4.4.3.1 Traditionele bitumineuze voegovergang (concept 4.1a)

Principe:

Het principe is kort samengevat als volgt. De voegmassa bestaat uit een steenkorrelskelet dat goed gevuld is met een polymeerbitumen. Het steenskelet voorkomt verticale vervorming (spoorvorming) terwijl het polymeergemodificeerde bitumen  de horizontale vervorming (bijvoorbeeld ten gevolge van het krimpen en uitzetten van het brugdek) kan opvangen. Over de voegspleet wordt een staalplaat gelegd die de voegmassa ondersteunt bij de voertuigpassages. De voegmassa wordt direct op het betonnen dek aangebracht en aan de voegflanken verkleefd met het asfalt. Hierdoor worden de rek- en drukspanningen in de voegmassa op het asfalt overgebracht en ontstaat er een waterdichte voeg.

Dit principe wordt hieronder uitgebreid behandeld. Van oudsher onderscheiden we de “traditionele bitumineuze voegovergang”, die ontworpen is conform de “Bitumineuze voegovergangen, Richtlijnen voor ontwerp en uitvoering” uit 1994. De voegovergang is dus niet conform de ETAG032-3, EAD 120093-00-0107 Flexible plug asphaltic expansion Joints of RTD1007-4 geverifieerd en gevalideerd. Bij deze bitumineuze voegovergang bestaat de voegmassa uit een mengsel van grof toeslagmateriaal en polymeer gemodificeerde bitumen als bindmiddel. In onderstaand wordt een overzicht gegeven van de benamingen van de onderdelen van een bitumineuze voegovergang.

Figuur 4.4.3.1a: Onderdelen van een flexibele (bitumineuze) voeg.

1. Deklaag Bestaande uit ZOAB+, ZOAB, Tweelaags ZOAB, AC surf of SMA
2. Tussenlaag, AC bind Veelal de waterdichte laag
3. Waterdicht membraan Dit waterdicht membraan wordt in Nederland meestal niet toegepast
4. Brugdeel In principe een betonnen brugdeel. Stalen bruggen reageren sneller op temperatuursverandering waardoor de beweging in de brug sneller verloopt. Het is zeer de vraag of de flexibele massa deze snelle(re) beweging kan opvangen.
5. Rugvulling Om het weglopen van bitumen naar de onderliggende constructie tijdens de aanleg van de bitumineuze voegovergang te voorkomen, wordt in de dilatatievoeg een rugvulling aangebracht. De rugvulling moet voldoende hittebestendig zijn om de hoge temperatuur van het warme bitumen te doorstaan. De rugvulling heeft geen duurzame waterkerende functie; de waterdichtheid van de bitumineuze voegovergang moet door het systeem gewaarborgd worden.
6. Voegafdichtingsmateriaal Veelal een laagje hete bitumen dat gelijk is aan het materiaal waaruit de bitumineuze voeg wordt samengesteld.
7. Afdekplaat De afdekplaat dient voor wat betreft breedte, dikte en sterkte geschikt te zijn om de bitumineuze voegovergang de nodige ondersteuning te geven om gedurende de levensduur een veilige passage voor het verkeer mogelijk te maken. De afdekplaat is gemaakt van staal. Ter voorkoming van corrosie wordt roestvrij staal of thermisch verzinkt staal aanbevolen.
8. Fixeerpen De fixeerpen zorgt ervoor dat de afdekplaat op zijn plaats blijft. In sommige flexibele voegen wordt de fixeerpen aan 1 zijde in het brugdeel verankerd waardoor de vervorming in de voegmassa naast het midden van de voeg wordt geïntroduceerd.
9. Voegflank Ter plaatse van de voegflanken wordt de flexibele massa verkleefd met het asfalt. Rek- en drukspanningen in de massa worden hier op overgebracht.
10. Voegmassa De voegmassa bestaat uit grof toeslagmateriaal en bindmiddel. Het grove toeslagmateriaal kan uit één of twee leverbare korrelmaten worden samengesteld. Het toeslagmateriaal moet kubisch van vorm, gewassen en droog zijn. De gradering moet zodanig zijn, dat de holle ruimte in het steenskelet steeds reproduceerbaar is tijdens de aanleg van de voegovergang. Voor een goede hechting met het bindmiddel moet het toeslagmateriaal stofvrij zijn. De kwaliteit van het eindproduct kan verbeterd worden door vooromhuld toeslagmateriaal toe te passen, of door (niet-vooromhulde) toeslagmateriaal vooraf met een hechtverbeteraar te behandelen. Het is aan te bevelen het toeslagmateriaal gereed voor verwerking, op de gewenste temperatuur op de bouwplaats aan te voeren. Het bindmiddel bestaat uit polymeer gemodificeerde bitumen met of zonder vulstof. Het bindmiddel is geschikt om bij de verwerkingstemperatuur de holle ruimte van het (vooromhulde) toeslagmateriaal te vullen.
11. Slijtlaag De voegmassa wordt ingestrooid met fijn scherp materiaal om een goede stroefheid te verkrijgen.

