijn respectievelijk:
- V = 0.5 mm/min = 0.555x10-* Cl/s] - V = 5 mm/min = 5.55x10-"* Cl/s] - V = 50 m m / m i n = 5 5 . 5 x 1 0 - * C l / s ] D e p r o e v e n z i j n v o o r n a m e l i j k u i t g e v o e r d b i j e e n t e m p e r a t u u r v a n 20 "^C, er zijn e c h t e r ook e n k e l e p r o e v e n u i t g e v o e r d b i j t e m p e r a t u r e n v a n O, 40 en 60 "-^C. In d e h i e r n a v o l g e n d e f i g u u r is a a n g e g e v e n h o e d e a x i a l e en d e s c h u i f s p a n n i n g in de tijd v e r l o p e n . [>è=5,55-10'^ s 3 a [MN/m^]
Beispiel für weggesteuerte Triaxialversuche. Mischung P2; Temperatur 20°C
Dehnungsgeschwindigkeiten (axial):
êi= 5,55-10-3; ^2= S.SS-IO-" ; £3= 5,55.10"5 [Vs]
Verfo3nnungsstufen ( a x i a l ) :
