5.4.7.1.2 Rek-stuikproeven

Doel van de rek-stuikproef is het onderzoeken van de door de leverancier verklaarde maximale bewegingscapaciteit van een flexibele voegovergang onder herhaalde opgelegde vervormingen ten gevolge van temperatuurveranderingen en verkeer en het valideren van het functioneren van de overgangsconstructie.

Een proefstuk wordt gemonteerd in de proefopstelling en onderworpen aan gesimuleerde brugbewegingen in het horizontale vlak door het veranderen van de relatieve positie van één zijde van de voegovergang naar de andere. Door het thermoplastische gedrag van flexibele voegovergangen zijn de temperatuur van het proefstuk en belastingsnelheid tijdens het uitvoeren van de bewegingen belangrijke factoren voor de prestaties. Hoe lager de temperatuur, hoe stijver het gedrag van de voegmassa , hoe groter de krachten die nodig zijn om de proefstukken uiteen te trekken. Voor het vrij bewegen van een kunstwerk moeten die krachten het liefst zo laag mogelijk zijn om de aanhechtspanningen te beperken.

Er dient onderscheid gemaakt te worden in laagfrequente en hoogfrequente voegbewegingen. De laagfrequente proef simuleert de jaarlijkse cyclus van de voegbeweging van een brugdek als gevolg van thermische belasting. Het aantal cycli is gelijk aan de beoogde ontwerplevensduur in jaren.(IS DAT ZO?)

De hoogfrequente proef simuleert de snelle voegbewegingen die optreden bij verkeersbelasting op het brugdek als gevolg van buiging van het brugdek en daarmee gepaard gaande rotaties/translaties bij de voegovergangen. Het aantal cycli is afhankelijk van de beoogde verkeerscategorie en ontwerplevensduur. Omdat de proef bij lage temperatuur wordt uitgevoerd, hoeft slechts een beperkt percentage van het in de praktijk optredende belastingcycli te worden gehanteerd.

Voor wat betreft de laagfrequente proef zijn er op dit moment twee proeven mogelijk:

  • Temperatuurgestuurde rek-stuikproef, uitgevoerd door BAM Berlijn;
  • Rekproef bij constant lage temperatuur, uitgevoerd door EMPA, Zwitserland.

De hoogfrequente proef is op dit moment alleen mogelijk bij BAM Berlijn.

Bewegingssimulator EMPA

De bewegingssimulator bij EMPA is een rekproef bij een constante lage temperatuur. In Zwitserland is gekozen voor -20°C, maar vanwege het zeeklimaat is er voor gekozen om de proef voor Nederlandse omstandigheden bij -10°C uit te voeren.In deze proef wordtj uitsluitend de verlenging van de voegovergangsconstructie gesimuleerd. Voor de opneembare verkorting (stuik) geldt op basis van ervaring een vaste verhouding ten opzichte van de opneembare verlenging (verkorting : verlenging = 35% : 65%). De snelheid van vervormen is 10 mm/uur. Omdat de temperatuur constant gehouden wordt tijdens het rekken van de voegovergangsconstructie, wordt de lagere temperatuur van -10°C voldoende geacht. Deze proef wordt o.a. uitgevoerd bij EMPA.

Testopstelling/proefstuk voegovergangs-constructie bewegingssimulator EMPA
Testopstelling/proefstuk voegovergangsconstructie bewegingssimulator EMPA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In het volgende figuur is een voorbeeld van een testresultaat gegeven. Hieruit volgt dat de reactiekracht bij ieder volgende belastingcyclus afneemt, hetgeen duidt op laagcyclische vermoeiing; inwendige scheurvorming zal uiteindelijk leiden tot breuk en/of onthechting in de flanken.

Voorbeed testresultaat EMPA bewegingssimulator
Voorbeed testresultaat EMPA bewegingssimulator

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De weerstand tegen optredende laagfrequente voegbewegingen kan ook worden onderzocht middels een temperatuurgestuurde rek-stuikproef. De beproevingssnelheid is dan 0,2 mm/uur. Tijdens de proef wordt gelijktijdig met het uitoefenen van de voegbwegingen de temperatuur aangepast, standaard in Duitsland is tussen -20 en +45°C. Volgens de RTD1007-4 2.0 mag dit worden aangepast naar -15 en +50°C.

Deze proef wordt uitgevoerd bij het “Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung” (http://www.bam.de). De afmetingen van het proefstuk beperkt zich tot de afmetingen van de voegmassa. De stalen flanken benaderen een aansluiting op gietasfaltbalken. Dit is dus een belangrijke randvoorwaarde voor de geldigheid van deze proef. Bij toepassing in open deklagen zijn de resultaten van deze proef niet geldig. 

