Triaxiale beproeving van asfaltbeton ten behoeve van een constititief model (concept-meetrapport).

; j [ ^ Rijkswaterstaat

Dienst Weg- en Waterbouwi<unde Delft

archief Asfalt in de Waterbouw

62-2

GRONDMECHANICA

DELFT

CONCEPT

TRIAXIALE BEPROEVING VAN ASFALTBETON TEN BEHOEVE VAN

EEN CONSTITUTIEF MODEL (meetrapport)

stieltjesweg 2 Postbus 69, 2600 A8 Delft Telefoon 015-6935 00 Telex 38234 soil nl Telefax 015-610821 Postgiro 234342 Bank Mees en Hope NV Reknr. 25.92.35.911 K.v.K. S 145040 Delft

GRONDMECHANICA

DELFT

CONCEPT

TRIAXIALE BEPROEVING VAN ASFALTBETON TEN BEHOEVE VAN EEN CONSTITUTIEF MODEL

(meetrapport)

CO-301821/16 maart 1991

Rr/Ark

Opgesteld in opdracht van: Rijkswaterstaat

Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044 2600 GA DELFT P r o j e c t l e i d e r RWS: i r . E. Troost ( t o t 1990-07-01) i r . J. Lindenberg (vanaf 1990-07-01) AFDELING GEOFYSICA p r o j e c t l e i d e r : i r . P.A. Ruygrok p r o j e c t b e g e l e i d e r : dr. G. Greeuw a f d e l i n g s h o o f d : dr. J.K. van Deen

Vestigingen in België en Engeland

Op alle aanbiedingen en op alle te sluiten overeenkomsten alsmede de daaruit voortvloeiende leveringen van diensten en produkten en de daaruit voortvloeiende uitvoeringen van werk-zaamheden, zijn van toepassing de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan de Stichting Waterbouwkundig Laborato rium, welke zijn gedeponeerd ter Griffie van de Arrondisst^ mentsrechtbank te 's-Gravenhage en bij de Kamers van Koor handel en Fabneken.

bladnummer ons kenmerk datum

2 - ,

W^m

GRONDMECHANICA

-301821/J' — — 1991-05-16 CO-301821/16 g ^ ^ i ^ D E L F T INHOUD: blz. 1. INLEIDING 1

2. PRINCIPE-OPZET VAN HET PROEFPROGRAMMA 3

2.1 Modelbepalende proeven 3 2.2 Verificatie proeven 6 2.3 Toegevoegd onderzoek 6 3. MONSTERPREPARATIE 8 4. DE MEETOPSTELLING 10 4.1 De belastingsmodule 10 4.2 De proefcel 10 4.3 De meetconfiguratie 10 4.4 Regeling en data-acquisitie 12 5. DATABEWERKING EN PRESENTATIE 15 6. PROEFBESCHRIJVINGEN 17 6.1 Druk-relaxatie proeven 17 6.2 Trek-relaxatie proeven 28 6.3 Irapuls-kruip proeven 36 6.4 Verificatie proeven 43 7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN 45 8. REFERENTIES 46

bladnummer ons kenmerk datum 3 -CO-301821/16 1991-05-16

GRONDMECHANICA

DELFT

BIJLAGEN: I II III Tabellen Figuren

bladnuramer : - 1 - ^ ^ GRONDMECHANICA

o n s k e n m e r k : C O - 3 0 1 8 2 1 / 1 6 ^ ^ H DELFT

d a t u m : 1 9 9 1 - 0 5 - 1 5

1 . INLEIDING

In het kader van de ontwikkeling van een visco-elasto-plastisch rekenmodel voor asfaltbeton is het nodig mechanische experimenten op representatieve monsters uit te voeren en die te evalueren aan de hand van een materiaalmodel (principe-referentie), lit. [1]. Dit model zal te zijner tijd in de rekencode PLAXIS, ontwikkeld bij de TUD, afdeling Geotechniek, worden geïmplementeerd. Vanuit het rheologisch

configuratie-model (figuur 1) hebben ir. P.G. Bonnier (promovendus) en ir. E. Troost een concept-proefprogramma opgesteld.

Voor de mechanische beproeving is gekozen voor een opzet die verwant is aan de klassieke triaxiaalproef. Vanuit het proefprogramma-voorstel volgen voorwaarden waaraan de meetopstelling, zo mogelijk, zou moeten voldoen.

De te beproeven monsters waren afkomstig uit een TAW-proefvak op de zeedijk nabij Westkapelle. De opzet van de proefopstelling kwam tot stand in samenwerking met de afdelingen MODEL en Instrument Ontwerp van Grondmechanica Delft. De uitvoering van de proeven en de

G,.Ve Gv,.Vvp

' V W W

(viscoplostisch element)

V P

- * er

-vp

Figuur 1. Elastisch-viscoplastisch materiaal model (voor diaviatorische belasting)

CTi ^^^^ El

T

1 1

t 1

CTd = (Tl - Ö3

y=

• e i - £ 3 (Jd X / / y^ 1 / 1 /

{'/

-.. ** •

e)o

"* — — •

e=o

e, of-y schuifweerstandskarokteristiek

Figuur 2. Schematische procedure bij de compressie-relaxatie (DR.) proeven

bladnummer : 3

-ons kenmerk: CO-301821/16 datura : 1991-05-15

2. PRINCIPE-OPZET VAN HET PROEFPROGRAMMA

Voor de theoretische achtergronden wordt verwezen naar ref. [2]. Gezien het 'tijdsafhankelijk' mechanisch gedrag van het materiaal zijn de volgende (constitutieve) parameters van belang:

- de deformatiesnelheid 1 visco-elastisch en viscoplastisch gedrag

- de temperatuur 5

- het isotrope drukniveau - voornamelijk visco-plastisch aspect, gekoppeld aan de schuifweerstand van het

mineraalskelet'.

Deze grootheden beïnvloeden de grootte van de teweeggebrachte

spanningen en vervormingen, hetgeen proeftechnische voorwaarden stelt (zie het hoofdstuk betreffende de proefopstelling).

Om het model zowel theoretisch als probleemgericht voldoende bereik te geven, moeten bovengenoemde parameters over een vrij fors interval worden gevarieerd. Als gebruikelijk moet hierbij een compromis worden gezocht tussen wenselijkheden, technische mogelijkheden en budgettaire beperkingen, roet name in een fase waarin nog diverse onzekerheden in afschattingen een rol spelen.

2.1 Modelbepalend onderzoek 2.1.1 Type 'druk-relaxatie' proeven

Uitgangssituatie voor alle proeven is de aanpassing ('consolidatie ) bij het gekozen bolspanningsniveau (de celdruk-parameter). Het eerste type proef is te karakteriseren als compressie-relaxatie (zie schets figuur 2 ) . In de (deviatorische) compressiefase is de axiale

deformatiesnelheid (èj) voorgeschreven. Hierdoor worden (zie figuur 1) zowel visceuze als structuurweerstand (mineraal skelet) gemobiliseerd, waardoor de deviatorspanning (o.) oploopt. Bij een bepaalde

(geselekteerde) mate van deformatie (ci) wordt, zo abrupt mogelijk, deze vervorming constant gehouden. Dit impliceert een zeer grote afname van deformatiesnelheid, terwijl het monster nog onder een relatief grote deviatorspanning staat. Deze spanning kan echter (ten dele) relaxeren door laterale (radiale en tangentiële) kruip, die dus zowel visco-elastische als -plastische componenten heeft. Deze

spanningsrelaxatie stagneert zodra de resterende deviatorspanning in evenwicht is met de 'statische' schuifweerstand bij het gekozen drukniveau (dus ó,- O, è, « O zijn de waarnemingskriteria).

GRONDMECHANICA

DELFT

Bij een voldoende aantal (cumulatieve) stappen Acj worden dan

bladnummer ons kenmerk datum 4 -CO-301821/16 1991-05-15

Cl) en statische (è - 0) schuifweerstandkarakteristiek bij gekozen bolspanningsniveau (zie figuur 2).

Parameter-variatie (zie eventueel ook Tabel 1) Vaste temperatuur norm T - SO^c

Celdruk o, - O, 100, 300, 500 (kPa)

Deformatiesnelheid èi - 0.25, 1.0, 15 (X/min). 2.1.2 Trek-relaxatie proeven

Gezien de presentie van een granulair skelet was te verwachten dat het materiaalgdrag in extensie (trek en relatieve trek) zou afwijken van het compressiegedrag. Bij de extensieproef wordt dus na opleggen van (en aanpassing aan) de (alzijdige) celdruk axiaal aan het monster getrokken (figuur 2 gespiegeld om de t-as). Zolang de benodigde trekspanning lager is dan de celdruk is sprake van 'relatieve' trek, pas als -Oj > Oj is sprake van reële trek. Dit is het enige wezenlijke verschil met de beschijving ad 2.1./

Parametervariatie (zie eventueel ook Tabel 2) Temperatuur T - 5, 10, 20 en SO'C

Celdruk o, = 0,100 en 300 (kPa) Deformatiesnelheid èj = 0.25 (%/min)

2.1.3 Blokproeven (cumulatieve blokpulskruip- en relaxatie-proeven) Deze proeven dienen vooral om op vrij snelle wijze enig inzicht te krijgen in het visco-elastisch gedrag na relatief beperkte stappen

(zie figuur 3). De deviatorische belasting wordt sprongsgewijs aangelegd, korte tijd (- 100 seconden) aangehouden (waardoor naast instantane elastische deformatie beperkte visco-elastische maar ook viscoplastische kruip optreedt (zie figuur 3)), en daarna gedurende langere tijd (900 seconden) gerelaxeerd (waarbij dus elastische en visco-elastische bijdragen terugkeren). Deze cycli worden tenminste 6* herhaald (veelal echter > 12*).

