ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΩΝ

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΩΝ"

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ, ΣΥΓΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗΣ ΥΠΟΔΟΜΗΣ, ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΕΡΓΩΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΥ Δ. ΜΑΝΘΟΥ Διπλωματούχου Πολιτικού Μηχανικού Α.Π.Θ. ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΩΝ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 ΕΥΑΓΓΕΛΟΥ Δ. ΜΑΝΘΟΥ ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΩΝ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Τομέας Μεταφορών, Συγκοινωνιακής Υποδομής, Διαχείρισης Έργων και Ανάπτυξης, Εργαστήριο Οδοποιίας Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 16 Μαρτίου 2009 ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Καθηγητής Α. Νικολαΐδης, Επιβλέπων Καθηγητής Α. Μουρατίδης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Ομοτ. Καθ. Γ. Τσώχος, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής N. Οικονόμου, Εξεταστής Καθηγητής Γ. Μίντσης, Εξεταστής Αναπλ. Καθηγητής Ν. Ηλιού, Εξεταστής Επικ. Καθηγητής Α. Κοκκάλης, Εξεταστής

3 Ευάγγελος Δ. Μάνθος Α.Π.Θ. ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΩΝ ISBN «Η έγκριση της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως» (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ. 2)

4 Στην κυρά Ρίνα μου, Ποτέ δε θα συγχωρήσω στον εαυτό μου, το ότι δεν ήμουν εκεί όταν «έφυγε» Va ya con dio mi vieja Στους γονείς και την αδερφή μου, Χωρίς αυτούς το όνειρο δε θα γινόταν ποτέ πραγματικότητα

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Δύο από τις βασικότερες μηχανικές ιδιότητες των ασφαλτικών σκυροδεμάτων, είναι το μέτρο δυσκαμψίας και η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Το μέτρο δυσκαμψίας επηρεάζει άμεσα τη διαστασιολόγηση των οδοστρωμάτων, ενώ η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση αποτελεί μέτρο της συμπεριφοράς των ασφαλτικών στρώσεων σε παραμένουσα παραμόρφωση. Στην παρούσα διατριβή αρχικά αναφέρονται οι Ευρωπαϊκές προδιαγραφές, οι οποίες ορίζουν τα ασφαλτικά σκυροδέματα και οι απαιτήσεις που καθορίζουν αυτές για τις χαρακτηριστικές τους ιδιότητες. Κατόπιν, γίνεται διερεύνηση της διεθνούς βιβλιογραφίας για το μέτρο δυσκαμψίας και την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Η διερεύνηση αυτή περιελάμβανε τους παράγοντες που επηρεάζουν τις παραπάνω μηχανικές ιδιότητες, τους τρόπους μέτρησης και εκτέλεσης των αντίστοιχων εργαστηριακών δοκιμών, καθώς και τον ορισμό τους από τις σύγχρονες Ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Από τη διερεύνηση της διεθνούς βιβλιογραφίας για το μέτρο δυσκαμψίας, προέκυψε ότι αυτό εξαρτάται από τον τύπο των αδρανών, το ποσοστό της παιπάλης στο ασφαλτόμιγμα, τον τύπο και το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου, τις ογκομετρικές ιδιότητες του ασφαλτομίγματος (όγκο ασφάλτου και όγκο κενών), το βαθμό οξείδωσης του ασφαλτομίγματος, τη θερμοκρασία ελέγχου και τις συνθήκες φόρτισης, τη μορφή και μάζα του δοκιμίου που ελέγχεται, το λόγο Poisson (δοκιμή έμμεσης διάτμησης) και τέλος τη συσκευή που εκτελεί τον έλεγχο. Επιπροσθέτως, διερευνήθηκαν οι υπάρχουσες εξισώσεις προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας. Από τη διερεύνηση αυτή, πρόεκυψε ότι όλες οι εξισώσεις προσδιορισμού που προέρχονται από τη διεθνή βιβλιογραφία, αναφέρονται σε κοινές ασφάλτους και δεν κάνουν διάκριση στα είδη των αδρανών υλικών που χρησιμοποιούνται. Όσον αφορά την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων, σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, αυτή εξαρτάται από τους κάτωθι παράγοντες: α) τα αδρανή υλικά και ειδικότερα την κοκκομετρική καμπύλη του μίγματος των αδρανών, τη γωνιότητα αυτών και το ποσοστό της παιπάλης στο μίγμα, και β)τον τύπο, τις ιδιότητες και το υψηλό ποσοστό της ασφάλτου. Κατά τη διερεύνηση της διεθνούς βιβλιογραφίας αναφέρθηκαν επίσης τα μοντέλα

6 παραμένουσας παραμόρφωσης που έχουν αναπτυχθεί παγκοσμίως, καθώς και οι εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης τρόποι διερεύνησης της, συμπεριλαμβανομένων και αυτών που ορίζονται από τις πρόσφατες Ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Βάσει των παραπάνω η παρούσα διδακτορική διατριβή καλείται να καλύψει τους εξής στόχους: α) διερεύνηση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των ασφαλτικών σκυροδεμάτων που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας αυτών, μεταβάλλοντας τον τύπο της ασφάλτου και το είδος των αδρανών υλικών, κυρίως σε ασφαλτομίγματα που παράγονται στο εργαστήριο, αλλά και σε μόνιμη εγκατάσταση, β)ανάπτυξη μοντέλων-εξισώσεων προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας από θεμελιώδεις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ασφαλτικών σκυροδεμάτων (μεταβάλλοντας επίσης τον τύπο της ασφάλτου και το είδος των αδρανών υλικών) γ) διερεύνηση της συμπεριφοράς των ασφαλτικών σκυροδεμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση συναρτήσει του τύπου της ασφάλτου, ποσοστού ασφάλτου και βαθμού συμπύκνωσης σε διακριτές θερμοκρασίες ελέγχου και δ) αξιολόγηση των εν ισχύ προδιαγραφών για παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Για την επίτευξη των παραπάνω, χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι ασφάλτων και δύο τύποι αδρανών υλικών σε ασφαλτικά σκυροδέματα, τα οποία παρήχθησαν στο εργαστήριο αλλά και σε μόνιμη εγκατάσταση. Οι δύο τύποι ασφάλτου είναι η άσφαλτος 50/70 και η τροποποιημένη με SBS άσφαλτος 25-55/70. Οι δύο τύποι των αδρανών που χρησιμοποιήθηκαν είναι ασβεστολιθικά και διαβασικά αδρανή υλικά. Τα ασφαλτικά σκυροδέματα που παρήχθησαν ήταν δύο κλειστού τύπου, με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 20mm (ΑΣ 20) και 12,5mm (ΑΣ 12,5) τα οποία χρησιμοποιούνται για συνδετικές στρώσεις και ασφαλτική βάση και ένα ασφαλτικό σκυρόδεμα ημι-ανοικτού τύπου, για λεπτές επιφανειακές στρώσεις με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 10 mm (ΑΛΕΣ 10). Στα παραπάνω ασφαλτομίγματα (δώδεκα συνολικά με τις διαφοροποιήσεις τύπου ασφάλτου, τύπου αδρανών και τύπο ασφαλτικού μίγματος) εξετάστηκε η επίδραση εννέα παραμέτρων (ποσοστό ασφάλτου, ενεργό ποσοστό ασφάλτου, ποσοστό κενών αέρος, ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών, ποσοστό κενών που γέμισαν με άσφαλτο Ευστάθεια Marshall, παραμόρφωση Marshall, λόγος παιπάλης/ασφάλτου και πάχος υμένα ασφάλτου) και o τρόπος παραγωγής αυτών, στο μέτρο δυσκαμψίας τους. Ο προσδιορισμός του μέτρου δυσκαμψίας έγινε με την τυποποιημένη μεθοδολογία κατά ΕΝ , Annex C.

