NL1039945C2 - Taludloze zettingarme lichtgewicht (spoor)wegophogingen en - verbredingen van eps met verticale zijkant(en). - Google Patents

Description

Aanvrager: Milan Duskov, Vlaardingen, Nederland

Korte aanduiding: Taludloze zettingarme lichtgewicht (spoor)wegophogingen en -verbredingen van EPS met verticale zijkant(en) 5 Volgens de huidige stand van de techniek worden (spoor-/trambaan-/snel)wegconstructies toegepast op zowel een aardebaan als op kunstwerken, welke doorgaans zettingvrij worden aangelegd, meestal door onderheien. Het overgrote deel van alle trambaan- en (spoor-/snel)wegconstructies is aangelegd op een aardebaan. Bij aanleg van nieuwe en bij uitbreiding van bestaande (spoor-/snel)wegen op een aardebaan kunnen relatief grote initiële zettingen op-10 treden, ais gevolg van de extra belasting die door de constructie wordt toegevoegd, in de orde van tientallen centimeters. Derhalve worden in zettinggevoelige gebieden regelmatig de EPS-blokken als lichtgewicht ophoogmateriaal toegepast. Het zijn met name de zettingverschillen, welke doorgaans proportioneel zijn met de absolute zettingen, die een directe invloed hebben op de verticale ophoginggeometrie. Deze geometrische afwijkingen dienen na 30 jaar beperkt te 15 blijven tot 10 a 20 cm voor de trambanen en/of wegen en 5 è 10 mm (als piekwaarde in de golf-band van 0 tot 25 m) voor het spoor. De initiële zettingen kunnen in de praktijk tot een aanzienlijke verlenging van de aanlegtijd leiden en vereisen een substantieel hogere onderhoudsinspan-ning om de geometrische afwijkingen binnen de normen te houden. In nog sterkere mate spelen deze problemen bij de overgang van (op palen gefundeerd en dus zettingvrij)kunstwerk naar 2® aardebaan.

De uitvinding voorziet in het toepassen van taludloze lichtgewicht ophogingen, bestaande uit verticaal gestapelde EPS-blokken met een of beide verticale zijkanten zonder enige constructieve horizontale ondersteuning zoals tot nu toe het geval was. Tot op heden was er altijd sprake van enige zijdelingse steun door bijv. (keer)muurachtige constructies welke onvermijdelijk in loca-25 Ie belastingconcentratie/zettingen langs de ophogingen resulteerden. De uitvinding betekent de aanzienlijk verbeterde/kosteneffectievere mannier van de toepassing van EPS-hardschuim. De ophogingen worden conform dit octrooi zonder talud(s) en dus met verticale zijkant(en) zonder verdere horizontale ondersteuning aangelegd. De zijdelingse spanningen veroorzaakt door het eigen gewicht en de verkeersbelasting worden namelijk opgevangen door uitsluitend de wrijving 3© tussen de EPS-blokken. Er is verder geen lege ruimte (op onvermijdelijke smalle verticale voegen na) tussen de blokken. De wrijving tussen de EPS-blokken is vanwege een relatief hoge wrijvingscoëfficiënt voldoende om voor adequate samenhang van het taludloze EPS-pakket te zorgen in de eindsituatie. Dankzij enerzijds relatief hoge wrijvingscoëfficiënt (ca. 0,65) tussen de EPS-blokken en anderzijds een lage dwarscontractiecoëfficiënt (Poisson ratio=ca. 0,1) is er geen 35 aanvullende maatregel nodig. Niet alleen aan de zijkant(en) maar eveneens tussen de EPS-lagen zijn geen lastspreidende of geometriecorrigerende tussenlagen nodig. Direct bovenop het EPS ligt wel een buigstijve cementgebonden plaat voor het spreiden van de belasting van bovenliggende verhardingslagen en/of trambaan/-spoorconstructie.