Een bitumineuze voegovergang verkrijgt een goede weerstand tegen permanente vervorming (spoorvorming) als er een korrel-op-korrel-contact is van het grove toeslagmateriaal. Hierdoor wordt een steenskelet verkregen (zie onderstaand figuur), waardoor de flexibele voegovergang in verticale richting zeer stabiel is. Door de holle ruimte in het steenskelet geheel te vullen met vulmiddel, wordt in horizontale richting een flexibel materiaal verkregen, dat bij bewegingen van het brugdek als gevolg van temperatuurwisselingen kan uitrekken en krimpen. Indien het steenskelet is overvuld, ontstaat snel spoorvorming, bij ondervulling kunnen schadebeelden zoals materiaalverlies en scheurvorming ontstaan.

 

Figuur 4.4.3.1b: Doorsnede van een voegmassa van een bitumineuze voegovergang

 

Figuur 4.4.3.1c: Impressie van aangelegde, traditionele, bitumineuze voegovergang.

Aansluitingen (beton/staal)

De bitumineuze voegvullingsmassa wordt meestal rechtsreeks op het betonnen (of stalen) dek aangebracht. Er wordt in Nederland vrijwel geen gebruik gemaakt van een waterdicht membraam.

Varianten

Er bestaat maar één variant van de traditionele bitumineuze voegovergang die in het verleden door diverse aanbieders is geleverd. Het principe van al deze voegovergangen was identiek.

Levensduurverwachting

De prestaties van traditionele bitumineuze voegovergangen zijn zeer variërend, gemiddeld genomen gaan ze 4 jaar mee in rijkswegen. Zo zijn voorbeelden bekend van bitumineuze voegovergangen in drukke autosnelwegen die elk jaar vervangen moeten worden, en voorbeelden waarbij deze wel 10 jaar mee gaan. De variatie wordt zeer waarschijnlijk veroorzaakt door een combinatie van ontwerp & materiaalprestaties i.c.m. variabele uitvoeringsomstandigheden en -prestaties.

Dilatatiecapaciteit / waterdichtheid

Voor een voegovergang van 500 x 100 mm werd uitgegaan van een horizontale voegbeweging van +20/- 10 mm en een verticale beweging uit het verkeer van +/- 1,2 mm. In de praktijk zijn voor kleine voegbewegingen bij kleinere kunstwerken en in wegtunnels ook andere afmetingen toegepast. Als richtlijn kan onderstaande tabel aangehouden worden.

Afmetingen
breedte x dikte (mm x mm)
Toelaatbare horizontale
beweging (mm)
300 x 70 +8 / -4
300 x 100 +12 / -6
500 x 70 +14 / -7
500 x 100 +20 /10

De mechanische weerstand tegen belasting vanuit de constructie is redelijk. Bij optredende voegbewegingen ontstaan opspankrachten die voornamelijk via aanhechting op de verticale flanken moet worden afgedragen. Bij toepassing van open deklagen zorgt de open deklaag voor een slechte aanhechting. Bepaalde bindmiddelen worden bij koude temperaturen te stijf/hard waardoor de opspankrachten te groot worden en in combinatie met de zwakke aanhechting op de flanken treed dan onthechting op. Deze onthechting gaat vrijwel altijd gepaard met lekkage. Ook komt het voor dat de voegmassa zelf scheurt. In de onderstaande figuren zijn worden voorbeelden gegeven van veel voorkomende schadebeelden.

Figuur 4.4.3.1d: Onthechting tussen flank en voegmassa en scheurvorming in de voegmassa

Weerstand tegen verkeersbelasting, veiligheid en comfort

De mechanische weerstand tegen belasting vanuit verkeer is meestal slecht. Aanvankelijk is de voegovergang vlak, comfortabel en stroef. Bij hogere temperaturen in combinatie met hoge verkeersbelasting kan aanzienlijke spoorvorming gaan ontstaan. Tevens kan het bindmiddel worden uitgereden als het steenskelet overvuld is. De stroefheid kan na verloop van tijd verminderen omdat het afstrooimateriaal in de voegmassa wordt gereden of dat het onthecht.

Ook kan de afdekplaat zich verplaatsen als gevolg van voegbewegingen en onvoldoende oplegging krijgen waardoor gaten in de voegovergang kunnen ontstaan. Hieronder zijn enkel schadebeelden weergegeven.

Figuur 4.4.3.1e: Diverse schades als gevolg van verkeersbelasting