7 Για τη διερεύνηση της παραμένουσας παραμόρφωσης, εξετάστηκαν δύο ασφαλτομίγματα (ΑΣ 20 με ασβεστολιθικά υλικά) με διαφορετικούς τύπους ασφάλτου (κοινή και τροποποιημένη άσφαλτο). Στα ασφαλτομίγματα αυτά, διερευνήθηκε η επίδραση του ποσοστού της ασφάλτου (+0,5% και -0,4% από τη βέλτιστη), του βαθμού συμπύκνωσης (97% και 100%) και της θερμοκρασίας ελέγχου (45ºC και 60ºC) με τη χρήση πέντε διαφορετικών δοκιμών, από πρόσφατες εν ισχύ προδιαγραφές (Ευρωπαϊκές ΕΝ) και (Βρετανικές BS). Από τις πέντε δοκιμές, οι τρείς ήταν δοκιμές ερπυσμού (μία κατά ΕΝ και Δύο κατά BS) και οι δύο τροχοαυλάκωσης (μία κατά EN και μία κατά BS). Από τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών, όσον αφορά το μέτρο δυσκαμψίας, προέκυψε ποιές από τις εννέα παραμέτρους που εξετάστηκαν έχουν στατιστικά σημαντική επιρροή σε αυτό. Με βάση το παραπάνω αναπτύχθηκαν επτά πρωτότυπες μαθηματικές εξισώσεις, από τις οποίες μπορεί να υπολογιστεί το μέτρο δυσκαμψίας των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Σημειώνεται ότι οι εξισώσεις αυτές λαμβάνουν υπόψη τους τον τύπο του ασφαλτομίγματος, τον τύπο της ασφάλτου και το είδος των αδρανών. Κατά τη διερεύνηση της παραμένουσας παραμόρφωσης, προέκυψε ότι ο τύπος της ασφάλτου και ο βαθμός συμπύκνωσης είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν έντονα τη συμπεριφορά των ασφαλτικών σκυροδεμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση, εντός αποδεκτών ορίων της μελέτης σύνθεσης. Επιπροσθέτως το ποσοστό της ασφάλτου, όταν αυτό κυμαίνεται εντός των επιτρεπτών ορίων από το βέλτιστο, επηρεάζει τη συμπεριφορά του ασφαλτικού σκυροδέματος, όταν ο έλεγχος γίνεται με τη μεθοδολογία που προτείνεται από την ΕΝ , Διαδικασία Β. Τέλος στην παρούσα διατριβή τεκμηριώνεται η αναγκαιότητα ύπαρξης οριακών τιμών χαρακτηριστικών ιδιοτήτων τροχοαυλάκωσης, όταν η δοκιμή εκτελείται κατά ΕΝ , Διαδικασία Β, καθώς και η αλλαγή των υπαρχόντων οριακών τιμών, όταν η δοκιμή εκτελείται κατά ΒS

8 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους, συνέβαλαν στην εκπόνηση της: Από καρδιάς θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της διατριβής κ. Αθ. Νικολαΐδη, Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, για την καθοδήγηση, τη διάθεση του προσωπικού του χρόνου,την απλόχερη διάθεση της προσωπικής εμπειρίας και γνώσης του στα θέματα των οδοστρωμάτων και των ασφαλτικών μιγμάτων, καθώς και την ουσιαστική συμβολή του στο στάδιο συγγραφής της διατριβής. Τον ευχαριστώ επίσης, για την εμπιστοσύνη που έδειξε στο πρόσωπο μου, από την πρώτη στιγμή που με γνώρισε. Τα μέλη της τριμελούς επιτροπής κ. Α Μουρατίδη Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών για το συνεχές και αδιάλειπτο ενδιαφέρον του σχετικά με την εξέλιξη της διδακτορικής μου διατριβής και τον κ. Γ. Τσώχο Ομότιμο Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών για τις συμβουλές, τις συνεχείς παραινέσεις του για την ολοκλήρωση τις διατριβής και τις υποδείξεις-διορθώσεις του στο τελικό κείμενο αυτής. Το προσωπικό του Τομέα Μεταφορών Συγκοινωνιακής υποδομής και Διαχείρισης Έργων και Ανάπτυξης για τη βοήθεια και συνεργασία τους. Τη Μαρία Σαραφείδου, τον Κίμωνα Γκολογκίνα και τον Γιώργο Τζιμήρη, που κατά καιρούς εργάστηκαν μαζί μου στο Εργαστήριο Οδοποιίας του ΑΠΘ. Επίσης τους συνοδοιπόρους στο δύσκολο ταξίδι του μεταπτυχιακού φοιτητή, Βασίλειο Τσιγγέλη, Λύσανδρο Παντελίδη, Γρηγόρη Μανούκα και Γιώργο Αρετούλη για την ψυχολογική υποστήριξη και φιλία τους. Τη Γλυκερία μου για την υπομονή της, τη συνεχή συμπαράσταση και την επιμέλεια των κειμένων της διατριβής. Τέλος, αλλά σίγουρα όχι τελευταίους, τους γονείς και την αδελφή μου για τη συμπαράσταση και την υπομονή τους, ιδιαίτερα τον τελευταίο καιρό της εκπόνησης της διατριβής.

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Διάρθρωση της διατριβής ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 2.1 Γενικά Ιδιότητες υλικών που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων Αδρανή υλικά Τύπος αδρανών υλικών Κοκκομετρική διαβάθμιση αδρανών υλικών Σχήμα και υφή των κόκκων των αδρανών υλικών Ποσοστό παιπάλης Άσφαλτος Τύπος ασφάλτου Ιδιότητες ασφάλτου Ασφαλτικά μίγματα-ασφαλτικό Σκυρόδεμα Ασφαλτικό σκυρόδεμα Ασφαλτικό σκυρόδεμα για λεπτή επιφανειακή στρώση Μέτρο δυσκαμψίας Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Παράγοντες που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση του τύπου των αδρανών στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση του ποσοστού της παιπάλης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση του τύπου της ασφάλτου στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος

10 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ii Επίδραση των ογκομετρικών ιδιοτήτων του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση της θερμοκρασίας και των συνθηκών φόρτισης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση της οξείδωσης του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση της συμπύκνωσης του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση της μορφής, του μεγέθους και της μάζας του δοκιμίου στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση στο μέτρο δυσκαμψίας της προσθήκης ακρυλικών ινών στο ασφαλτόμιγμα Επίδραση του λόγου Poisson στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Επίδραση της μεθόδου μέτρησης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών μιγμάτων Μέθοδος κάμψης δύο σημείων σε δοκίμια τραπεζοειδούς ή πρισματικού σχήματος Μέθοδος κάμψης τριών ή τεσσάρων σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Μέθοδος έμμεσης διάτμησης σε κυλινδρικά δοκίμια Μέθοδος άμεσου εφελκυσμού-θλίψης σε κυλινδρικά δοκίμια Μέθοδος άμεσου εφελκυσμού σε κυλινδρικά ή πρισματικά δοκίμια Μοντέλα-εξισώσεις υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας των ασφαλτικών μιγμάτων Γενικές παρατηρήσεις σχετικά με όσα αναφέρθηκαν για το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Παραμένουσα παραμόρφωση Παραμένουσα παραμόρφωση ευκάμπτων οδοστρωμάτων Παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών μιγμάτων Επίδραση των αδρανών υλικών στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων...61

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ iii Επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης των αδρανών στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Επίδραση της γωνιότητας των αδρανών στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Επίδραση της παιπάλης στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Επίδραση της ασφάλτου στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Επίδραση του ποσοστού των κενών αέρος στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Μοντέλα παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων Εξισώσεις πρόβλεψης παραμένουσας παραμόρφωσης Εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης της παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων Γενικές παρατηρήσεις σχετικά με όσα αναφέρθηκαν για την παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτομίγματος ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ-ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ Γενικά Αδρανή υλικά Άσφαλτος Συσκευή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας Συσκευή εκτέλεσης δοκιμής ερπυσμού με δυναμικό φορτίο Συσκευή τροχοαυλάκωσης ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΜΕΤΡΟΥ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ Γενικά Υπολογιστικές σχέσεις για του παράγοντες που ελήφθησαν υπόψη στη διερεύνηση του μέτρου δυσκαμψίας