Parameters: (zie eventueel ook Tabellen 3 en 4). deel A: Temperatuur T - 20''C Celdruk o, - O, 100, 200 en 300 kPa Deviator o. - 50, 100, 200 en 400 kPa deel B: Temperatuur T - 5, 10 en 30'C Celdruk o, - O en 100 kPa Deviator o. - O en 100 kPa

deviatorsponning

-ih-f---X-

- - - )

^ ^ GRONDMECHANICA

DELFT

II- -II etc.

tijd visco-elastisch -II— J . plastisch Hh •_ cumulatief plastisch tijd Figuur 3. Schets illustratie procedure blokproeven

bladnummer : 6

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

2.2 Verificatieproeven

In principe is hierbij (voorlopig) gedacht aan proeven van het type vervormingsgestuurd, waarbij trapsgewijs na zekere AEJ de

vervormingssnelheid wordt gewijzigd (bijvoorbeeld als in figuur 4). De proeven dienen te worden doorgezet totdat van secundaire (lineair doorgaande) of tertiaire (progressief toenemende) kruip sprake is.

Opmerking:

Aangezien de deformatiesnelheid gestuurd wordt, houdt dit laatste in dat de deviatorspanning (o^-o,) niet meer toeneemt cq. zelfs afneemt. Om genoemde doorgaande kruipstadia 'volgens definitie vast te

stellen, wordt normaliter een vaste deviator(stap)belasting opgelegd. De daadwerkelijk uit te voeren proeven zijn niet strikt vastgelegd en kunnen naar bevindingen worden aangepast.

Parameters (voorlopig)

- 2 nader te kiezen celdrukken - 3 temperaturen

2.3 Toegevoegd onderzoek 2.3.1 Anisotropie

Literatuuronderzoek heeft uitgewezen dat bij gewalst materiaal soms beduidende anisotropie optreedt. Om te kunnen nagaan of deze

hoedanigheid bij de monsters van grote invloed is, werd een beperkt aantal loodrecht op de standaardoriëntatie geboorde monsters worden beproefd. De standaardoriëntatie is parallel met het talud, de

bijzondere monsters hebben dus een axiale richting loodrecht op het talud.

2.3.2 Monsteranalyse

Van een aantal monsters (18 stuks), die ten dele vanuit de

proefresultaten en ten dele willekeurig werden geselekteerd, werd een standaardanalyse verricht. Dit houdt in:

- dichtheidsbepaling van de mix

- mengselsamenstelling (mineraal, zand, vulstof- en bitumengehalte) - bitumenkwaliteit (penetratie-index)

De resultaten zijn opgenomen als bijlage. Aangezien C. Montauban (DWW-MAOB) twijfels heeft over de penetratie-index waarden die zijns

inziens te hoog liggen, dient dit stuk nog niet als definitief beschouwd te worden.

bladnummer : 7

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

2.3.3 Bestaande resultaten

In het kader van werkzaamheden van projektgroep TAW-A4 werd de lage-amplitude' stijfheidskarakteristiek van waterbouw-asfaltbeton monsters uit hetzelfde proefvak bepaald bij diverse temperaturen (O, 10, 20 en 30°C) in het frequentieinterval 4 Hz -» 37 kHz. In het interval 4 ^ 30 Hz betrof dit dynamische 4-punts buigproeven alsmede omstreeks 3 a 4 kHz (longitudinale) resonantieproeven, terwijl bij 37 kHz akoestische proeven werden verricht met druk- en schuifgolven (hieruit werden de zuiver-elastische glijdingsmodulus en poissonmodulus bepaald). Deze resultaten staan uiteraard ter beschikking [3, 4 ] .

bladnummer : 8

-ons kenmerk: CO-30i821/16 datum : 1991-05-15

3. MONSTERPREPARATIE

De monsters zijn afkomstig uit een TAW-A4 proefvak op de zeedijk nabij Westkapelle. Hierbij werden een aantal platen uitgezaagd (figuur 5). Vervolgens zijn hieruit cilindrische monsters geboord, zowel in de richting langs het talud als loodrecht daarop. De afmetingen zijn normatief 200 mm hoogte en 100 mm diameter (minimum-compromis voor waterbouw-asfaltbeton).

Opmerking:

Gezien de gewenste hoogte/diameter verhouding 2:1 en de standaard bekledingsdikte (aldaar 200 + 20 mm) was er in feite weinig keus voor een andere praktijkmaat .

Er speelde nog een ander argument. Voor een gunstige (monster/korrel) diameter verhouding was er een voorkeur voor 150 a 200 mm diameter. Echter, dit zou bij hoge vervormingssnelheden en lagere temperaturen leiden tot dermate hoge krachten en stijfheidseisen voor het frame van de drukpers, dat het daartoe benodigde investeringsbudget een

onneembare drempel vormde.

—op een iioder aan ti? wijzen gedeelte dienen uit een strook asfaltbeton van 5 (Tl • f 5.0 m * 1.0 m) 36 platen van 0.5 • 0.25 m*' en 2 platen van 0.5 % 0.5 m-' te worden qe.?aaqd volgens onderstaand schema:

^—71 i '" i '9 1 K 7 — "Tl^ 1 9 r —jt , j s 9 /s

n

•ii R 2

-uit pik v.-an de p)atè?n 1 t/m Z-h dient in horisentale richting 5 cill^de^~• f =; worden qetacjord met een diameter .'an 0.10 m volqens!

-uit de pl.-^ten A en B worden in verticale richting cilinders geboord met een diameter van 0.10 m Hn wel zoveel als mogelijk (naar

verwachting 16 tot 18 per plaat)

bladnummer : ons kenmerk: datum : 9 -CO-301821/16 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

Loed is applied to the sample at a constant pre-set rate of crosshead travene. The moving upper crosshead is located between substantial guides and is driven bv twin recirculating t>all screws protected by integral bellows. Power M provided by a OC permanent magnet lervo n>a<or fitted with a three term tacho feedback controMar anauriflg constant test speeds irrespaettve of load. The load frame is of rigid twin column design mounted on a totally andosed base console.

Tasting procedure remains simple and geared to errtK free throughput. AH controls are located on ttia main fascia panel and sat out in logical •aquertce.

•xtansion protection by manually adjusted croeshead limit stops; motor drive overload prevented by

stall protection system.

LOMcuMCilv tn » 160 T M i e n d n n e . U S MO « • * « * ' ' « « r t » . • « r a c y m m i n t M i loadceaamaMlM » M 90 tN T o l n a ± O . K 9%«0.Snwn/nMn 0JS-2»<I»n.Mft Tutmimn ±0a% 1100 mm 410mm M M a R H W G r a e a l A i a a . ( a . a . i o . ( • 1.>2.i10.«10,a100 ••gMl r m > « IW^igMloiensI a e i m m ± » v i . s t w IWO>t<0«t10mm liaiehi>aiM<>aaaa<l WOI« / nMiKmadWIoadfranMMMcAie

•dentica' m appearance to the 3S0 mode)

bladnummer : 10

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

4. DE MEETOPSTELLING 4.1 Het belastingsmoduul

De hierboven omschreven compromis-problematiek speelde medio 1989, waarbij bleek dat diverse eisen op regeltechnisch gebied, zoals de overgang van vervormingssturing naar krachtsturin| (en vice-versa), de te hanteren responsietijden hierbij en vooral de storingen' als

gevolg van onvoldoende stijfheid van juk en 'speling' in onderdelen van het frame van de drukpers bij relatief hoge krachtniveau s moei-lijk met de standaard aanwezige apparatuur waren af te stemmen.

Uiteindelijk werd EL.51-350M frame van ELE aangeschaft, dat na enkele modificaties in de aandrijving en een apart interface voor externe

sturing middels een P.C. aan de meeste verlangens tegemoet kwam. Zie figuur 6 voor enkele specificaties.

4.2 De proefcel

De oriënterende proeven (1989) werden uitgevoerd in de zogenaamde T.S.4 opstelling (de meest complete cel op G.D.), waarin nog juist een monster als van genoemde afmeting (100 mm diameter, max. 200 mm hoog) past. Gezien de gewenste continuïteit van al het onderzoek op deze cel en het feit dat de geavanceerde volumeveranderingsfaciliteit niet toepasbaar is, werd besloten een bestaande (overcomplete) I.S.C. cel

(voor vlakke vervormingsproeven) om te bouwen tot een ruime'

triaxiaalcel. Hieraan waren diverse detail-voordelen verbonden, maar ook een nadeel: celdrukken > 3,5 bar kunnen veiligheidshalve niet toegepast worden zonder reconstructie van de mantel (de voordeligste oplossing was dan ook de proeven met hogere celdruk in de TS4 uit te voeren).