De uitvoering van de proef schematisch in onderstaande figuur 2.4g weergegeven. De proefopstelling bevindt zich in een klimaatkamer. Het proefstuk wordt gemonteerd op een proefstukhouder, die bestaat uit een vast deel en een servohydraulisch gestuurd beweegbaar deel.

Testopstelling rek-stuikproef BAM Berlijn
Testopstelling rek-stuikproef BAM Berlijn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voorbeeld schematische weergave testprotocol rek/stuik-vermoeiingsproef .
Voorbeeld schematische weergave testprotocol rek/stuik-vermoeiingsproef .

 

 

 

 

 

 

 

 

De proefstukken met de afmetingen L ´ B ´ H = 500 ´ 235 ´ 70 mm worden door de opdrachtnemer/applicateur volgens de door hem opgestelde instructies vervaardigd. Een proefstuk wordt in een speciale proefstukhouder ingebouwd, Als voegbodem dienen twee betonplaten, ieder met de afmetingen L ´ B ´ H = 235 ´ 238 ´ 50 mm. De proefstukhouder wordt door het uitvoerend laboratorium ter beschikking gesteld. Na de afkoeling van de voegmassa worden de zijkanten van de proefstukhouder verwijderd, terwijl de kopse platen aan de voegflanken van het proefstuk op hun plaats blijven. De in het figuur hiervoor weergegeven belastingcyclus wordt herhaald totdat het geregistreerde kracht-voegbreedte-diagram niet meer verandert, of tot falen van het proefstuk.

Mechanische vermoeiingsproef (kleine amplitude, groot aantal belastingwisselingen)

Deze proef wordt ook uitgevoerd bij het “Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung” (http://www.bam.de). Hiervoor wordt van dezelfde apperatuur gebruik gemaakt als bij de laagfrequente rek-stuikproef. De rekgestuurde mechanische vermoeiingsproef wordt bij constante temperatuur uitgevoerd en simuleert de hoogfrequente bewegingen van het kunstwerk onder verkeersbelasting als gevolg van buiging van het brugdek en de rotatie ter plaatse van de oplegging.

Het proefstuk wordt aan vermoeiing blootgesteld door het te onderwerpen aan een wisselende
belasting., zoals schematisch is weergegeven in onderstaande figuur. De rek is sinusvormig. De minimumwaarde van de rek is gelijk aan nul. De frequentie is 1 Hz.

Voorbeeld belastingscyclus van de mechanische vermoeiingsproef (DL)
Voorbeeld belastingscyclus van de mechanische vermoeiingsproef (DL)

 

 

 

 

 

 

In Duitsland wordt altijd hetzelfde belastingprotocol doorlopen. De belastingcyclus wordt gevormd door 6 rekamplituden, waarbij ieder van deze 6 rekamplituden een vooraf vastgesteld aantal malen wordt opgelegd, zie bovenstaande figuur. Dit belastingpatroon bestaat uit in totaal 10.000 lastherhalingen. Deze belastingcyclus wordt 130 maal herhaald. Het totaal aantal opgelegde belastingherhalingen bedraagt dus 1,3 miljoen of zoveel als tot het falen van het proefstuk. Het proefstuk faalt als een deel hiervan onder ten minste 30 mm diepe, 10%-ige NaCl-oplossing ondicht wordt, of als de hechting in het inwendige van de voegmassa, of die tussen voegmassa en voegbodem/proefstukhouder verloren gaat.

In de RTD1007-4 2.0 zijn aanvullende en afwijkende bepalingen opgenomen om de voegovergang te testen op condities zoals die veelvuldig in het Nederlandse hoofdwegennet voorkomen. De levenancier is vrij om het aantal belastingcycli en de amplitude te kiezen, maar dient zich te realiseren dat dit gevolgen kan hebben voor de toepasbaarheid in de praktijk. De grootte van de amplitude, de aangehouden verkeerscategorie en ontwerplevensduur dient door de leverancier te worden gekozen en dient op de Prestieverklaring (DoP) zoals geëist in de RTD1007-2 te worden vermeld. De frequentie dient maximaal 1 Hz te zijn.

Het aantal belastingcycli is volgens de RTD1007-4 2.0 afhankelijk van de beproevingstemperatuur, het beoogde aantal zware voertuigen per jaar (N obs,a,ai ) en de beoogde ontwerplevensduur (minimaal 10 jaar).

Volgens de RTD1007-4 2.0 zijn de in Duitsland aangehouden waarden, frequenties en amplituden een ondergrens voor Nederland. Deze waarde is gebaseerd optredende hoogfrequente voegbewegingen in voorgespannen plaatviaducten en kokerbruggen. Bij viaducten met (statisch bepaalde) geprefabriceerde liggers treden grotere hoogfrequente voegbewegingen op. Indien de voegovergangen ook geschikt moeten zijn voor toepassing in deze kunstwerken, dan geeft deRTD1007-4 2.0 hiervoor bepalingen.