12 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ iv 5.3 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας συναρτήσει του τύπου του ασφαλτικού μίγματος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας συναρτήσει του τύπου του αδρανούς υλικού Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας συναρτήσει του τύπου της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας συναρτήσει της παραγωγής του ασφαλτομίγματος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας συναρτήσει χαρακτηριστικών παραμέτρων ασφαλτομίγματος Μεταβολή μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με κοινή άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή, εργαστηριακή παραγωγή ασφαλτομιγμάτων Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με κοινή άσφαλτο και διαβασικά αδρανή, εργαστηριακή παραγωγή ασφαλτομιγμάτων Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο 140

13 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ v Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου Μεταβολή μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή εργαστηριακή παραγωγή μιγμάτων Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος του υμένα ασφάλτου Μεταβολή μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή, εργαστηριακή παραγωγή ασφαλτομιγμάτων Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου..159

14 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vi Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος του υμένα ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή, παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος του υμένα ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή, Παρασκευή σε μόνιμη εγκατάσταση Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου Συμπεράσματα

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vii 6 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΠΡΟΒΛΕΨΗΣ ΤΟΥ ΜΕΤΡΟΥ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ Γενικά Στατιστική ανάλυση με όλους τους τύπους των ασφαλτικών σκυροδεμάτων ως ασφαλτικό σκυρόδεμα Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδεμάτος με άσφαλτο 50/70 και ασβεστολιθικά αδρανή(παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδεμάτος με άσφαλτο 50/70 και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδεμάτος με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο, ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών σκυροδεμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο, διαβασικά αδρανή (παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση) Στατιστική ανάλυση ανά τύπο ασφαλτικού σκυροδέματος, τύπο ασφάλτου και τύπο αδρανούς υλικού Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με άσφαλτο 50/70 και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 12,5 με άσφαλτο 50/70 και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με άσφαλτο 50/70 και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 12,5 με άσφαλτο 50/70 και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΛΕΣ 10 με άσφαλτο 50/70 και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο)

16 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ viii Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 12,5 με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 12,5 με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΛΕΣ10 με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή (παραγωγή στο εργαστήριο) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση) Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με τροποποιημένη άσφαλτο και ασβεστολιθικά αδρανή (παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Εξίσωση προσδιορισμού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος ΑΣ 20 με τροποποιημένη άσφαλτο και διαβασικά αδρανή (παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση) Συμπεράσματα ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ Γενικά Αποτελέσματα δοκιμών ερπυσμού

17 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ix Ασφαλτομίγματα με κοινή άσφαλτο Ασφαλτομίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο Σύγκριση αποτελεσμάτων ερπυσμού ασφαλτομιγμάτων με κοινή και τροποποιημένη άσφαλτο Δοκιμές τροχοαυλάκωσης Δοκιμή τροχοαυλάκωσης ασφαλτομιγμάτων με κοινή άσφαλτο και βαθμό συμπύκνωσης στο 97% και 100% της πυκνότητας του βέλτιστου ποσοστού Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων κατά BS Ανάλυση αποτελεσμάτων κατά ΕΝ Δοκιμή τροχοαυλάκωσης ασφαλτομιγμάτων με κοινή άσφαλτο και βαθμό συμπύκνωσης στο 97% της πυκνότητας του εκάστοτε ποσοστού Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων κατά BS Ανάλυση αποτελεσμάτων κατά ΕΝ Δοκιμή τροχοαυλάκωσης σε ασφαλτομίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο και βαθμό συμπύκνωσης 97% της πυκνότητας του εκάστοτε ποσοστού Στατιστική ανάλυση αποτελεσμάτων κατά BS Ανάλυση αποτελεσμάτων κατά ΕΝ Σύγκριση αποτελεσμάτων με κοινή και τροποποιημένη άσφαλτο και βαθμό συμπύκνωσης στο 97% της πυκνότητας του εκάστοτε ποσοστού Αποδοχή και σύγκριση ασφαλτομιγμάτων Συμπεράσματα ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 222 ΤΕΥΧΟΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΩΝ

18 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ x ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Τύποι και ιδιότητες ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές...10 Πίνακας 2.2 Κατηγορίες θεμελιωδών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές Πίνακας 2.3 Κατηγορίες τεχνικών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές..13 Πίνακας 2.4 Τυπικές διαβαθμίσεις ασφαλτικού σκυροδέματος, σετ Πίνακας 2.5 Τυπικές διαβαθμίσεις ασφαλτικού σκυροδέματος, σετ Πίνακας 2.6 Κατηγορίες χαρακτηριστικών ιδιοτήτων Ασφαλτικού Σκυροδέματος...22 Πίνακας 2.7 Κατηγορίες ελάχιστου μέτρου δυσκαμψίας Ασφαλτικού Σκυροδέματος...23 Πίνακας 2.8 Κατηγορίες μέγιστου μέτρου δυσκαμψίας Ασφαλτικού Σκυροδέματος Πίνακας 2.9 Κατηγορίες μέγιστου ρυθμού παραμόρφωσης Ασφαλτικού Σκυροδέματος.24 Πίνακας 2.10 Κατηγορίες μέγιστου ποσοστιαίου βάθους τροχοαυλάκωσης για μεγάλου μεγέθους συσκευές για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα...24 Πίνακας 2.11 Κατηγορίες μέγιστου ρυθμού τροχοαυλάκωσης για μικρού μεγέθους συσκευές- Διαδικασία Β περιβάλλον ελέγχου ο αέρας, για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα...25 Πίνακας 2.12 Κατηγορίες μέγιστου βάθους τροχοαυλάκωσης για μικρού μεγέθους συσκευές- Διαδικασία Β περιβάλλον ελέγχου ο αέρας, για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα...25 Πίνακας 2.13 Τυπικές διαβαθμίσεις ΑΣ λεπτής στρώσης, σετ Πίνακας 2.14 Τυπικές διαβαθμίσεις ΑΣ λεπτής στρώσης, σετ Πίνακας 2.15 Ποσοστό κενών V g κατά ΕΝ Πίνακας 2.16 Ποσοστό κενών V i ή V v κατά ΕΝ Πίνακας 2.17 Ελάχιστος λόγος εφελκυστικών αντοχών, ITSR Πίνακας 2.18 Κατηγορίες μέγιστου ποσοστιαίου βάθους τροχοαυλάκωσης για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα για λεπτές στρώσεις Πίνακας Μέτρα δυσκαμψίας ασφαλτομιγμάτων με γρανιτικά και ασβεστολιθικά αδρανή..33 Πίνακας 2.20 Μέτρα δυσκαμψίας ασφαλτομιγμάτων με διαφορετικά αδρανή...34 Πίνακας 2.21 Μέτρο δυσκαμψίας για διάφορους τρόπους εργαστηριακής συμπύκνωσης...44 Πίνακας 2.22 Παράγοντες μ και γ για διαφορετικές συνθήκες φόρτισης...45 Πίνακας 2.23 Παράγοντες μ και γ για διαφορετικές συνθήκες φόρτισης...46 Πίνακας 2.24 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο Poisson Πίνακας.2.25 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας σε σχέση με τον τρόπο ελέγχου...48