. 1 0 3 9 9 45 2

Welke afdekkingmateriaal dan ook aan de buitenzijde(en) van het taludloze EPS-pakket wordt toegepast zal er geen sprake zijn van constructieve bijdrage. Wel heeft het afdekkingmateriaal een beschermende functie gezien gevoeligheid van het EPS voor zonnelicht en vandalisme. Vaak moet het afdekkingmateriaal esthetisch acceptabel zijn en bij de omgeving passen.

5 Dankzij het EPS is een zodanige reductie van het totale eigen gewicht (incl. hoger aange legde verhardingslagen en/of trambaan-/spoorconstructie te creëren) dat het gezamenlijke gewicht van de aangebrachte boven- en onderbouwconstructie nagenoeg gelijk is aan het gewicht van de uitgegraven grond. Hierdoor blijft het bestaande evenwicht in de ondergrond behouden en treden er derhalve geen wezenlijke nieuwe of slechts acceptabele zettingen op, waardoor ini-10 tiële zettingen en zettingverschillen bij zowel nieuwbouw, (spoor)weguitbreidingen, alsmede overgangsconstructies tussen kunstwerk en aardebaan, beperkt gehouden kunnen worden.

In hoofdlijnen heeft de uitvinding betrekking op de constructietypen volgens de figuren 1 en 2: een (snel)wegverbreding op een ingekort talud en een lichtgewicht ophoging (met trambaan-constructies en een wegverharding/fietspad) op het maaiveld. In de beide gevallen is de buigstij-15 ve (beton)plaat bovenop het EPS-pakket met verticale zijkant(en) te zien. De buigstijve plaat van bijvoorbeeld (licht) gewapend beton heeft tot doel de belasting te spreiden en de spanningen in het lichtgewicht materiaal zodanig te reduceren dat er onder de gebruiksbelasting geen blijvende rekken ontstaan. De plaatdikte ligt in de orde van 15 cm. Bovendien is de buigstijve plaat essentieel tijdens de bouw van de wegverharding of het spoor voor transport en ondersteuning van 20 werkmaterieel.

Het thans bewezen lichtgewicht materiaal is EPS. De volumieke massa van EPS-hard-schuim, of het hier nu gaat om relatief licht EPS15 (p=15 kg/m3) of het relatief zware EPS45 (p=45 kg/m3), is slechts een fractie van de volumieke massa van samendrukbare grondsoorten. Daarom is het technisch bijna altijd mogelijk om voldoende gewichtsreductie te realiseren. De 25 optimale dikte van de EPS laag ligt in de orde van 1,0 m (in plaats van ca. 0,5 m voorheen) om het contactoppervlak te halveren. Hoe kleiner het contactoppervlak hoe beter monolietgedrag van het EPS-pakket waarvan de dikte meer dan 6 meter kan zijn bij hoge ophogingen.

Onder de taludloze EPS-laag wordt hier een laag verstaan bestaande uit de blokken van geëxpandeerd polystyreen hardschuim. Het hoofdprobleem bij de aanleg van nieuwe of verbre-30 ding van bestaande (spoor-/trambaan/snel)wegconstructies in gebieden met weinig draagkrachtige bodem zijn (ongelijkmatige) zettingen. In de praktijk worden verschillende methoden toegepast zoals het aanbrengen van (tijdelijke) voorbelasting met of zonder verticale drains, gebruik van vacuüm (b.v. IWCO methode), diverse types grondstabilisatie, funderen op palen tot vervanging van slecht dragende ondergrond, die de zettingen na voltooiing van een (spoor)weg-35 constructie moeten voorkomen of minstens minimaliseren. Voor alle genoemde methoden kan de implementatie van zettingarme lichtgewicht trambaan- en/of (spoor-/weg)ophogingen en -verbredingen met EPS-laag voor bepaalde ondergrondse condities een alternatief zijn. In het bijzonder kan het alternatief met EPS-laag een optimale oplossing bieden in veengebieden en ter 3 plaatse van aansluitingen met zettingvrije (meestal op palen gefundeerde) constructies als bruggen en andere kunstwerken. De toepassing van EPS-blokken kan niet alleen tot kostenbesparing leiden maar tevens aanzienlijke verkorting van nodige bouwtijd mogelijk maken.