De belangrijkste aanpassing betrof de kop- en voetvlakken (normaliter geschikt voor 66 mm diameter monsters) en modificaties om de trek (cq. extensie-)proeven mogelijk te maken. De cel werd gemonteerd in het zelfdragend frame van de drukpers.

4. 3 De meetconfiguratie (figuur 7)

Krachtopnemer (voor de bruto deviatorspanning).

Per geschat benodigd bereik (in verband met gevoeligheid en regelprecisie) werd een interne 'load-cell' toegepast (type 25 kN Wyckham & Farrance type 4957 S 8710036).

bladnummer : ons kenmerk: datum : 11 -CO-301821/16 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

>

"ar

_cc o t <u > c T3 k . Y> 05 F m c CL O

bladnummer ons kenmerk datum 12 -CO-301821/16 1991-05-16

Verticale verplaatsing (maat voor axiale deformatie).

Omdat wrijvingsarme eindvlakken door middel van een zeer dun smeerlaagje te realiseren zijn, kon worden volstaan met de bepaling van de vertikale verplaatsing tussen kop- en voetstuk van het monster. Dit vindt plaats door middel van 3 opnemers

(type Temposonics WS0150/A4 en Sony Magnesensor SR 721 SP). Het gemiddelde van deze 3 waarden is maatgevend voor de effectieve vertikale verplaatsing en dus voor de axiale rek.

Horizontale verplaatsing (maat voor de radiale vervorming). Op 2 hoogten, 1/3 en 2/3 van de monsterhoogte, zijn 3 evenredig over de omtrek verdeelde electromagnetische gap-sensors (type Micro-Epsilon U6 en S4, 6mm bereik.) aangebracht. Het

gemiddelde van deze 6 waarden is normaliter maatgevend voor de radiale deformatie.

De celdruk.

Gezien de voorkeur voor de toepassing van gap-sensors moest worden overwogen olie of lucht (cq. inert gas) als

celvloeistof toe te passen (gedeïoniseerd water is nl.

'chemisch agressief en normaal water te elektrisch geleidend voor gebruik van dit type sensor). Omwille van tijdsbesparing werd gekozen voor luchtdruk die wordt gemeten met een

piëzo-resistieve opnemer (type Druck PDCR 10/P/D7. Temperatuur.

De opstelling is geplaatst in een klimaatkamer voor

temperaturen T = 10 -» 30'C en wordt naar een koelkast vervoerd voor de specifieke proeven bij T - 5°C (of lager). De

instelnauwkeurigheid van de kamers is ca. 1 a 1,5''C, de regel-nauwkeurigheid is beter dan 0,4°C/dag. Op het monster in de cel zijn de variaties (uiteraard) geringer, zodat de vereiste

stabiliteit T = 0,2°C doorgaans haalbaar is. De temperatuur in de triaxiaalcel wordt met een thermistor (halfgeleidersensor type 401 van Yellow Springs Instr.) gemeten.

4.4 Regeling (sturing) en data-acquisitie

De hiervoor toegepaste opstelling varieerde enigszins met het type proef. Vooral in die gevallen dat hoge vervormingssnelheden abrupte krachtregeling en/of grote aantallen data moesten worden ingelezen, diende van de normale standaardconfiguratie te worden afgeweken. Figuur 8 geeft een blokschematisch overzicht. Normaliter worden de signalen voor deviator (krachtopnemer), celdruk, vertikale (3) en horizontale (2*3) verplaatsingen en temperatuur via

instrumentatieversterkers naar een datalogger geleid, gedigitaliseerd en met het kloksignaal (tijd) toegezonden naar de databuffer van de HP300 (Instrumentatie Micro computer). In de HP300 vinden de diverse databewerkingen tot spannings- en deformatiesignalen plaats, waarbij

Plotter

Printer

Disc

Drive

ASCII

HP 200

Sturing bij snelle respons *

HP 300

buffer klok databus

Datalogger

datavenwerking

F i g . 8 Schematisch overzicht

Verpl.rad.T

V '

—<p

w&w

pen-recorder ervomotor Verpl.axlaal

Celdruk Therm stor

o. o o* (U 3 I -r t W R) P a (O c m (O 't '^ t - o I o o 0 I • -H- Cü U> 1 O O • - I tJI OD I ro

n

>

n

>

bladnummer : 14

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

geselekteerde data in geprogrammeerde criteria worden verwerkt tot stuursignalen (bijvoorbeeld deformatiesnelheid of constante kracht of vervorming etc. naar gelang van de gewenste belasting) en via een

interface toegevoerd naar een servo, die tenslotte de aandrijving van de pers activeert. Deze terugkoppeling werkt dus via digitale signaal-en refersignaal-entie-waardsignaal-en, slechts het transducsignaal-ent gedeelte (opnemers signaal-en servo) werkt analoog. De data-opslag op 3,5 inch-floppy in binaire datareeksen (B-DAT files) vindt plaats via een disc-drive. Ter

controle wordt een geselekteerd deel van de data tijdens de proef op een printer gezet.

N.B. Andere visuele controles tijdens de proef zijn een barometer voor de celdruk, directe uitlezing van de externe krachtopnemer en maximaal 3 signalen naar keuze op een penrecorder. Hierdoor is snel overzicht van het proefstadium, alsook vroegtijdige

signalering van disfunktioneren mogelijk. Na de proef kunnen de data via de HP300 worden verwerkt tot plots. In de figuur is tevens ingeschetst dat voor extreme condities een HP200 systeem (responsietijd < 0,2 seconden) voor de sturing werd ingezet. De datascantijd verhindert nl. voldoende snel datatransport

(effectieve responsietijd - 2 seconden), zodat de sturing voor relatief snelle veranderingen te traag is.

GRONDMECHANICA

bladnummer : - 15 - ^ ^ ^ ^ ^ B ^ ^ I ^ « ^

ons kenmerk: CO-301821/16 ^^^H DELFT

datum : 1991-05-15

5. DATABEWERKING EN -PRESENTATIE

In paragraaf 4.4 is al een en ander opgenomen over de primaire databewerking voor opslag- en sturing. Behalve de bewerking met calibratie- en referentiegegevens betreft dit ook korrekties, bijvoorbeeld om het krachtopnemersignaal via de laterale

deformatiegegevens te betrekken op een gekorrigeerde dwarsdoorsnede (oppervlak) tot een deviatorspanning. Andere databewerkingen vinden plaats in het kader van de presentatie van resultaten, bijvoorbeeld: volumeveranderingen, deviatorische- of schuifvervorming etc.

Als in paragraaf 4.4 (figuur 8) vermeld, worden de bewerkte data opgeslagen op floppy disc. Na herinvoering in de HP300 kunnen ze, eventueel na secundaire bewerking, in grafische plots worden uitgevoerd. Deze plots dienen, tesamen met de tijdens de proef

vergaarde analoge en geprinte uitvoer, voor nadere interpretatie (en soms als modificatie-argument voor volgende proeven). De modelanalyse van de resultaten werd uitgevoerd door ir. P.G. Bonnier. Hiertoe werden de B-DAT files omgezet in ASCII code, zodat ze op een andere computer zijn in te lezen. De in dit meetrapport beschreven data zijn voornamelijk beperkt tot primaire proefgegevens en voornoemde plots. Figuur 9 geeft een voorbeeld van de printuitvoer tijdens de proef.

bladnummer : ons kenmerk: datum : 16 -CO-301821/16 1991-05-15 GRONDMECHANICA DELFT S i l E L T J E S W E G : T E L . 0 1 5 - B 9 3 5 0 0 a f d . B e p r o e v i n g s l a b c r a t ö r i u r . \ 1 i n a a t I -acier 246 CO-Numr-ier Monster nu.-nner Soort proef Datum Uaarntmsr Proefnummer Materiaal Hoogte monster Diameter monster l'olur^e monster Soortel IJle mas. Gewicht monster 3016 23-6 Biol sa-a L.Sn B37 Asfa a 30 proef 7-1 idt It 7 DUU 100-0 [ tmm] [mm] [cm3] t/m31 [gr] 300 103 ises ;2 3913 00 00 4E 35 00 Oe j e r r i e t e n u a a r d e n ucr^den op s c h i j f g e r e t NO TIME F t t P a ] X t n m ] 0 0 8 : 4 0 : 0 0 - . 0 1 3 0 . 0 0 0 S t a r t S p a n n i n g s p a d YCnn] Z t n m ] C e H L F a ] Uiamünr-.] D i a m [ p t m ] T c n p [ C ] 0 . 0 0 0 0 . 0 0 0 - . 0 1 1 0 3 . 0 0 1 0 3 . 0 0 4 . 5 3 Celcrul. 15 : Kracht 15 : Deviatie 15 Spanning is : Diameter onder : Dianeter boven : Nr Tijd Lc f Fase 1 Tijd 1 06:40:32 2 08:40:25 3 08:40:37 4 08:40:48 5 08:41:00 6 08:41:12 7 08:41:24 8 08:4l:3E 8 08:41:48 10 08:41:59 Fase 2 Tijd tl 08:42:04 12 08:42:10 13 08:42:17 14 08:42:23 15 08:42:29 16 08:42:35 .5 KPa -0.0 ^H -2.3 t Pa -1.4 i Fa 103.0 mm 103.0 mm IPa Si 100 5EC 001 100 102 102 102 102 101 102 102 102 900 5e< 102 001 001 001 001 .001 MPa 001 100 102 102 102 102 101 102 102 102 102 001 001 001 001 001 Verpl mm .002 .021 .036 .044 .053 .059 .054 .069 .074 .079 .079 .060 .058 .056 .054 .054 E:*/. 001 010 018 022 026 029 032 034 037 039 040 030 029 .028 027 .027 Celd MPa -0.000 -0.000 -0.000 0.000 -0.000 -0.000 -0.000 -0.000 -0.000 -0.000 - e . 0 0 0 0.000 - 0 . 0 0 0 - 0 . 0 0 0 - 0 . 0 0 0 - 0 . 0 0 0 Temp C 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 4.33 Diam 103.00 103.00 103.00 103.00 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 Oian 103.00 103.00 103.01 103.01 103.01 103.01 103.01 103.02 103.02 103.02 103.02 103.02 103.02 103.01 103.01 103.01