19 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xi Πίνακας 2.26 Τιμές παραμέτρων Α...56 Πίνακας 2.27 Εισδυτικότητα και μάλθωση ασφάλτων που χρησιμοποιήθηκαν από τον Tayfour κ.α.81 Πίνακας 2.28 Συνθήκες ελέγχου για τις δοκιμές ερπυσμού των Βρετανικών προδιαγραφών.96 Πίνακας 2.29 Συνθήκες ελέγχου για τις δοκιμές ερπυσμού των Ευρωπαϊκών προδιαγραφών..98 Πίνακας 4.1 Πλάνο εργαστηριακών ερευνών για τη διερεύνηση του μέτρου δυσκαμψίας.109 Πίνακας 4.2 Πλάνο εργαστηριακών ερευνών για διερεύνηση της παραμένουσας παραμόρφωσης Πίνακας 4.3 Ιδιότητες κοινής και τροποποιημένης ασφάλτου Πίνακας 4.4 Συνθήκες ελέγχου για τη δοκιμή εκτέλεσης ερπυσμού με δυναμικό φορτίο Πίνακας 4.5 Συνθήκες ελέγχου για τη δοκιμή τροχοαυλάκωσης Πίνακας 5.1 Χαρακτηριστικές τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά μίγμα Πίνακας 5.2 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας για ΑΣ 20 και ΑΣ12,5.121 Πίνακας 5.3 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας μεταξύ ΑΣ20 ΑΣ12,5 και ΑΛΕΣ Πίνακας 5.4 Χαρακτηριστικές τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά τύπο αδρανούς Πίνακας 5.5 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας για ασβεστολιθικά και διαβασικά αδρανή..124 Πίνακας 5.6 Χαρακτηριστικές τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά τύπο ασφάλτου..124 Πίνακας 5.7 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας για ΑΣ 20 και ΑΣ12,5.125 Πίνακας 5.8 Χαρακτηριστικές τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά είδος παραγωγής για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή Πίνακας 5.9 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή, ως προς τον τρόπο παραγωγής τους Πίνακας 5.10 Χαρακτηριστικές τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά είδος παραγωγής για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή Πίνακας 5.11 Έλεγχος στατιστικής σημαντικότητας μέτρου δυσκαμψίας για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή, ως προς τον τρόπο παραγωγής τους Πίνακας 6.1 Εξισώσεις προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας Πίνακας 7.1 Ογκομετρικές ιδιότητες μιγμάτων με άσφαλτο 50/ Πίνακας 7.2 Ογκομετρικές ιδιότητες μιγμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο 25-55/ Πίνακας 7.3 Χαρακτηριστικά μεγέθη ερπυσμού για μίγματα με άσφαλτο 50/

20 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xii Πίνακας 7.4 Κατηγοριοποίηση των ρυθμών παραμόρφωσης κατά ΕΝ , για τα ασφαλτομίγματα με κοινή άσφαλτο Πίνακας 7.5 Χαρακτηριστικά μεγέθη ερπυσμού για ασφαλτομίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο 25-55/ Πίνακας 7.6 Κατηγοριοποίηση των ρυθμών παραμόρφωσης κατά ΕΝ , για τα ασφαλτομίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο Πίνακας 7.7 Χαρακτηριστικές ιδιότητες ασφαλτομιγμάτων Πίνακας 7.8 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά BS Πίνακας 7.9 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά ΕΝ Πίνακας 7.10 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης του ποσοστού της ασφάλτου Πίνακας 7.11 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης του βαθμού συμπύκνωσης..213 Πίνακας 7.12 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης της θερμοκρασίας ελέγχου..214 Πίνακας 7.13 Κατηγοριοποίηση των μιγμάτων βάσει της ΕΝ Πίνακας 7.14 Χαρακτηριστικές ιδιότητες ασφαλτομιγμάτων με 50/70 στο 97% του εκάστοτε ποσοστού..216 Πίνακας 7.15 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά BS Πίνακας 7.16 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά ΕΝ Πίνακας 7.17 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης του ποσοστού της ασφάλτου Πίνακας 7.18 Κατηγοριοποίηση των μιγμάτων βάσει της ΕΝ Πίνακας 7.19 Χαρακτηριστικές ιδιότητες ασφαλτομιγμάτων με 25-55/70 στο 97% του εκάστοτε ποσοστού Πίνακας 7.20 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά BS Πίνακας 7.21 Μέσος ρυθμός τροχοαυλάκωσης και μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης κατά ΕΝ Πίνακας 7.22 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης του ποσοστού της ασφάλτου Πίνακας 7.23 Κατηγοριοποίηση των μιγμάτων βάσει της ΕΝ Πίνακας 7.24 Ανάλυση σημαντικότητας της επίδρασης του τύπου της ασφάλτου...221

21 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xiii Πίνακας 7.25 Οριακές απαιτήσεις χαρακτηριστικών ιδιοτήτων τροχοαυλάκωσης...222

22 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xiv ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2.1 Μηχανική συμπεριφορά ασφάλτου συναρτήσει του χρόνου φόρτισης και της θερμοκρασίας...16 Σχήμα 2.2 Νομογράφημα Van der Poel για την εκτίμηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου...19 Σχήμα 2.3 Συνθήκες φόρτισης κατά τον ορισμό του μιγαδικού μέτρου απόκρισης...31 Σχήμα 2.4 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης ασφάλτου...31 Σχήμα 2.5 Επίδραση της τροποποιημένης ασφάλτου στο ΜΔ ΑΣΦ...36 Σχήμα.2.6 Νομογράφημα εκτίμησης Μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος...37 Σχήμα 2.7 Εξέλιξη του μέτρου δυσκαμψίας με τη θερμοκρασία ή το χρόνο φόρτισης..38 Σχήμα 2.8 Μεταβολή του ΜΔ ΑΣΦ με τη θερμοκρασία σε τάση επιβολής 100KN/m Σχήμα 2.9 Μεταβολή του ΜΔ ΑΣΦ με τη θερμοκρασία σε τάση επιβολής 300KN/m Σχήμα 2.10 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας και της γωνίας φάσης για επιβαλλόμενη τάση 120μ στους 25ºC...40 Σχήμα 2.11 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας για επιβαλλόμενη τάση 300μ στους 15ºC.40 Σχήμα 2.12 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας και της γωνίας φάσης για επιβαλλόμενη τάση 120μ...41 Σχήμα 2.13 Μεταβολή του Μέτρου δυσκαμψίας σε σχέση με την οξείδωση των μιγμάτων.43 Σχήμα 2.14 Αποτίμηση καταπονήσεων των οδοστρωμάτων στην Ευρώπη...59 Σχήμα 2.15 Ανάπτυξη της τροχοαυλάκωσης στα ασφαλτικά μίγματα...60 Σχήμα 2.16 Επιρροή των κενών μίγματος 9,5 mm στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση...63 Σχήμα 2.17 Επιρροή των κενών μίγματος 19 mm στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση...64 Σχήμα 2.18 Επίδραση του διερχόμενου ποσοστού του 4,75mm κόσκινου, στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση...64 Σχήμα 2.19 Διάγραμμα απεικόνισης καμπυλών Fuller...65 Σχήμα 2.20 Διάγραμμα απεικόνισης καμπυλών Fuller με κόσκινα υψωμένα στη 0,45 δύναμη..66 Σχήμα 2.21 Κρίσιμη περιοχή και όρια για ΑΣ Σχήμα 2.22 Γραμμική απεικόνιση μιας τυπικής συμπεριφοράς σε ερπυσμό και αποφόρτιση ασφαλτικώνμιγμάτων με 0% φυσική άμμο σε υψηλό ποσοστό κενών...72 Σχήμα 2.23 Γραμμική απεικόνιση μιας τυπικής συμπεριφοράς σε ερπυσμό και αποφόρτιση ασφαλτικών μιγμάτων με 40% φυσική άμμο σε υψηλό ποσοστό κενών...73

23 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xv Σχήμα 2.24 Επίδραση της ασβεστολιθικής παιπάλης στο βάθος τροχοαυλάκωσης...75 Σχήμα 2.25 Ιδανικές αποκρίσεις ενός ελαστικού, ενός ιξώδους και ενός ιξωδοελαστικού υλικού 77 Σχήμα 2.26 Μεταβολή του βάθους τροχοαυλάκωσης σε σχέση με το ποσοστό ασφάλτου. 78 Σχήμα 2.27 Παραμορφωσιμότητα ασφάλτων με διαφορετικές γωνίες φάσης δ...80 Σχήμα 2.28 Παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών μιγμάτων με διαφορετικές ασφάλτους...81 Σχήμα 2.29 Μεταβολή της παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων με το ποσοστό κενών...82 Σχήμα 2.30 Παραμένουσα παραμόρφωση 20mm για μίγματα με 7% και 9% κενά..83 Σχήμα 2.31 Τυπική καμπύλη παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων 84 Σχήμα 2.32 Πρότυπο Maxwell και συνθήκες τάσης παραμόρφωσης...86 Σχήμα 2.33 Πρότυπο Kelvin και συνθήκες τάσης παραμόρφωσης...88 Σχήμα 4.1 Κοκκομετρικές καμπύλες για το μίγμα ΑΣ Σχήμα 4.2 Κοκκομετρικές καμπύλες για το μίγμα ΑΣ 12, Σχήμα 4.3 Κοκκομετρικές καμπύλες για το ΑΛΕΣ Σχήμα 5.1 Μέγιστες-ελάχιστες τιμές του μέτρου δυσκαμψίας ανά τύπο ασφαλτομίγματος 122 Σχήμα 5.2 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο..128 Σχήμα 5.3 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.4 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.5 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο- Παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.6 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο- Παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.7 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο...132