De uitvinding voorziet door de sterk verbeterde mannier van de taludloze toepassing van S EPS-hardschuim zonder enige zijsteun en de daarmee gepaard gaande substantiële gewichtsre-ductie in een principieel nieuwe oplossing voor significante beperking of zelfs eliminering van zettingen bij de aanleg van nieuwe en verbreding van bestaande trambanen en (spoor-/snel)wegen op samendrukbare ondergrond. De ontwerpoplossing met verticale zijkant(en) zonder constructies voor de zijsteun conform dit octrooi is toepasbaar voor alle lichtgewicht tram-10 baan- en (spoor/snel)wegophogingen met EPS. Lage onderhoudskosten (geen of minimale zettingen) en kortere bouwtijd (geen langdurige voorbelasting) zijn de bekende voordelen ten opzichte van traditionele ophoogmaterialen op slecht draagkrachtige grond. Door nu de ophogingen met EPS-blokken met verticale zijkanten uit te voeren, ontstaan de volgende extra voordelen: a) lagere bouwkosten door (tot 1/3) minder lichtgewicht ophoogmateriaal en minder grondonteige-15 ning; b) minder ruimtebeslag zonder taluds; c) kortere bouwtijd door minder ophoogmateriaal en smaller cunet; d) geen bovenbelasting/zetting direct langs de lichtgewicht ophoging; e) (spoor-/snel)wegverbreding mogelijk zonder stabiliteitsafname van de bestaande (ingekorte) taluds; f) geen extra belasting op de ondergrondse infrastructuur direct langs het tracé; g) mogelijke gefaseerde bouw in de dwarsrichting.

2Θ De optimale dikte van een EPS-laag van een taludloos EPS-pakket wordt bepaald op de modelberekeningen met interface-elementen. Zulke elementen tussen EPS-lagen simuleren de wrijving tussen de blokken. Op die manier wordt constructief gedrag van zo'n (spoor)wegop-hoging onder realistische o.a. verkeersbelasting vastgesteld en de ontwerplevensduur bepaald. De optimale dikte van het EPS-pakket wordt bepaald op grond van de evenwichtsberekeningen 25 en de berekening van de veiligheid tegen opdrijven. De evenwichtsberekening dient om de dikte van het taludloze EPS-pakket vast te stellen die resulteert in voldoende reductie of desgewenst zelfs eliminatie van zettingen. Hierbij moet in ogenschouw worden genomen dat opdrijven niet mag voorkomen bij welke grondwaterstand dan ook. In de berekeningen van de veiligheid tegen opdrijven wordt de volumieke massa van EPS in droge toestand als inputwaarde gebruikt. Daar-30 bij heeft het veiligheidscoëfficiënt bij voorkeur een minimale waarde van 1.1. De dikte van de taludloze EPS-laag is alleen van belang voor het totale gewicht van de ophoging maar heeft verder een marginale invloed op het structureel gedrag van de (spoorwegconstructie: de spanningen en rekken in de bovenbouwconstructie zijn nagenoeg onafhankelijk van de dikte van het EPS-pakket.

35 Indien men taludloze lichtgewicht (trambaan-/spoor-/snel)wegconstructie volgens de onder havige uitvinding toepast, kan men in gebieden met samendrukbare ondergrond ook wat onderhoudskosten op lange termijn betreft economischer te werk gaan. Tot op heden veroorzaakten bijv. (keer)muurachtige constructies (bedoeld voor de zijdelingse steun) aan de zijkanten onver- 4 mijdelijk locale belastingconcentratie/zettingen langs de ophogingen. Dientengevolge is het mogelijk bij de aanleg het oorspronkelijke evenwicht niet (of nauwelijks) te verstoren. Geen wezenlijke toename van de korrelspanningen zowel onder als langs het EPS-pakket betekent zo goed als uitsluiten van restzettingen. Daardoor blijft toekomstig onderhoud nog beperkter dan bij tram-5 banen of (spoor-/snel)wegen aangelegd met gebruik van a) lichtgewicht ophogingen met ta-luds/keerwanden of b) van voorbelasting of versnelde zettingmethoden. In de laatste genoemde methoden treden (locale) restzettingen in enige mate praktisch altijd op.