Figuur 9. Voorbeeld van een printuitvoer tijdens de proef LC •* loadcell) - krachtopnemer (deviator)

Si -» externe krachtopnemer (~ verticale spanning) Verpl.-» axiaal, Ej?^"* axiale deformatie

Celd. -» celdruk

bladnummer ons kenmerk datum

_ ^^ _

,

GRONDMECHANICA

CO-301821/16

•I^^B DELFT

1991-05-15

6. PROEFBESCHRIJVINGEN

In dit hoofdstuk komen algemene opmerkingen aan de orde, aansluitend op de in hoofdstuk 2 gegeven inleiding.

Het zal duidelijk zijn dat de enorme hoeveelheid informatie aan ruwe en bewerkte data slechts een selectieve presentatie mogelijk maakt. 6.1 Druk-relaxatie proeven

Achtergronden voor de opzet van deze proeven zijn reeds aangegeven in S 2.1. Een overzicht van deze proeven is gegeven in tabel 1, waarin tevens de gekozen parametervariatie is verwerkt. Als inleiding voor de te presenteren illustratie volgen nog enkele toelichtingen over

toegepaste databewerklngsprocedures. Een belangrijk aspect is het verloop van de (maximale) schuifweerstand.

Ter controle van de ligging van een spreiding in de resultaten werd de volgende methodiek gehanteerd (Osterberg, 1959). Stel, dat voor de maximale deviater een Mohr-Coulomberiterium van toepassing zou zijn. Dan is voor de omschreven proefsituatie aantoonbaar dat bij uitzetten van de spanning (ai-aj)/2 tegen de celdruk a, een lineair verband ontstaat (figuur 10). Stel dat deze lijn de deviator-as snijdt op waarde b en een hoek van de a maakt met de celdruk-as. Nu is er een relatie tussen de manifeste hoek van inwendige wrijving en cohesie volgens:

Deze werkzijze is redelijk toepasbaar gebleken, en maakt het, ook voor de laborant, eenvoudiger om de resultaatbewaking en signalering langs grafische weg overzichtelijk te houden. Ook kan het resultaat,

eventueel met eenvoudige programmeerbare calculator, snel kwantitatief worden bepaald. De proefuitwerking vond plaats met aparte plots, die

echter een overzichtelijke presentatie bemoeilijken. De selektieve presentatie is daarom uitgevoerd in de vorm van de combinatieplots, waarvan illustratieve voorbeelden worden toegelicht.

o-,-er,

-• celdruk Cj Figuur 10. Principe snelle evaluatie van gemobiliseerde

schuifweerstands-maxima celdruk

o-, = cr,

tr

start deviatorische proeffasen - • • t - • tijd -vol £3 e 3 ) e i £ 3 = E l (isotroop gedrag) £ 3 ^ £1 (anisotropie) £vol = £ i + 2 £ 3

Figuur 11. Hydrostatische voorbelastingsfase (presentatievormen) (geïdealiseerd, vaak slechts de 2 laatste stappen verricht)

bladnummer : 19

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

In aanvulling op het programmavoorstel werd na de oriëntatiefase besloten toch meer aandacht te besteden aan de isotrope

compressiefase. (Hiervoor is rheologisch in principe een model te hanteren analoog figuur 1, maar dan met bulkmoduli en bijbehorende visceuze parameters.) Dit hield voor de meeste proeven in:

stapsgewijze belasting met een celdruk, laten uitwerken -relaxeren, terugkruip afwachten

- herbelasten met een hogere celdruk, etc.

slotbelasting (gewenste eindceldruk), laten uitwerken (alvorens de deviatorische belastingsfasen in te zetten).

Deze procedure is bij diverse, maar niet alle proeven toegepast. Waar de tijdsplanning het toeliet werd de volledige procedure

ingelast, in andere gevallen moest met 2 stappen werden volstaan. 6.1.1 Hydrostatische voorbelastingsfase

- Voorbeeld van een plotuitvoer (bijlage II. 1).

Gegeven zijn het tijdsafhankelijke verloop van de deformaties en twee tijdsonafhankelijke relaties in de hydrostatische belastingsfase.

- De interessantste is die tussen de volumeverandering en radiale deformatie.

E - El + 2 E j

vol ' Het blijkt: E

vol 2 E 3 , waaruit volgt: E , > > EI

Deze walstextuur - of verdichtingsanisotropie werd bij vroeger onderzoek ook aangetroffen bij zandasfalt en, in mindere mate, bij verdicht zand.

De ander figuur laat zien hoe de relatie is tussen celdruk en volume verandering bij belasting, aflaten van celdruk, en

herbelasting. Op en afbouw van de celdruk vond plaats binnen 20 seconden, zodat deze relatie is te gebruiken voor de schatting van een 'effectieve' buikmodulus (B » A O . / A E , ) .

' vol De horizontale stukken zijn uiteraard de kruip- en

terugkruipfase (zoals te zien is die in 1 der gevallen vrijwel reversibel, wat erop kan duiden dat het monster afkomstig is uit een sektie die bij het walsproces al een dergelijke voorbelasting kreeg.

6.1.2 De deviatorische proeffase

Bijlage II.2 geeft een voorbeeld van de deviatorische proeffase. Figuur 2 levert hiervoor een eerste aanknopingspunt, echter:

bladnummer : 20

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

de tijdsduur voor het bereiken van een bepaalde E, is veel kleiner dan de relaxatie-kruipduur hierbij, zodat het op de gegeven tijdschaal lijkt alsof de deviator instantaan toeneemt. Wat op deze schaal ook niet zichtbaar blijkt, is de zogenaamde 'geforceerde' eindsituatie. Om de proef qua tijd binnen de perken te houden wordt in de eindfase van de relaxatie met zeer kleine deviatorische belastingsveranderingen

(gedurende circa 10 minuten) de spanning benaderd waarbij de

terugkruip tot stilstand komt (bij de gemobiliseerde restweerstand, dus bij È « 0). In de figuur daarboven is het tijdsonafhankelijk

verloop van het spannings-vervormingsgedrag gegeven. Als ook in figuur 2 geschetst leveren de onderste bij É - O de restweerstandscurve op. In naastliggende figuur is daarbij gekozen voor de schuifdeformatie (of hoekverdraaiing y - EI - E , ) , die wat logischer past bij de deviator (oi-a,). Daaronder is de relatie te zien tussen de beide gemeten vervormingen, en tenslotte de relatie tussen volume

verandering en schuifvervorming. Daarbij is te zien dat na een

aanvankelijke compressie-(verdichtings) tendens bij lage deviatorische vervorming dilatantie (volumevergroting) optreedt. Opvallend is het wat hakkelige verloop van de volumeveranderingscurve. In de fase met verdichtingstendens neemt tijdens de deviatorische relaxatie de

verdichting toe (totdat de restweerstand is bereikt). Bij vervolg van de belasting neemt vervolgens vooral de schuifvervorming toe bij gering volumetrisch effect. In de fase met dilatantietendens is een contrasterend fenomeen zichtbaar. Tijdens de deviatorische relaxatie zet nu juist de volumevergroting door, bij slechts zwak toenemende schuifvorming (radiale relaxatie). Er moet dus een soort keerpunt zijn, een 'kritische' (plastische) schuifvervorming, beneden welke een verdichtingstendens en waarboven een doorgaande dilatante tendentie optreedt. Uit de asymptotische eindfase is hieruit de in de

plasticiteitstheorie gebruikelijke dilatantiehoek af te leiden (dit kan uitertaard ook uit de figuur daarboven, Ei=f{Ej}). Zie ook interira verslag [5].

