PCC-verhardingen

Rigide verhardingen worden zo genoemd omdat de verhardingsstructuur onder belasting zeer weinig doorbuigt door de hoge elasticiteitsmodulus van de deklaag. Een starre wegdekstructuur bestaat meestal uit een PCC deklaag op (1) de onderlaag of (2) een onderliggende funderingslaag. Door zijn relatieve stijfheid verdeelt de verhardingsstructuur de belastingen over een groot oppervlak met slechts één, of hooguit twee, structurele lagen (zie figuur 1).
Figuur 1. In dit hoofdstuk wordt de typische starre verhardingsstructuur beschreven, die bestaat uit:

Oppervlakte

Dit is de bovenste laag, die bestaat uit de PCC-deklaag.

Basislaag

Dit is de laag direct onder de PCC-laag en bestaat doorgaans uit aggregaat of gestabiliseerde ondergrond.

Subbasislaag

Dit is de laag (of lagen) onder de basislaag. Een funderingslaag is niet altijd nodig en kan daarom vaak achterwege blijven.

Structurele elementen

Een typische starre verhardingsstructuur (zie figuur 2) bestaat uit de deklaag en de onderliggende funderings- en funderingslagen (indien toegepast). De deklaag (van PCC) is het stijfst (gemeten aan de hand van de elasticiteitsmodulus) en levert de meeste sterkte. De onderliggende lagen zijn ordes van grootte minder stijf, maar leveren nog steeds een belangrijke bijdrage aan de sterkte van de verharding, evenals aan de afwatering en vorstbescherming.

Figuur 2.

Oppervlaktebaan

De deklaag is de laag die in contact komt met de verkeersbelasting en is gemaakt van PCC. Ze biedt eigenschappen zoals wrijving (zie figuur 3), gladheid, geluidsbeheersing en drainage. Bovendien dient hij als waterdichte laag voor de onderliggende fundering, ondergrond en ondergrond. De dikte van de bovenlaag kan variëren, maar ligt gewoonlijk tussen 150 mm (6 inch) (voor lichte belasting) en 300 mm (12 inch) (voor zware belasting en intensief verkeer). Figuur 4 toont een deklaag van 300 mm (12 inch).

Base Course

De base course ligt direct onder de surface course. Het zorgt voor (1) extra lastverdeling, (2) draagt bij aan drainage en vorstbestendigheid, (3) uniforme ondersteuning van de verharding en (4) een stabiel platform voor bouwmaterieel (ACPA, 2001). De funderingslagen helpen ook voorkomen dat de ondergrond verschuift als gevolg van het oppompen van de plaat. Funderingslagen worden meestal opgebouwd uit:

1. Aggregaat fundering. Een eenvoudige funderingslaag van gebroken aggregaat is een gebruikelijke optie sinds het begin van de 20e eeuw en is vandaag de dag nog steeds geschikt in veel situaties.
2. Gestabiliseerd aggregaat of grond (zie figuur 5). Stabilisatiemiddelen worden gebruikt om anders losse deeltjes aan elkaar te binden, waardoor sterkte en samenhang worden verkregen. Met cement behandelde funderingslagen (CTB’s) kunnen tot 20 – 25 procent van de sterkte van de bovengrondse laag worden opgebouwd (FHWA, 1999). Met cement behandelde funderingslagen (CTB’s) die in de jaren 1950 en begin jaren 1960 werden gebruikt, hadden echter de neiging om buitensporig veel materiaal te verliezen, wat leidde tot scheuren in de platen en zettingen.
3. Dicht-gegradeerde HMA. In situaties waar een hoge basisstijfheid gewenst is, kunnen funderingslagen worden geconstrueerd met een dichte HMA-laag.
4. Permeabele HMA. In bepaalde situaties waar een hoge stijfheid van de fundering en een uitstekende drainage gewenst is, kunnen de funderingslagen worden geconstrueerd met een open HMA-laag. Recent onderzoek kan wijzen op enkele belangrijke problemen bij het gebruik van ATPB.
5. Mager beton (zie figuur 6). Bevat minder portlandcementpasta dan een typische PCC en is sterker dan een gestabiliseerd aggregaat. Zachte betonnen onderlagen (LCB’s) kunnen tot 25-50% van de sterkte van de bovenlaag worden gemaakt (FHWA, 1999). Een slanke betonnen funderingslaag functioneert net als een normale PCC-deklaag en vereist daarom constructievoegen en zal na verloop van tijd scheuren. Deze voegen en scheuren kunnen mogelijk reflectiescheuren in de deklaag veroorzaken als ze niet zorgvuldig op elkaar zijn afgestemd.

Subbase Course

De subbase is het gedeelte van de verhardingsstructuur tussen de basislaag en de ondergrond. Het fungeert in de eerste plaats als structurele ondersteuning, maar kan ook:

1. het binnendringen van fijne deeltjes uit de ondergrond in de verhardingsstructuur beperken.
2. de drainage verbeteren.
3. schade door vorst beperken.
4. schade door vorst beperken.
5. Voorzie een werkplatform voor de bouw.

De onderlaag bestaat over het algemeen uit materialen van mindere kwaliteit dan de funderingslaag, maar beter dan de ondergrond. Geschikte materialen zijn aggregaat en structuurvullingsmateriaal van hoge kwaliteit. Een funderingslaag is niet altijd nodig of wordt niet altijd gebruikt.

Typen

Alle starre verhardingen zijn gemaakt van Portland Cement Concrete (PCC). Verhardingen worden in drie grote categorieën onderverdeeld op basis van de wijze waarop scheuren worden beheerst:

Jointed plain concrete pavement (JPCP)

Dit is de meest voorkomende vorm van verharding. JPCP controleert scheuren door de bestrating op te delen in afzonderlijke platen, gescheiden door krimpvoegen. De platen zijn meestal één rijstrook breed en tussen 3,7 m en 6,1 m lang. JPCP maakt geen gebruik van wapeningsstaal, maar wel van deuvels en trekstangen.

Gezamenlijk versterkte betonverharding (JRCP)

Net als bij JPCP worden scheuren bij JRCP tegengegaan door de verharding op te delen in afzonderlijke platen, gescheiden door krimpvoegen. Deze platen zijn echter veel langer (tot 15 m) dan JPCP platen, zodat JRCP gebruik maakt van wapeningsstaal binnen elke plaat om scheurvorming binnen de plaat tegen te gaan. Dit type wegdek wordt in de V.S. niet meer aangelegd vanwege een aantal problemen met de prestaties op de lange termijn.

Continuously reinforced concrete pavement (CRCP)

Bij dit type verharding wordt gebruik gemaakt van wapeningsstaal in plaats van krimpvoegen om scheurvorming tegen te gaan. Scheuren ontstaan meestal om de 1,1 – 2,4 m (3,5 – 8 ft.) en worden stevig bijeengehouden door het onderliggende wapeningsstaal. FHWA Tech Brief.