De duurzaamheid van het EPS-hardschuim op lange termijn maakt dit materiaal geschikt voor een ophoog-Zfunderingsmateriaal. Lage temperaturen, wateropname en blootstelling aan 10 vries/dooi cycli, afzonderlijk of gecombineerd, hebben geen negatieve invloed op het mechanisch gedrag van EPS. Met andere woorden de mechanische eigenschappen van EPS worden niet beïnvloed door ondergrondse condities. Wel is hier van essentieel belang dat de EPS-blokken, b.v. in bouwfase, niet worden overbelast. Overbelasting van EPS over de elasticiteits-grens heeft als consequentie een afname van de elasticiteitsmodulus van dit materiaal. Als (ge-15 sloten) celstructuur van het EPS-hardschuim wordt beschadigd neemt de maximale wateropname in sterke mate toe.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van twee voorbeelden verder verduidelijkt worden. Voorbeeld 1

Lichtgewicht (snel)wegverbreding bestaande uit 5,5 m hoge verticaal opgestapelde EPS-blokken 2Θ op een ingekort talud (met de keerwand) is geïllustreerd in Figuur 1.

Voorbeeld 2

In Figuur 2 is een taludloze trambaanophoging (incl. een wegverharding) met een 6,5 m (waarvan 5,0 boven het maaiveld) hoog EPS-pakket met de verticale zijkanten.

25 30 35 1039945

Claims (7)

1. Taludloze lichtgewicht ophoging met verticale opgestapelde EPS-blokken met verticale zijkannen) zonder enige zijdelingse steun (door bijv. een langs liggende keerwandconstructie), S omvattende: Bovenbouw bestaande uit (snel)wegverharding (1) en/of fietspadverharding (6) en/of trambaan (5) en/of spoorconstructie; met het kenmerk: dat de bovenbouw, rusten op een in de bodem aangebrachte onderconstructie, omvattende 10 een taludloze lichtgewicht (ophoog-/fundering)laag, eigenlijk een pakket (2, 5) van het EPS waarvan de soortelijke massa significant lager is dan die van de bodem, alsmede een boven de taludloze lichtgewicht (ophoging-/funderings)laag aangebrachte lastspreidende laag (3, 8). De belangrijkste innovatie is het ontbreken van enige constructieve horizonta-le/zijdelingse ondersteuning van de desbetreffende taludloze ophoging (4,9,10). 15

2. Het toepassen van taludloze lichtgewicht ophogingen, bestaande uit verticaal gestapelde EPS-blokken (2, 5) met een of beide verticale zijkanten (4, 9,10). Dit betekent de aanzienlijk verbeterde/kosteneffectievere mannier van de toepassing van EPS-hardschuim. De lichtgewicht ophogingen met de EPS-blokken worden conform dit octrooi zonder talud(s) en 20 zonder een constructie voor zijdelingse steun gerealiseerd. Tot op heden was er altijd sprake van een zekere zijdelingse steun door bijv. aanleunende (keer)muurachtige constructies welke door eigen gewicht onvermijdelijk in locale belastingconcentratie/zettingen langs de ophogingen (4, 9, 10) resulteerde. Dankzij de uitvinding verdwijnt discontinuïteit van de bovenbelasting op de ondergrond zowel onder als langs de ophoging. De zijdelingse spannin-25 gen veroorzaakt door het eigen gewicht en de verkeersbelasting kunnen namelijk opgevangen worden uitsluitend door de wrijving tussen de EPS-blokken (2, 5). De wrijving tussen de EPS-blokken is voldoende om voor adequate samenhang van het EPS-pakket (2, 5) te zorgen in de eindsituatie. Dankzij enerzijds relatief hoge wrijvingscoëfficiënt (0,65) tussen de EPS-blokken en anderzijds een lage dwarscontractiecoëfficiënt (Poisson ratio=0,1) is er 30 geen aanvullende maatregel nodig.