Stel Ej = -a El (a licht variabel), El + 2 E^ = ( 1 - 2 a)

El - E3 = (1 + a ) El

dan: E ^ = e, + 2 C = ( 1 - 2 a) E,

vol ' r '

dilatantie (dE , > 0) begint dus op te treden zodra a > 0.5. vol *^

Na te gaan is: dE , - (l-2a) de,- \-, dy

=" vol ' [1 + a J ' In de asymptotische eindfase is a ~ constant (a). Voor de dilatantiehoek volgt dan:

ï - arcsin {^ " ^ °} (3) 1 + 2 a

bladnummer : 21

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

Immers, sin ï 'vol> P

E 1 - 2 E , vol, p 1, p (1 - 2 g) E, ^ 1 - 2 g (1 - 2 a) E , - 2 E I 1 + 2 g

T [kPa]

250

-200

150

100 -

-:--'.-^-:->£-'.-50

(•*)-^-DR01,37 ^":"r'[7 'f'T'T'"!"

100

200

300

400

500

600

• ^ 0 3[kPa]

voordien belast met: Legenda:

• 0.25%/nfiin

• -idem-, nfionsterj. georiënteerd o -1 Vo/min

A -15 %/min ( ) lage uitschieter

bladnummer : 22

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

6.1.3 Maximum schuifweerstandsresultaten

Zoals schematisch aangegeven in figuur 10 zijn de maxima van de schuifweersand uitgezet (zie figuur 2 ) , te onderscheiden in een |emobiliseerde waarde bij gegeven deformatiesnelheid en een

restwaarde , dat wil zeggen bij deformatiesnelheid nul. Deze laatste waarden zijn voor de diverse gevallen, vermeld in tabel 1, uitgezet in figuur 12 (zie ook tabel 6 ) .

Aangezien het niet vanzelfsprekend is dat de interne materiaalstruktuurverandering bij zeer uiteenlopende

deformatiesnelheden 'identiek verloopt, zou het kunnen zijn dat in de restweerstand' dientengevolge lichte systematische verschillen optreden (geïnduceerd door de visceuze factor ). Tengevolge van de (onvermijdelijke) spreiding is een dergelijk verschil niet

vaststelbaar gebleken. Te zien is dat de meeste resultaten binnen een beperkte band in een 'continue relatie liggen, die tot ~ ^ 0 kPa bijna lineair verloopt, maar daarboven in afnemende zin afbuigt (helaas zijn er bij deze druk te weinig bruikbare resultaten). Daarnaast zijn er duidelijke lage 'uitschieters', waarbij vermoed wordt dat deze monsters interne scheuren' bevatten. Opmerkelijk is hierbij de rol van de loodrecht georiënteerde monsters. Bij celdruk 100 kPa liggen de resultaten (DR 38,39) in het bovendeel van de

spreidingsband, bij 300 kPa echter (DR 40,41) ligt de schuifweerstand nauwelijks hoger. Daar het te ver gezocht lijkt hier een

anisotropie-effeet in te vermoeden, is de voorlopige opinie dat DR 40 en 41 vermoedelijk geen 'representatief intacte' monsters zijn

geweest.

Bij mechanische karakterisering van de 'statische- of

rest-schuifweerstandsrelatie in Mohr-Coulomb terminologie volgt voor het voor de praktijk voldoende groot normaaldruk interval O -• 300 kPa:

hoek van inwendige wrijving 4" = 18 ± 2"

'cohesie' waarden c - 35 ± 5 kPa, bij T=28°C De dynamische' maximumkarakteristleken zijn gegeven in figuur 13. Als bij tabel 1 vermeld, ontbreken hier bij celdruk > O helaas de resultaten voor IZ/min deformatiesnelheid.

Duidelijker dan bij de restweerstand-karakteristiek is te zien dat de schuifweerstandsrelatie niet meer lineair is (althans voor o, > 300 kPa); helaas ontbreekt hier bij de Ei-lX/min proeven de waarde bij 500 kPa. Ook duidelijk is dat het materiaal zich beslist niet 'lineair viskeus gedraagt: de schuifweerstand neemt minder dan evenredig met de vervormingssnelheid toe (geldt ook als, korrekter, de resultaten in termen van schuifvervormingssnelheid, dy/dt - (dEi/dt)-(dE,/dt) worden gegeven).

In termen van globaal gemiddelde (klassiek) mechanische

bladnummer : 23

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

100& 900 SOO 700 _ 600 o o. = 15'/./min 500 600 300 200 è, = p.2,5*/./min C , . 0 ( r e s t w a a r d e n )

tgtnóa D-R proeven bij TzltC . 0 . 2 5 * / . / m i n

> i d e m a n d e r e mons(erori(<nta(ie e I • / • / m i n .

» l 5 * / . / m i n .

) niet represemotie* geacH monster

500 600 C 3 ( k P a ) »•

Figuur 13. Totaalbeeld van de gemeten schuifweerstandsmaxima bij diverse deformatie-snelheden

bladnummer : 24

-ons kerunerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15 def. snelheid (ï/min) 0 0,25 1.0 15 inw. wrijving (grad.) 18 29 — 34 'cohesie'

(kPa) 1

33 80 — 230

7~.>è*c

Er zijn helaas te weinig gegevens voor toetsing van de

snelheidsafhankelijkheid op de activeringstheorie (rate-proces theorie). Hiertoe zouden tenminste 1, liefst 2, tussengelegen vervormingssnelheden nodig zijn.

6.1.4 De spannings-vervorraings relaties in compressie

In bijlage II.2 werd al een voorbeeld gegeven. Figuur 14 levert in eerste instantie een wat chaotisch overkomend beeld van relaties tussen

deviatorspanning en axiale rek (bij èj - 0 , 2 5 Z / min.). Dit wordt veroorzaakt door 'spr'eiding', die voor het merendeel voortkomt uit monsterinhomogeniteit en naar schatting voor 8-20X bestaat uit variatie in de meetomstandigheden per proef (temperatuut:,

deformatiesnelheid). Toch zijn de 3 'klassen van celdrukregimes (0,100 en 300 kPa) gemiddeld onderscheidbaar.

Bij beperkte deformatie (<0,5&) is er enige overlap van resultaten tussen de categorieën, erop duidend dat de verschillen in

vervormingsweerstand ('stijfheid') vrij fors zijn (in de

hydrostatische compressiefase worden dus niet alle inhomogeniteiten genivelleerd, terwijl verschil in bitumen-kwaliteit de viscceuze weerstandscomponent beïnvloedt). Tevens is globaal het verloop van de gemobiliseerde restweerstand (dus bij è - 0) ingeschetst voor de 3 celdrukparameters (zie ook curven in [5]). Het verschil met de bijbehorende kinematische curve is dus de kinematlsche

weerstandscomponent. Let wel dat dit niet uitsluitend een visceuze term is. Immers, alleen al het verschijnsel dilatantie impliceert dat hoge trekspanningen in het bitumen via de hechting aan het mineraal de minerale contactspanning verhogen (een verschijnsel analoog aan

ongedraineerde schuifweerstandsverhoging i^ een waterverzadigd korrelskelet waarin dilatantie optreedt). Dit houdt dan in dat de

effectieve' druk op het minerale skelet (beduidend) hoger is dan de celdruk alleen, leidend tot verhoogde vervormingsweerstand, als het ware bovenop de visceuze bijdrage. Die dilatante bijdrage is

kinematisch' en zit vermoedelijk grotendeels ook in de restweerstand (bij E-O), als tenminste aangenomen wordt dat door de relaxatie weinig

bladnummer : 25

-o n s kenmerk: CO-301821/16 datum : 1 9 9 1 - 0 5 - 1 6

GRONDMECHANICA

DELFT

struktuureffect plaatsvindt en het bitumen een permanente trekspanning (onderdruk) kan handhaven. Een gunstig aspect van dilatantie is de verhoging van de vervormingsweerstand. De daarmee gepaard gaande trekspanningen kunnen echter ook lokale trekscheuren en onthechting initiëren of verergeren (mogelijke oorzaak voor enkele

'lage uitschieters' bij de proeven). Figuur 15 toont enkele resultaten . , , . bij de hoogste deformatiesnelheid (c-15Z). Hier toont zich een ^, ( '/'^'"j overeenkomstig beeld met vooral sterke overlap in het interval €, =

0,2-0,8Z. Pas boven IZ tekent zich in de celdrukcategorieën een duidelijke scheiding af in banden (progressief toenemende vervormingsweerstand bij hogere celdruk). Bij de statische of gemobiliseerde restweerstanden ligt het beeld nog lastiger, mede doordat de maxima bij axiale deformatie tussen 2 en 3Z worden bereikt

(duidelijk vroeger dan bij de kinematische karakteristieken). Deze maxima werden eerder behandeld bij de

schuifweerstandskarakteristieken. Zij liggen over het algemeen bij hogere deformaties dan bij de proeven met lage vervormingssnelheid.