24 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xvi Σχήμα 5.8 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.9 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.10 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.11 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.12 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.13 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.14 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.15 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.16 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο..141 Σχήμα 5.17 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.18 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με τον λόγο παιπάλης/ ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο...143

25 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xvii Σχήμα 5.19 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος του υμένα ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και κοινή άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.20 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.21 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.22 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.23 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.24 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.25 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.26 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.27 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.28 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο...152

26 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xviii Σχήμα 5.29 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.30 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.31 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.32 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο- Παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.33 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο- Παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.34 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.35 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.36 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.37 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή στο εργαστήριο Σχήμα 5.38 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση...162

27 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xix Σχήμα 5.39 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.40 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.41 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.42 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό των κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.43 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.44 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.45 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.46 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το πάχος υμένα ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.47 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.48 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ενεργό ποσοστό της ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση...170

28 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xx Σχήμα 5.49 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό κενών αέρος για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.50 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.51 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το ποσοστό κενών που γέμισαν με άσφαλτο για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.52 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την ευστάθεια Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.53 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με την παραμόρφωση Marshall για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.54 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 5.55 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης/ασφάλτου για ασφαλτομίγματα με διαβασικά αδρανή και τροποποιημένη άσφαλτο-παραγωγή σε μόνιμη εγκατάσταση Σχήμα 7.1 Κοκκομετρική καμπύλη ΑΣ 20 για ελέγχους παραμένουσας παραμόρφωσης..201 Σχήμα 7.2 Ρυθμός παραμόρφωσης για τα μίγματα με κοινή άσφαλτο..203 Σχήμα 7.3 Αξονική παραμόρφωση για τα μίγματα με κοινή άσφαλτο βάσει των Βρετανικών προδιαγραφών Σχήμα 7.4 Αξονική παραμόρφωση για τα μίγματα με κοινή άσφαλτο βάσει της Ευρωπαϊκής προδιαγραφής Σχήμα 7.5 Ρυθμός παραμόρφωσης για τα μίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο 207 Σχήμα 7.6 Αξονική παραμόρφωση για τα μίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο βάσει των Βρετανικών προδιαγραφών Σχήμα 7.7 Αξονική παραμόρφωση για τα μίγματα με τροποποιημένη άσφαλτο βάσει της Ευρωπαϊκής προδιαγραφής Σχήμα 7.8 Ρυθμός παραμόρφωσης για τα μίγματα με κοινή και τροποποιημένη άσφαλτο..209

29 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xxi Σχήμα 7.9 Αθροιστική αξονική παραμόρφωση για τα μίγματα με κοινή και τροποποιημένη άσφαλτο.. 209

30 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Τα τελευταία χρόνια η αύξηση του κυκλοφοριακού φόρτου και των αξονικών φορτίων οδήγησε σε πρόωρες αστοχίες και φθορές των οδοστρωμάτων. Παράλληλα η απαίτηση για υψηλότερο επίπεδο εξυπηρέτησης και καλύτερη αξιοποίηση του επενδεδυμένου κεφαλαίου κάνουν επιτακτική μία καλύτερη ποιότητα κατασκευής των οδών γενικότερα και των οδοστρωμάτων ειδικότερα. Σημαντικές παραμέτρους στην καλύτερη ποιότητα της κατασκευής των οδοστρωμάτων αποτελούν, ανάμεσα σε άλλες, η επιλογή του κατάλληλου ασφαλτικού μίγματος και οι μηχανικές ιδιότητες αυτού. Ένα από τα πιο ευρέως διαδεδομένα ασφαλτικά μίγματα είναι το ασφαλτικό σκυρόδεμα. Δύο από τις βασικές μηχανικές του ιδιότητες είναι το μέτρο δυσκαμψίας και η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Το μέτρο δυσκαμψίας αποτελεί μια θεμελιώδη ιδιότητα του ασφαλτικού σκυροδέματος και περιγράφει την απόκριση του ασφαλτομίγματος κάτω από συνθήκες φόρτισης και θερμοκρασίας. Αποτελεί δε ουσιαστική παράμετρο στην εφαρμογή των αναλυτικών μεθόδων διαστασιολόγησης των οδοστρωμάτων. Η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση αποτελεί σημαντική παράμετρο για την αποφυγή του φαινομένου της πρόωρης τροχοαυλάκωσης και αποτελεί μέτρο της διατμητικής αντοχής του ασφαλτικού μίγματος.

31 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2 Μέχρι πρότινος στην Ευρώπη, η εργαστηριακή εκτίμηση του μέτρου δυσκαμψίας και της αντίστασης σε παραμένουσα παραμόρφωση γινόταν συναρτήσει διαδικασιών που προβλέπονταν από διάφορες εθνικές προδιαγραφές. Τα τελευταία χρόνια με την ανάπτυξη των Ευρωπαϊκών προδιαγραφών, παρουσιάστηκε η ανάγκη εναρμόνισης των εργαστηριακών δοκιμών με τις διαδικασίες που περιγράφονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Στην παρούσα διατριβή διερευνώνται το μέτρο δυσκαμψίας και η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων, συμφώνα με τις διαδικασίες που περιγράφονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Επιπρόσθετα αναπτύσσονται εξισώσεις προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας και γίνεται σύγκριση αποτελεσμάτων παραμένουσας παραμόρφωσης, μεταξύ Ευρωπαϊκών και Βρετανικών προδιαγραφών δεδομένου ότι οι τελευταίες είναι αυτές που χρησιμοποιούνται σε ορισμένες χώρες, μέχρι και σήμερα. 1.2 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Η οργάνωση των κεφαλαίων και των θεμάτων που πραγματεύεται η διδακτορική διατριβή έχει ως εξής: Το 2 ο Κεφάλαιο αποτελεί τη βιβλιογραφική ανασκόπηση της έρευνας η οποία έχει γίνει για το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Στο 3 ο Κεφάλαιο τίθενται οι στόχοι της παρούσης έρευνας. Στο 4 ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα υλικά και οι συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα. Στο 5 ο Κεφάλαιο γίνεται αναλυτική διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας του ασφαλτικού σκυροδέματος. Στο 6 ο Κεφάλαιο δίνονται οι εξισώσεις προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας, που προκύπτουν από την παρούσα έρευνα.

32 Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 3 Στο 7 ο Κεφάλαιο γίνεται διερεύνηση της παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών σκυροδεμάτων συναρτήσει διαφορετικών τύπων ασφάλτων, διαφορετικών ποσοστών ασφάλτου και διαφορετικών διαδικασιών που ακολουθούνται για την εκτέλεση των δοκιμών αντίστασης σε παραμένουσα παραμόρφωση. Στο 8 ο Κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα της διατριβής. Στο 9 ο Κεφάλαιο γίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.