Tussen de EPS-lagen zijn geen lastspreidende of geo-metriecorrigerende tussenlagen nodig. 1 1039945 Bovenbouw volgens conclusie 1, waarbij de taludloze lichtgewicht EPS-pakket althans ten dele is aangebracht in een in de bodem of een bestaand talud gegraven cunet, en waarbij 35 het gewicht van het uit het cunet verwijderde bodem-/taludmateriaal ongeveer gelijk is aan het gewicht van de weg-/fietspadverharding en/of spoor/-trambaanconstructie, de lastspreidende laag en de taludloze lichtgewicht (ophoging-/funderings)laag, onder de voorwaarde dat bij de meest ongunstige grondwaterstand geen opdrijven mag plaatsvinden en de korrel- spanning op het grensvlak tussen taludloze lichtgewicht funderingslaag/-ophoging en ondergrond nagenoeg gelijk is aan de korrelspanning in de oorspronkelijke situatie voor ont-graving.

4. Bovenbouw volgens conclusie 1, waarbij de taludloze lichtgewicht EPS-pakket althans ten dele is aangebracht in een in de bodem of een bestaand talud gegraven cunet, en waarbij het gewicht van het uit het cunet verwijderde bodem-/taludmateriaal ongeveer gelijk is aan het gewicht van de weg-/fietspadverharding en/of spoor/-trambaanconstructie, de lastsprei-dende laag en de taludloze lichtgewicht (ophoging-/funderings)laag, onder de voorwaarde 10 dat bij de meest ongunstige grondwaterstand geen opdrijven mag plaatsvinden en de korrel spanning op het grensvlak tussen taludloze EPS-pakket en ondergrond slechts beperkt groter is dan de korrelspanning in de oorspronkelijke situatie voor ontgraving met acceptabeel kleine (rest)zettingen ten gevolg daarvan.

5. Spoor-, trambaan- of (snel)wegconstructie volgens conclusie 1-4, waarbij het taludloze licht gewicht pakket het EPS omvat met een soortelijke massa in het gebied van 10 tot 50, bij voorkeur in het gebied van 15 tot 35 kg/m1. De optimale dikte van een EPS-laag (van het EPS-pakket) wordt bepaald middels de modelberekeningen met interface-elementen. Zulke elementen tussen de EPS-lagen simuleren de wrijving tussen de blokken. 20

6. Spoor-, trambaan- of (snel)wegconstructie volgens één der conclusies 1-5, waarbij de last-spreidende laag wordt gevormd door een buigstijve plaat, bijvoorbeeld van beton en additionele lastspreidende (verhardings)lagen. De (cementgebonden) buigstijve plaat moet eveneens horizontale componenten van de verkeersbelastingen afdoende spreiden. 25

7. Spoor-, trambaan of (snel)wegconstructie volgens één der conclusies 1-6, waarbij de lastspreidende laag een dusdanige dikte heeft, dat in samenwerking met de bovenbouw (in de vorm van (on)gebonden verhardingslagen of spoor-/trambaanconstructie) een permanente deformatie van het taludloze lichtgewicht EPS-pakket met verticale zijkant(en) wordt verme- 30 den. 2 1039945 2 Welke afdekkingmateriaal dan ook aan de buitenzijde(en) van het taludloze EPS-pakket wordt toegepast zal er geen sprake zijn van constructieve bijdrage. Wel heeft het afdekkingmateriaal een beschermende functie gezien gevoeligheid van het EPS voor zonnelicht en gg vandalisme. Vaak moet het afdekkingmateriaal esthetisch acceptabel zijn en bij de omge ving passen.