bladnummer : 26

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

axiale deforrrxjtle E, (V.) >•

Figuur 14. Spannings-vervormingsbeeld van de druk-relaxatie proeven (Èi - 0.25 Z/min) bij T-28'C

bladnummer : 27

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-15

GRONDMECHANICA

DELFT

2000 2 3 axiale deformatie Ci (*/.) »• F i g u u r 1 5 . S p a n n i n g s - v e r v o r m i n g s b e e l d van de d r u k - r e l a x a t i e p r o e v e n (Èi - 15 Z/min en T - 28"'C)

bladnummer : 28

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

6.2 Trek-relaxatie proeven

Een overzicht van de proeven is gegeven in Tabel 2. Enkele reeds in de startfase mislukte proeven door breuk in de lijmlaag werden

nietopgenomen. Na overleg met C. Montauban van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde werd de lijmprocedure aangepast, hetgeen tot sterke verbetering leidde. Gezien de optredende trekkrachten bij lagere temperaturen werd gekozen voor de laagste geopteerde

vervormingssnelheid (0.25 Z/min). 6.2.1 Voorbeelden van proefresultaten

Een typisch voorbeeld van resultaatverwerking staat op bijlage II.3. Het kan enige gewenning vergen gezien de omkering van het teken van

spanningen en vervormingen (ten opzichte van bijlage II.2). Echt

opvallende aspekten zijn er eigenlijk niet, of het zou moeten zijn dat in de twee corresponderende spanningsvervormingsrelaties bovenaan (zie ook figuur 2, maar dan gespiegeld) weinig verschil is in

restweerstandscurve, maar duidelijk verschil in de kinematische weerstandsopbouw. Het verschil in de maximale schuifweerstand is

beperkt. Ze worden wel gemobiliseerd bij verschillende

deforraatiegraad. Het relatief forse verschil in de dilatantiecurven is representatief voor de mate van mechanische ongelijkheid van de

monsters. Opmerkelijk zijn de forse verschillen in verloop van de incrementele vervormingsverhouding (o - A E , / A E I ) bij trek- en compressieproeven. Hierop wordt aan het slot van 6.2.2 apart teruggekomen.

Het zal vermoedelijk geen verwondering wekken dat

inhomogeniteitseffecten in extensie of trek sterker tot uiting komen dan in daviatorische compressie (DR-proeven). Bijlage II.4 geeft hiervan enkele illustraties. Bij 5*C ontstonden in twee gevallen, na initiei"-^ reproduceerbaar verloop, vroegtijdig doorgaande trekscheuren (in één geval een kopvlakscheur, in het andere een scheur op halve

monsterhoogte). Bij lO'C is voor de categorie trekproeven sprake van weinig spreiding. In het geval van 20''C is de spreiding in de curven vrij groot, maar opmerkelijk genoeg resulteren vrijwel dezelfde maxima voor respectievelijk de reststerkte en de kinematische sterkte, zij het bij deformaties die een factor 2 uiteen liggen.

6.2.2 Schuifweerstandskarakteristieken

Analoog figuur 13 zijn in figuur 16 deze extreme aangegeven voor zover zij gerelateerd waren (T-28<>C) en op deze schaal waren in te passen (zie ook tabel 8 en 9 ) . Ook in de figuur aangegeven is het gebied van

trek (-0i > o,, dus

bladnummer ons kenmerk datura 29 -CO-301821/16 1991-05-16

100

m GRONDMECHANICA

DELFT

200

ö 3 (kPa)

300

^ t. \ TR5

•150 —'

100

200

i

Zie Tabel 9

Iine3.cirw

300

bladnummer : 30

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

(Als uit Tabel 9 volgt waren de overige meetpunten niet op deze grafiek weer te geven.)

Te zien is dat de meetpunten bij 28<'C (norm 30oC) voldoende samenhang vertonen om de beide trek-schuifweerstandscurven te schetsen. De niet-lineariteit van de restweerstandslijn is nog beperkt, die van de curve bij 0.25 Z/min lijkt vooral boven celdruk 100 kPa onraiskenbaar

(ondanks het gerais aan de 500 kPa proeven). De restweerstandscurve is tot 300 kPa celdruk raet wat goede wil te lineariseren, en dan te kenschetsen door wrijvingshoek 4'~5.4<> en 'cohesie' 8.2 kPa. Bij de maxirauracurve voor 0.25 Z/rain tot 100 kPa celdruk is zo te benaderen

tot 4i~16.6o en c-23 kPa. Deze waarden liggen beduidend lager dan in compressie (niet onverwacht overigens).

Er is echter wel een ander (onverwacht) aspect. De restwaarden (TR 10,11) bij 200C steramen goed overeen met die bij 28''C. Echter, de waarden bij 5 en lO'C lijken systematisch hoger te liggen. De aanvankelijk niet voorziene proef TR 16 (bij 5"'C) werd dan ook

ingelast om althans indicatie te krijgen over wat hier aan de hand kan zijn. Achteraf gezien lijkt het toch niet gemotiveerd om de uitgerekte cluster restweerstanden te zien als gevolg van spreiding , omdat de resultaten bij 28" systematisch te goed samenhangen. Ook als, met enig voorbehoud, een lijn door de 5''C punten TR 16 en TR 14 wordt getrokken lijkt die tendens (enigszins parallel aan de 28<'C

restweerstandscurve) raogelijk.

De voorzichtige suggestie is daarora dat (als bij soraraige niet-Newtonse vloeistoffen) voor het interval van lagere teraperaturen de reststerkte hoger kan zijn. (Helaas werd bij de druk-relaxatie proeven geen lagere T toegepast, zodat 'vergelijkingsmateriaal' ontbreekt.) Opvallend is J^iw i-' ^,el (zie tabel 9 ) , dat de dynamische maxima (bij È = 0.25Z /min en

T = 5'C) vrijwel gelijk zijn (- 500 kPa), suggererend dat in trek de ontwikkeling van mineraalskelet-weerstand een ondergeschikte rol speelt. Mogelijk wordt bij figuur 17 een ander tipje van dezelfde sluier opgelicht. De enig andere te analyseren systematiek is namelijk die voor de resultaten bij celdruk 100 kPa, waarbij de maximaal

gemobiliseerde schuifweerstanden ten dele in 'trek' zijn (-ai>aj). Op dubbel-lineaire schaal vertoonde de z {T} relatie een onregelmatig

(niet vloeiend) verlopend gedrag. Op half-logarithmisch papier werden beide mogelijke varianten (figuur 17 A en B) uitgezet en kwam het contrast veel scherper naar voren (niet zozeer in de ook geschetste restweerstandscurven). Aanvankelijk kwam de gedachte op dat T ~ 20°C, althans bij deze deformatiesnelheid, mogelijk een soort 'kritische temperatuur' voor het bitumen zou kunnen zijn.

•D C CO CD CQ E X co E

GRONDMECHANICA

DELFT

'^ max [kPa] 1000 900 800 700 600 500 -400 300 -0)

I

o c/> 0} .^ 200 -f .£3 O E O) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 t -1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l i l 1 1 1 1 1 1 _ ' ! T D H ^ ' ' ' ' _ ' _ ' . a3=100I^Pa . . . 1 l i l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 > ü 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' ' N . ' T n « Q ' ' ' ' ' ' ' ' ' 1 1 1 X i 1 n o , 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ^ 1 1 1 j. ' 1 j j \ . . | . .|. '. 1 1 1 1 Xw 1 1 1 1 1 1 1 N i 1 1 I I . I £ , =0,25 %/min 1 1 1 1 r r -\ -\ - TS. r i n 1 1 1 1 1 \ . 1 1 trek 1 1 " " • • - > - . 1 1 % ! . 1 1 1 • • . < . 1 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 T ~ r r n T 1 1 t 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 TR10.11 ' _ _ : _ _ _ ' _ _ : é ^-o« i ; ; ; i - . v 1 1 1 1 1 f : ' ' ' ' : v ^ ^ U . ^ ' ' ! ! ! .extensie ' _ _ _' '_ _ ' ' _• ' _ vJ _ ' - < ^ • ' ' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 r r - n T r 1 1 i r r 1 1 1 K l 4 1 1 1 1 t 1 1 1 L L J J I L I J J L I 1 1 ( TR 4,6 : 1 -L 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' N . ' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 i ; ! X ^ T R 9 ; ; 1 1 1 ^ V J 1 1 1 1 1 1 1 ^ * v , ^ ^ 1 1 — . — - - - , T R 8 T - ^ T ^ C T i " , r - -i ^1 — | t =0 r — f ! L . J ! i 1 1. 1 1 1 1 1 1 1 1 ( 1 1 1 1 1 I I I 1 1 1 1 I I I 1 1 1 1 I I I i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 TR11 1 1 1 1 ' 1 I ^ H ; : TR6 1 ; J^"!*^ ., i-^i.^ • I J ' J ! TR10 : ^ • ; 1 1 , 1 n 4 1 10 20 Temperatuur ( ° C) 30 max il 500 400 300 200 -100 trel<

-Ï

ext. . . . ^

; •\i i i i !