33 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 4 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 2.1 Γενικά Στην παρούσα διατριβή διερευνώνται το μέτρο δυσκαμψίας και η παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Τα δύο αυτά θεμελιώδη χαρακτηριστικά εξαρτώνται και από τις ιδιότητες των συστατικών που αποτελούν τα ασφαλτικά σκυροδέματα, ήτοι τα αδρανή υλικά και την άσφαλτο. Στο παρόν κεφάλαιο αρχικά αναφέρονται πολύ συνοπτικά οι κυριότερες ιδιότητες και οι έλεγχοι των αδρανών υλικών και της ασφάλτου, που σχετίζονται με το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Ακολούθως, δίνεται μια συνοπτική περιγραφή των ασφαλτικών σκυροδεμάτων, όπως ορίζονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές, καθώς και οι χαρακτηριστικές τους ιδιότητες αλλά και οι απαιτήσεις που θέτουν αυτές, όσον αφορά το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση. Τέλος γίνεται η αναλυτική διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση βάσει της διεθνούς βιβλιογραφίας. 2.2 Ιδιότητες υλικών που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων Αδρανή υλικά Οι κυριότερες ιδιότητες των αδρανών που επηρεάζουν ή θα μπορούσαν να επηρεάσουν το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων είναι ο τύπος των αδρανών, η κοκκομετρική διαβάθμιση, το σχήμα και την υφή των κόκκων και το

34 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 5 ποσοστό της παιπάλης Τύπος αδρανών υλικών Τα αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των εύκαμπτων οδοστρωμάτων προέρχονται από διάφορες πηγές, φυσικές ή μη φυσικές. Ειδικότερα, οι Ευρωπαϊκές προδιαγραφές ΕΝ [1] και ΕΝ [2] διαχωρίζουν τα αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή οδοστρωμάτων σε τρεις κύριες κατηγορίες: τα φυσικά, τα βιομηχανικά και τα ανακυκλωμένα. Τα φυσικά αδρανή περιλαμβάνουν αδρανή που προέρχονται από ορυκτά και τα οποία δεν έχουν υποστεί καμιά μηχανική επεξεργασία και μπορούν να διακριθούν στα θραυστά αδρανή υλικά και στα υλικά φυσικών αποθέσεων. Τα βιομηχανικά αδρανή είναι αδρανή ορυκτολογικής προέλευσης, που έχουν υποστεί βιομηχανική επεξεργασία, η οποία μπορεί να περιλαμβάνει θερμική ή άλλη τροποποίηση και μπορούν να διακριθούν σε σκωρίες, απορρίματα ορυχείων και τεχνητά αδρανή. Τα ανακυκλωμένα αδρανή είναι αδρανή που προέρχονται από ανόργανα υλικά, τα οποία έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί σε κατασκευές και μπορούν να διακριθούν σε υλικά κατεδαφίσεως και κονιορτοποιημένα υλικά παλαιών οδοστρωμάτων. Τέλος το σύνολο των αδρανών υλικών διακρίνεται σε χονδρόκοκκα αδρανή, λεπτόκοκκα αδρανή και λεπτότατα αδρανή (fines) ή παιπάλη. Χονδρόκοκκο αδρανές ορίζεται αυτό, του οποίου οι κόκκοι συγκρατώνται στο κόσκινο 2,00 mm, σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [1],[2] και στο κόσκινο 4.75 mm (κόσκινο Νο 4), κατά τις Αμερικανικές προδιαγραφές AASHTO ή ASTM [3]. Λεπτόκοκκο αδρανές ορίζεται αυτό του οποίου οι κόκκοι διέρχονται από το κόσκινο των 4.75 mm ή 2,00 mm (ανάλογα με τις προδιαγραφές), και συγκρατούνται στο κόσκινο των 75 μm ή 63 μm. Παιπάλη ή λεπτότατα αδρανή (fines) ορίζεται το αδρανές υλικό που διέρχεται από το κόσκινο 63 μm (Ευρωπαϊκές προδιαγραφές) ή των 75 μm (Αμερικανικές προδιαγραφές ). Αδρανή διαφορετικού τύπου εμφανίζουν διαφορετικές τιμές μέτρου δυσκαμψίας και διαφορετική συμπεριφορά σε παραμένουσα παραμόρφωση. Περισσότερες λεπτομέρειες για την επίδραση

35 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 6 του τύπου των αδρανών υλικών δίνονται στις υποπαραγράφους 2.4 και 2.5 του παρόντος κεφαλαίου Κοκκομετρική διαβάθμιση αδρανών υλικών Η κοκκομετρική διαβάθμιση αφορά τον καθορισμό της κατανομής των διαστάσεων των κόκκων των αδρανών. Αυτό επιτυγχάνεται με το κοσκίνισμα και το διαχωρισμό των αδρανών ανάλογα με το μέγεθος των κόκκων. Για τον καθορισμό της κοκκομετρικής καμπύλης των αδρανών (διαδικασία γνωστή ως κοκκομετρική ανάλυση). Για το κοσκίνισμα χρησιμοποιείται ένας αντιπροσωπευτικός αριθμός κόσκινων τα οποία ορίζονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [1],[2]. Η κοκκομετρική διαβάθμιση είναι υπεύθυνη για τα κενά στο σκελετό των αδρανών (VMA) των ασφαλτικών σκυροδεμάτων και κατ επέκταση για το ποσοστό των κενών αέρος σε αυτά. Και τα δυο αυτά χαρακτηριστικά (VMA και κενά αέρος ) επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Περισσότερες λεπτομέρειες για την επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης δίνονται στις υποπαραγράφους 2.4 και 2.5 του παρόντος κεφαλαίου Σχήμα και υφή των κόκκων των αδρανών υλικών Το σχήμα (ή μορφή) και η επιφανειακή υφή των κόκκων γίνονται με οπτική εξέταση αυτών. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται μια περιγραφική ταξινόμηση των αδρανών, η οποία είναι πολύ χρήσιμη, διότι δίνει πληροφορίες ως προς την εσωτερική τριβή που θα αναπτυχθεί μεταξύ των αδρανών στο μίγμα. Μία τέτοια ταξινόμηση δίνεται στη βιβλιογραφία. [4]. Η μορφή των κόκκων των αδρανών ελέγχεται σύμφωνα με τις δοκιμές του δείκτη πλακοειδούς (Flakiness Index), του δείκτη μορφής (Shape Index), του ποσοστού των συνθλιμένων και θραυσμένων επιφανειών των χονδρόκοκκων αδρανών (Persentage of crushed and broken surfaces in coarse aggregate) και τη γωνιότητα των λεπτόκοκκων αδρανών (Angularity of fine aggregate).

36 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 7 Η δοκιμή του δείκτη πλακοειδούς εκτελείται σύμφωνα με την προδιαγραφή ΕΝ [5]. Ο δείκτης πλακοειδούς θα πρέπει να δηλώνεται βάσει κατηγοριών ταξινόμησης που ορίζονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές[1],[2]. Η δοκιμή του δείκτη μορφής εκτελείται βάσει της προδιαγραφής ΕΝ [6]. Ο δείκτης μορφής θα πρέπει να δηλώνεται βάσει κατηγοριών ταξινόμησης που ορίζονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές[1],[2]. Το ποσοστό των συνθλιμμένων και θραυσμένων κόκκων των χονδρόκοκκων αδρανών, καθορίζεται σύμφωνα με την προδιαγραφή ΕΝ [7] και θα πρέπει να δηλώνεται βάσει των κατηγοριών ταξινόμησης από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές[1],[2]. Η γωνιότητα των λεπτόκοκκων αδρανών καθορίζεται σύμφωνα με την προδιαγραφή ΕΝ [8], άρθρο 8 και εκφράζεται βάσει των κατηγοριών ταξινόμησης των Ευρωπαϊκών προδιαγραφών [1],[2]. Το σχήμα του κόκκου επηρεάζει άμεσα τα κενά του ασφαλτομίγματος. Η επιφανειακή υφή επηρεάζει άμεσα την περιεκτικότητα του μίγματος σε άσφαλτο, ενώ και τα δύο μαζί επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες των ασφαλτομιγμάτων. Με γωνιώδη και τραχείας επιφάνειας αδρανή, (θραυστά αδρανή) παράγονται ασφαλτομίγματα με μεγαλύτερη ευστάθεια και μέτρο δυσκαμψίας, από ότι τα σφαιρικού σχήματος και λείας επιφάνειας αδρανή (φυσική άμμος και χαλίκια). Επίσης γωνιώδη αδρανή δημιουργούν έναν ισχυρό σκελετό αδρανών, ο οποίος προσδίδει στα ασφαλτικά σκυροδέματα αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Περισσότερες λεπτομέρειες για την επίδραση της μορφής και του σχήματος των κόκκων των αδρανών δίνονται στις υποπαραγράφους 2.4 και 2.5 του παρόντος κεφαλαίου Ποσοστό παιπάλης Ως παιπάλη ή λεπτότατα αδρανή (fines) χαρακτηρίζεται το πολύ λεπτόκοκκο υλικό, που διέρχεται από το κόσκινο 75 μm ή 63 μm (Αμερικανικές ή Ευρωπαϊκές προδιαγραφές). Το υλικό αυτό συνίσταται από κόκκους διαστάσεων ιλύος και αργίλου. Η δοκιμή καθορισμού του ποσοστού παιπάλης εκτελείται σύμφωνα με την προδιαγραφή ΕΝ [8] και το ποσοστό της παιπάλης θα πρέπει να δηλώνεται σύμφωνα με τις κατηγορίες