1 1 0 3 -100 kPa 1 1 \ I I I I I I I 1 i \ I I I I t ( t t 1 \ ^ I I I I I I 1 1 1 \ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \ 1 1 1 1 1 1 - - - t " ' l " " l " " " ' Y .TR8,9""I" ; " ; " " ' I I I ^ \ ' I I I ^ i \ 1 1 ; ; £i -0.25 ; V ; ; " " [""[• (%/mln) '1 \ * !" i. 1 . . L L - l a ^ - l _ . 1 1 ! 1 TR 10,11 V ; : ; ; ; E=O;| ; I I I I I 1 1 1 - - 1 1 1 1 t _ _ i 1 I I I 1 I I I T 1 1 - - I 1 I I I A 1 1 . U 1 I I I 1 1**»»» 1 1 1 1 1 1 1 1 1 — I I I I ) I 4 5 6 7 8 9 10 20 temperatuur — I — I — t — r 30 40 50 t (°C)

Figuur 17. Schuifweerstandsverloop v e r s u s de temperatuur bij celdruk 100 kPa en axiale deformatiesnelheid èi = 0.25 X/rain.

bladnummer : 32

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

Er is echter ook een andere 'indicatie': toevallig bevindt zich de knik in de nabijheid van de overgang van 'extensie' naar trek'. "Tegen de verwachting" in zou dan in 'trek' meer schuifweerstand worden opgebouwd dan zich uit de 'trend' van de meetpunten bij"JT >

200C laat vermoeden. Een mogelijke reden zou kunnen zijn dat eigenlijk dy/dt (de schuifreksnelheid) een betere maat is dan dt^/dt.

Dit biedt echter weinig soelaas, daar y voor de trekproeven bij T < 10°C lager ligt dan bij de proeven voor T > 20''C en bij de compressieproeven (T-28''C). Enigszins vooruitlopend op de volgende paragraaf is de volgende overweging te geven.

Stel weer een relatie E , - -oEi, waarbij a de waarde in de fase van forse mobilisatie voorstelt. De volgende relaties zijn dan aan te geven:

y = È1-È3 = (1 + a) El, n.b. in trek |y| = (1 + a) |èi| (4A) è^^^ = E I + 2 E , = (1 - 2a) Èi = (^5f) y, in trek É^^^= -(-=;-) |y| (4B)

1+a 1+a Ook bij de trekproeven werd een dilatantie-tendens waargenomen

(È , < 0 ) . vol

Opmerking: bij de compressie-proeven werkt dilatantie

(volume-vergroting) uit als een extra vergroting van de radiale deformatie, in geval van extensie of trek werkt die bijdrage tegen de normale

deformatierichting (è , > 0) in. ^ vol;:

Globaal verloopt de volumeveranderingskarakteristiek als volgt: - bij relatief kleine deforraaties vindt initieel enige compressie

(volume-verkleining) plaats, bij grotere deformaties overgaand in de tegengestelde tendens.

Bij de compressieproeven (Èi > 0) houdt dit in:

aanvankelijk a < 0,5, gaandeweg overgaand in a > 0,5 (gemiddeld a -0.7).

Bij de trekproeven (Èi < 0) echter:

- aanvankelijk a > 0,5, bij forse mobilisatie overgaand naar a < 0,5. In de eindfase bij de trekproeven (met T < lO'C) blijkt a - 0,17 a 0,21 te bedragen.

Wat is de betekenis van een en ander, uitgaande van a - 0.7 voor de corapressieproef en a » 0.2 voor de trekproef? Neera het geval van dezelfde EJ (0.25 Z/min).

bladnummer : 33 -o n s k e n m e r k : CO-301821/16 datvim : 1 9 9 1 - 0 5 - 1 6 \ a 0.7 0.2 y/èi 1.7 1.2

Sol/

^'1

- 0.4 - 0.6

S o l /

y

- 0.23 - 0.5 Kenmerken èi>0, compr. (T-28'C) è,<0, trek (T<10'C)

Hieruit zou de opmerkelijke conclusie zijn, dat ondanks een lagere schuifvervormingssnelheid bij de trekproeven een fors hogere

dilatantiesnelheid optreedt vergeleken bij de compressieproeven (bij dezelfde èi). Hiervan kan een afgeleide oorzaak zijn gelegen in de hoger dan verwachte deviatorspanningen bij trekproeven (waarbij T < 10°C), nl. mobilisatie van hogere korreldrukken, zie 6.1.4. Hoe dit gerelateerd is aan de bij figuur 17 geschetste situatie

(overgang trek-ext£nsie en/of T-20''C als een soort overgangstemperatuur blijft echter een open vraag. 6.2.3 Spannings-vervorraings verloop bij de TR proeven

Voorbeelden werden gegeven in bijlagen II.4 en II.5. Figuur 18 geeft een overzicht voor de proefserie bij 28'C (zie tabel 2 ) . Door

weglating van curven, die evident tot de lage uitschieters behoren, is hier een overzichtelijker beeld ontstaan dan in figuur 14 en 15.

Opvallend bij deze proeven die zich voornaraelijk in het extensiedomein (-Oi<03) afspelen is, dat naarmate de celdruk hoger is, de maximale deviatoren bij lager deformatie optreden (het lijkt alsof het

raateriaal zich 'brosser gedraagt).

Voor de gevallen zonder celdruk lijkt het alsof er een relatief ductiel vervormingsinterval voorafgaat aan progressief toeneraende vervormingsweerstand tot aan het maximura. Eventuele oorzaken zijn lastig aan te geven. Wel is het zo dat in de hydrostatische

compressiefase (die hier dus niet plaatsvond) doorgaans lokale inhomogeniteiten wat genivelleerd worden.

In figuur 19, waarbij de temperatuur de bepalende variabele is, vallen dit soort fluktuaties nog raeer op. In hoeverre dit door het

intermetterend relaxeren of door geactiveerde inhoraogeniteit komt, is niet duidelijk (er zijn geen continue 'trek'-proeven uitgevoerd). Hetgeen in figuur 17 als verrassend naar voren kwam, is hier zo mogelijk nog scherper zichtbaar: de invloed van de lage temperaturen op de vervormingsweersstand is fors, terwijl die boven 20oC zeer beperkt lijkt. Deze proeven spelen zich af in extensie, de lage temperatuurproeven in het'trekdomein (- Oj > o , ) .

GRONDMECHANICA

DELFT

bladnummer : 34

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

Figuur 18. Spanningsvervormingsrelaties bij de extensieproeven (trek-relaxatie met T « 28«C en Éi -= 0,25 Z/min)

bladnummer : 35

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

GRONDMECHANICA

DELFT

- 1 0 0 0 750

S.

,'- - 5 0 0 o o '> •250 £ , = 0 . 2 5 ' / . / m i n ^ ^ ' ^ /

'a'l .-,

'' 7/

W

^ \ ^ / ^ T=5*C 1 X . T r i O ' C i T = 2 l ' C 2 3 •axiale deformatie £,(*/.) • F i g u u r 19. S p a n n i n g s v e r v o r m i n g s r e l a t i e s b i j t r e k - r e l a x a t i e onder c e l d r u k 100 kPa en t e m p e r a t u r e n 5 -» SO^C v o o r El - 0 , 2 5 Z/min

bladnummer ons kenmerk datum 36 -CO-301821/16 1991-05-16 6.3 Blok- of Impulskruipproeven 6.3.1 Illustratieve voorbeelden

Een bijzonder exeraplaar van dit type proef is ter illustratie

geselekteerd in bijlage II.5 ( zie ook principeschets figuur 3 ) . Op de opmerkelijke 'lussen' in de deformatiekarakteristieken wordt verderop nog teruggekomen. Bij deze proef is de spreiding in resultaten gering Bijlage II.6 laat zien dat beperkte verschillen in irapulskruipgedrag toch gepaard kunnen gaan met duidelijke verschillen in de onderlinge vervormingsrelaties.

Daarentegen toont bijlage II.7 dat fors verschil in impulskruipcurven niet. noodzakelijk ook telf grote spreiding in de vervorraingsrelaties hoeveai te l»i4en (een frappant voorbeeld!).

V

Al deze varianten kwaraen, ook in diverse geraengde vorraen, meerdere malen voor, waarmee alleen maar gezegd wil zijn, dat spreiding een begrip is dat toch wel met de nodige genuanceerdheid raoet worden gehanteerd. Overigens, vaak bleek dat forse afwijkingen hun oorzaak vonden in de eerste drie cycli. Andere oorzaken: onvoldoende uitwerken van de hydrostatische fase (ook genoerad in [5]) en soras lokale

uitstulpingen op meetposities (indien geconstateerd, werd dit meetpunt weggelaten en het gemiddelde van de overige posities aangehouden). Bij vermoeden van het doorwerken van interne scheuren of uitgestulpt

raineraal werd dit door de laborant eveneens in het raeetjournaal vermeld. De resultaatverwerking van de blokproeven is aangegeven in

interimverslag [5].

Terugkoraend op Bijlage II. 5.

Bij weglating van de lussen zou een continu-curve resulteren voor de vervorraingsrelaties E -liv) ^^ ^s {^i}.

Wat is aan de lussen opraerkelijk? Enigszins tegen de verwachting in is te zien dat bij de abrupte spanningsval de volumevergroting doorgaat, ondanks licht afnemende schuifrek (hier mag dus eigenlijk niet van

doorgaande dilatantie gesproken worden). Daarna is bij verder afnemende schuifrek sprake van lichte volumevermindering. Bij herbelasting loopt de schuifrek eerst licht op, gepaard gaande raet doorgaande corapressie (ongeveer anti-parallel met het Ie deel van de relaxatiestap) en buigt vervolgens weer langs de oorspronkelijke dilatantiecurve af etc. Dit opmerkelijke gedrag laat zich (uiteraard) volgen uit de c, { E I } karakteristiek. Bij belastingsafname zien we eerst dEi < O, raaar dE, - O, gevolg dy - dE,-dE, < O (dus relaxatie) en dE ..= dEi+2dE3~ -dEi (dat wil zeggen volumevergroting door

noodzakelijk uni-axiale relaxatie (geen dilatantie!).

Vervolgens de 2e relaxatiefase met -dE, ~ adE, (a, oradat die inderdaad vrijwel parallel loopt met de 'mastercurve'), leidend tot versterkte

bladnummer : - 37 - 1 ^ ^ GRONDMECHANICA

ons kenmerk: CO-301821/16 ^ ^ ^ Ë n Ê l E T datum : 1991-05-16

Bij herbelasting weer antiparallel dE, - O en dE, > O met eerder geschets

e, { E I ) .

geschetst effect in E .{y}, gevolgd door afbuiging naar basiscurve

Vanwaar dit 'bizar' lijkend gedrag met vrij scherpe knikovergangen? De auteur veroorlooft zich hier een hypothese, die tevens aankoppelt bij het anisotrope gedrag in de hydrostatische belastingsfase. Door het walsen ontstaat een zodanig (anisotrope) minerale skeletstruktuur, dat bij deze monsteroriëntatie de laterale deformaties relatief groot effect hebben op de axiale deformatie. Omgekeerd levert de axiaal geïntroduceerde deformatie slechts een geringe bijdrage tot de

laterale vervorming (als het ware een anisotroop 'Poisson-effect'). Bij dilatantie ontstaat in het bitumen een isotrope

trekspanningscoraponent, die de effectieve korreldruk, en dus ook de vervorraingsweerstand, verhoogt (zie 6.1.4). Bij afbouw van de

daviatorspanning blijft deze onderdrukcoraponent bestaan en zal in eerste instantie voornaraelijk visco-elastische axiale relaxatie (met weinig laterale deformatie) plaatsvinden. De hierdoor veroorzaakte waargenomen doorgaande volumevergroting is dus geen eigenlijke (door

schuifdeformatie veroorzaakte) dilatantie. Bij deviatorische ontlasting is het monster dan radiaal aanvankelijk relatief star

(dE,-0) terwijl het in axiale richting kan ralaxeren (dci<0).

Volgens Cundall (1978) vinden veel deformatiecomponenten plaats door (lokaal) uitknikken in korrelkontaktketens. Nu is bekend dat ook forse potentiële knikmomenten zijn te blokkeren met relatief geringe

laterale dwarskrachten (geen dwarsverplaatsing •* geen knikmoraent bij een staaf). Na voldoende axiale relaxatie van de externe deviatorische spanning (tot vermoedelijk het niveau van de restweerstand) kan nu het

uitknikken plaatsvinden, leidend tot kleine minerale herschikking (met als gevolg de, > O, dEi < O, dy < 0 ) . Dit is het stuk terugkruip (dE , > O met dy < 0) dat in de registratie zichtbaar is en in wezen

vol ' *

de lus veroorzaakt. Bij herbelasting is er dan weer eerst overwegend axiale recompressie van bitumen (dEi > O, dE, « dEi) totdat de

uitgangstoestand voor normaal doorgaande schuifvervorming, dus ook dilatantie, weer is bereikt ('mastercurve').

Opmerking: een verschil met de D-R proeven (zie bijlage II.2, behandeld in 6.1.2) is, dat daar geen volledige deviatorische relaxatie plaatsvindt, aangezien de deviator op het

restweerstandsniveau wordt gehandhaafd. Dit ontbrekende deel van de relaxatie en herbelasting leidt er kennelijk toe, dat de

karakteristieke lussen niet optreden (vergelijk bijlage II.2 en II.5). 6.3.2 Impulskruipkarakterisering

Globaal zal worden nagegaan in hoeverre systematiek is te brengen in cumulatieve plastische kruip. Iraraers, gesteld kan worden dat bij N gelijkdurende belastingsintervallen At het monster gedurende NAt is

bladnumraer ons kenroerk datum 38 -CO-301821/16 1991-05-16 n

f,-belast en daaraan een cumulatief plastische kruip E « Y. E ji heeft P i-l P

overgehouden. Hierbij trad echter het probleem op hoe over de spreiding te middelen, c q . evidente uitschieters te onderkennen. Daar het bijzonder veel ruimte zou vragen dit in extenso toe te lichten wordt volstaan met de opmerking dat de meetpunten (bij T ~ 280C) op diverse lineaire en logarithmische papierschalen werden uitgezet en allerlei onderlinge trendmatigheden werden afgewogen (zie ook tabel 10). Een dergelijk gewogen resultaat is geschetst in

figuur 20. Hiertoe zijn de minima na NAt - 1000 s uit de

impulskruipproeven (dus de waarden aan het eind van het N- blok) uitgezet tegen de deviatorbelasting met de celdruk als parameter. Deze relatie is in figuur 21 ook lineair uitgezet. Hierbij is een trendverschil merkbaar tussen het resultaat zonder raanteldruk en bij de hogere celdrukken. Daarbij treedt bij lage toenemende deviator aanvankelijk een licht 'overproportionele' cumulatieve kruip op, gevolgd door een trendomslag voor deviatoren > 200 kPa. Bij de

alternatieve presentatie (deviator als parameter) in figuur 22 lijkt het beeld wat eentoniger, slechts het minder effectief zijn van hogere celdruk valt op. Wel raoet bij deze locked-material -achtige tendens worden opgeraerkt, dat het gemiddeld spanningsniveau met de deviator toeneemt (oo- —'—-—'- = o, + — " - ^ — ^ ) , dus weerstandsverhogend werkt. Een aardige bijkorastigheid is bovenaan ingeschetst. Volgens de gangbare simpele kruiptheorie van een visco-plastisch Voigt-element zou gelden:

n t

y {t} = -l- [1-exp {- -|-} (6)

P P

G = plastische glijdingsmodulus; n =- viskositeit

Dus zou y /t een constante zijn bij gelijke t en invariantie van ri en G , wat uiteraard niet het geval is. Niettemin is toch y /(oi-o,)

tr ir

tegen de celdruk uitgezet (onderstel y - (1+a) E J . Het is toch amusant dat deze 'poging tot normering' aardig uitwerkt bij de hogere

celdrukken (beter ware geweest spanningsniveau Oo • % * (oj + 2o,) te

bladnummer : - 39 - ^ ü ^ G R O N D M E C H A N I C A

ons kenmerk: CO-301821/16 g ^ H M D E L F T

datum : 1991-05-16 ^ ^ ^ ^ li^Kt-I- I

N.B. De in figuur 20 t/m 22 geschetste karakteristieken zijn uiteraard alleen representatief voor situaties waarbij het maximum van de

mobiliseerbare restweerstand nog niet is bereikt (dus voordat secundaire of tertiaire curaulatieve kruip kan optreden). Behalve de vorm van de restweerstandscurve beïnvloedt ook de

vermoedelijk snelheidsafhankelijke effectieve (mix) viscositeit het beeld. De curven van figuur 20 t/m 22 zijn dus slechts illustratief voor het beschouwde interval van variabelen en parameters.

bladnummer : 40

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16 0) CQ F _L o 0) X3 Qi TO X «J 0) sz o w « ra Q . 0) > 0 } ' ^ TO 3 E 3 3.Ü 2.0 1.Ü 0.8 0.4 0.3

u

A 0.2

-parameter celdruk Ö3 (kPa)

50

100

200

3 0 0 4 0 0

^ deviator (O., - O 3 ) in kPa

Figuur 20. Impulskruipdoorsnede Ei{t=1000 s}

bladnummer : 41

-ons kenmerk: CO-301821/16 datum : 1991-05-16

GRONDMECHANICA

DELFT

cc

E

k—

o

03 T> 0) ca 'x co CD sz ü (/) c/) _cü Q . 03 >

E

ü 0.1 -• 50 100 200 300 400

deviator ^ - a 1-03 (kPa)

Figuur 21. Irapulskruipdoorsnede EI {t=1000 s} - lineaire schaal Cummulatieve plastische vevorming bij variatie van daviatorspanning (celdruk als parameter)

redelijke normering.

300 celdrukfl 3(kPa)

fl ƒ.400 0^200 Ojj=ioo Ocf=50 O jj -gemiddeld O . / ^ • • • • • — • • • — E l -parameter C l - "3) 'mypa 0^-400 fld=200 «d-IOO 9d=50 100 200

Oj=.400 Ojj-200 0^-100 (Id=50

_ e — . - A - - ••••* —•-••

3 0 0 . celdrukO 3 (kPa)

Figuur 22. Irapulskruipdoorsnede van de axiale deformatie na 10 (let op het effekt van de celdruk op de inv L S v n

deviatorspanning) " 000 s