37 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 8 ταξινόμησης των Ευρωπαϊκών προδιαγραφών [1],[2]. Ο ακριβής καθορισμός της ποσότητας των λεπτότατων αδρανών- παιπάλης είναι ουσιαστικής σημασίας, διότι η ύπαρξη της, ή μη, επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά τόσο του ασφαλτομίγματος όσο και του μίγματος των αδρανών. Σε γενικές γραμμές, η περίσσεια παιπάλης είναι περισσότερο επιβλαβής από ότι η έλλειψη αυτής, που συνήθως είναι σπάνιο φαινόμενο. Ειδικότερα, η υψηλή περιεκτικότητα παιπάλης στα αδρανή, συμβάλλει: α) στην αύξηση του ποσοστού της ασφάλτου για την παραγωγή του ασφαλτομίγματος και του νερού για βέλτιστη συμπύκνωση, β) στη μείωση της εργασιμότητας του μίγματος, γ) στην επιδείνωση της επικαλυπτικότητας των αδρανών με άσφαλτο, δ) στη μείωση της ελαστικότητας και στην αύξηση της ευθραυστότητας του ασφαλτομίγματος και ε) είναι η αιτία "σβολιάσματος" του μίγματος των αδρανών, που έχει ως επακόλουθο την παραγωγή ασφαλτομίγματος με ακάλυπτους από άσφαλτο κόκκους, ιδιαίτερα στα ψυχρά ασφαλτομίγματα. Περισσότερες λεπτομέρειες για το πώς το ποσοστό της παιπάλης επηρεάζει ειδικότερα το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων, δίνονται στις υποπαραγράφους 2.4 και 2.5 του παρόντος κεφαλαίου Άσφαλτος Το μέτρο δυσκαμψίας και η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών σκυροδεμάτων επηρεάζονται κυρίως από τον τύπο της ασφάλτου και τις χαρακτηριστικές ιδιότητες αυτής. Οι κυριότερες από αυτές που αναφέρονται συνοπτικά παρακάτω είναι η διεισδυτικότητα, το σημείο μάλθωσης, η ελαστική επαναφορά, το ιξώδες, το σημείο Fraass,η επίδραση της θερμοκρασίας και του αέρα στην άσφαλτο, η σταθερότητα σε αποθήκευση και το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου Τύπος ασφάλτου Οι διάφοροι τύποι ασφάλτων που υπάρχουν στο εμπόριο διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τις ασφάλτους οδοστρωσίας και τις ασφάλτους για βιομηχανική χρήση. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής, αντικείμενο μελέτης θα είναι οι άσφαλτοι οδοστρωσίας και ειδικότερα η άσφαλτος (ή κοινή άσφαλτος) και η τροποποιημένη άσφαλτος. Ο τύπος της ασφάλτου επηρεάζει

38 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 9 άμεσα τις τιμές του μέτρου δυσκαμψίας άλλα και την συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση. Στις υποπαραγράφους 2.4 και 2.5 δίνεται αναλυτικά η επίδραση του τύπου της ασφάλτου στο μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση. Άσφαλτος ή «κοινή» άσφαλτος Οι Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [9] ταξινομούν τις κοινές ασφάλτους συναρτήσει του βαθμού διεισδυτικότητας και του ιξώδους. Όσον αφορά την ταξινόμηση με βάση το βαθμό διεισδυτικότητας, όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.1, η σκληρότερη άσφαλτος που προβλέπεται είναι αυτή της κατηγορίας 20/30 και η πιο μαλακή είναι αυτή της κατηγορίας 250/330. Στον ίδιο Πίνακα δίνονται και οι τιμές, ή το εύρος των τιμών που θα πρέπει να λαμβάνουν άλλες ιδιότητες της ασφάλτου. Σημειώνεται ότι κάθε στήλη του Πίνακα περιλαμβάνει τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου τύπου ασφάλτου και σε καμία περίπτωση δε θα πρέπει να διασταυρώνονται τιμές από διαφορετικές στήλες. Τροποποιημένη άσφαλτος Τροποποιημένη άσφαλτος είναι η άσφαλτος, της οποίας οι χαρακτηριστικές ιδιότητες έχουν τροποποιηθεί προς το «βέλτιστο» με την προσθήκη χημικών ή φυσικών ουσιών. Με τη βελτίωση που επέρχεται στις ιδιότητες τις ασφάλτου, βελτιώνεται και η συμπεριφορά του ασφαλτομίγματος και κατ επέκταση της κατασκευής. Ο ρόλος που επιτελεί σήμερα η τροποποιημένη άσφαλτος στην οδοποιία μπορεί να διακριθεί σε τέσσερεις κύριες «βελτιώσεις»: Πρώτον, αυξάνει την αντοχή του ασφαλτομίγματος στην παραμένουσα παραμόρφωση, σε υψηλές θερμοκρασίες, δεύτερον, βελτιώνει την ελαστική συμπεριφορά του ασφαλτομίγματος (με την προσθήκη ελαστομερών), τρίτον αυξάνει το μέτρο δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος και τέταρτον βελτιώνει την πρόσφυση μεταξύ ασφάλτου αδρανών, σε όλο το φάσμα των θερμοκρασιών κατασκευής και λειτουργίας του έργου, χωρίς να επηρεάσει τις άλλες ιδιότητες αυτού όπως εργασιμότητα, μείωση της οξείδωσης κτλ. Από τα παραπάνω είναι φανερή η επίδραση της στο μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση που εξετάζονται στην παρούσα διατριβή

39 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 10 Πίνακας 2.1 Τύποι και ιδιότητες ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [9] Ιδιότητα Μονάδα μέτρησης Προδιαγραφή Τύποι ασφάλτου 20/30 30/45 35/50 40/60 50/70 70/ / / /330 Διεισδυτικότητα στους 25 C X 0,1 mm EN Σημείο Μάλθωσης C EN Αντίσταση σε σκλήρυνση, στους 163 C Διαφορά βάρους, μέγιστο, ± Διατηρηθείσα εισδυτικότητα, ελάχιστο Σημείο Μάλθωσης, μετά από σκλήρυνση, ελάχιστο Σημείο ανάφλεξης, ελάχιστο % EN ή ΕΝ ,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 1,0 % C ΕΝ C ΕΝ (b) Διαλυτότητα, ελάχιστο % (m/m) EN ,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0

40 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 11 Οι τροποποιημένες άσφαλτοι ταξινομούνται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [10] σύμφωνα με τους Πίνακες 2.2 και 2.3. Σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές διαφορετικές ιδιότητες μπορούν να επιλεχθούν από οποιαδήποτε στήλη των Πινάκων 2.2 και 2.3 και να χρησιμοποιηθούν ή αλλιώς διαφορετικές απαιτήσεις για την ίδια άσφαλτο δεν απαγορεύεται να ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες των Πινάκων 2.3 και 2.4. Επίσης, προβλέπουν η τροποποιημένη άσφαλτος να δηλώνεται ως εξής: Διεισδυτικότητα/ Σημείο Μάλθωσης, π.χ μία τροποποιημένη άσφαλτος η οποία δηλώνεται ως 25-55/70, είναι μια άσφαλτος με διεισδυτικότητα που ανήκει στην κατηγορία 3 του Πίνακα 2.3 με σημείο μάλθωσης που ανήκει στην κατηγορία 4 του ίδιου πίνακα Ιδιότητες ασφάλτου Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες της ασφάλτου καθορίζουν την καταλληλότητα της και την προβλεπόμενη συμπεριφορά αυτής και συνεκδοχικά του ασφαλτομίγματος κατά τη διάρκεια ζωής του οδοστρώματος. Στο παρόν υποκεφάλαιο θα παρουσιαστούν οι κυριότερες ιδιότητες της ασφάλτου και οι εργαστηριακές δοκιμές που εκτελούνται για τον καθορισμό τους. Δοκιμή διεισδυτικότητας Διεισδυτικότητα ενός ασφαλτικού υλικού είναι η απόσταση σε δέκατα του χιλιοστού του μέτρου, (pen) που μια βελόνα με ορισμένες διαστάσεις και βάρος εισχωρεί κάθετα στο δείγμα του υλικού, κάτω από ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, φορτίου και χρόνου. Η δοκιμή εισδυτικότητας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της συνοχής, και κατ επέκταση της σκληρότητας της ασφάλτου. Υψηλότερες τιμές διεισδυτικότητας συνεπάγονται πιο μαλακή άσφαλτο. Η δοκιμή περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ 1426 [11].

41 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 12 Πίνακας 2.2 Κατηγορίες θεμελιωδών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [10] Θεμελιώδης απαίτηση Ιδιότητα Προδιαγρα -φή Μονάδα μέτρησης Κατηγορίες θεμελιωδών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων 0 (α) 1 (β) Συνοχή σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες χρήσης Συνοχή σε υψηλές θερμοκρασίες χρήσης Συνοχή Ανθεκτικότητα (δ) (Αντίσταση σε σκλήρυνση, ΕΝ ή 3) Διεισδυτικότητα, 25 C Σημείο Μάλθωσης EN Δύναμη ολκιμότητας (γ) Και ΕΝ Δοκιμή εφελκυσμού στους 5 C (γ) ΕΝ ,1 mm ΤΒR ΕΝ 1427 C TBR EN Και ΕΝ J/cm 2 NPD ΤΒR 3 στους 5 C 2 στους 5 C 1 στους 5 C 2 στους 5 C 2 στους 5 C J/cm 2 NPD TBR Δοκιμή πρόσκρουσης ΕΝ J/cm 2 NPD ΤΒR 0, με εκκρεμές (γ) Διαφορά βάρους Διατηρηθείσα εισδυτικότητα ΕΝ ΕΝ % NPD TBR 0,3 0,5 0,8 1, ΕΝ 1426 % NPD TBR Αύξηση σημείου μάλθωσης ΕΝ 1427 C NPD TBR Άλλα χαρακτηριστικά Σημείο Ανάφλεξης (ε) ΕΝ ISO 2592 C (α) Εφόσον η κατηγοριοποίηση έχει βασιστεί στη συνοχή σε ενδιάμεσες και υψηλές θερμοκρασίες, τιμές θα πρέπει να δίνονται για αυτά τα χαρακτηριστικά, (β) Η κατηγορία 1 TBR δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για περιπτώσεις διαιτησίας, (γ) Μία μέθοδος συνοχής θα πρέπει να επιλεγεί-η δοκιμή πρόσκρουσης με εκκρεμές θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για επιφανειακές στρώσεις, (δ) Αντίσταση σε σκλήρυνση: για περιπτώσεις διαιτησίας μόνο RTFOT-Η δοκιμή αντίστασης σε σκλήρυνση δεν είναι κατάλληλη για επιφανειακές στρώσεις, (ε) Για λόγους ασφαλείας, οι κατηγορίες 0 και 1 δεν θα πρέπει να γίνεται η δοκιμή του σημείου ανάφλεξης

42 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 13 Πίνακας 2.3 Κατηγορίες τεχνικών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [10] Ιδιότητα Προδιαγρα -φή Μονάδα μέτρησης Κατηγορίες τεχνικών απαιτήσεων τροποποιημένων ασφάλτων 0 1 (α) Σημείο θραύσης κατά Fraass Ελαστική επαναφορά στους 25 C ΕΝ C ΤΒR ΕΝ % TBR Ελαστική επαναφορά στους 10 C ΕΝ % NPD ΤΒR 3 στους 5 C 2 στους 5 C 1 στους 5 C 2 στους 5 C 2 στους 5 C Εύρος πλαστικότητας Σταθερότητα σε αποθήκευση (β) : Διαφορά στο σημείο μάλθωσης Σταθερότητα σε αποθήκευση (β) : Διαφορά στην διεισδυτικότητα Πτώση στο σημείο μάλθωσης μετά από ΕΝ ή 3 Ελαστική επαναφορά στους 25 C μετά από ΕΝ ή 3 Ελαστική επαναφορά στους 10 C μετά από ΕΝ ή 3 Υποάρθρο του ΕΝ ΕΝ ΕΝ 1427 ΕΝ ΕΝ 1426 C NPD TBR C NPD ΤΒR 0, ,1mm NPD TBR 0,3 0,5 0,8 1, ΕΝ 1427 C NPD TBR ΕΝ % NPD TBR ΕΝ % (α) Η κατηγορία 1 TBR δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για περιπτώσεις διαιτησίας (β) Αν δεν δίνονται δεδομένα, θα προμηθεύονται από τον παραγωγό

43 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 14 Δοκιμή μάλθωσης Με τη δοκιμή αυτή καθορίζεται το σημείο μάλθωσης της ασφάλτου. Ως σημείο μάλθωσης ορίζεται η θερμοκρασία στην οποία συγκεκριμένη ποσότητα ασφάλτου κάτω από ειδικές συνθήκες φόρτισης διανύει απόσταση 25,4 mm. Τα ασφαλτικά υλικά είναι ιξωδοελαστικά υλικά χωρίς ακριβώς καθορισμένο σημείο τήξης. Σταδιακά γίνονται μαλακότερα και λιγότερο ιξώδη με την αύξηση της θερμοκρασίας. Με τη δοκιμή μάλθωσης καθορίζεται, εμπειρικά, η θερμοκρασία σταδιακής μεταβολής της ασφάλτου από στερεή σε ρευστή κατάσταση. Η δοκιμή περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ 1427 [12]. Δοκιμή ελαστικής επαναφοράς Η δοκιμή ελαστικής επαναφοράς χρησιμοποιείται ως ένας βασικός έλεγχος καθορισμού της βελτίωσης της ελαστικότητας της ασφάλτου, στην περίπτωση που προστίθενται κατάλληλα βελτιωτικά ασφάλτου (τροποποιημένη άσφαλτος). Η δοκιμή περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [13]. Ιξώδες Μία θεμελιώδης ιδιότητα της ασφάλτου είναι το ιξώδες αυτής. Το ιξώδες καθορίζει πως θα συμπεριφερθεί η άσφαλτος σε καθορισμένη θερμοκρασία ή και σε ένα φάσμα θερμοκρασιών. Η μονάδα του ιξώδους στο διεθνές σύστημα είναι το Pascal.second (Pa.s). Ως απόλυτο ή δυναμικό ιξώδες ορίζεται ο λόγος της διατμητικής τάσης σε Pa, η οποία εφαρμόζεται σε δείγμα ασφάλτου προς το ρυθμό διάτμησης σε δευτερόλεπτα (s). To δυναμικό ή απόλυτο ιξώδες μπορεί να μετρηθεί με ένα ιξωδόμετρο ολισθαίνουσας πλάκας. Η δοκιμή μέτρησης του δυναμικού ιξώδους της ασφάλτου περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [14]. Δοκιμή σημείου Fraass Η δοκιμή αυτή καθορίζει τη θερμοκρασία (υπό το μηδέν), στην οποία η άσφαλτος αποκτά μια κρίσιμη τιμή δυσκαμψίας και ρηγματώνεται υπό την επίδραση επαναλαμβανόμενης εφελκυστικής δύναμης. Θα μπορούσε λοιπόν να ειπωθεί ότι με τη δοκιμή αυτή καθορίζεται η συμπεριφορά της ασφάλτου στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, καλύπτοντας έτσι, μαζί με όλους τους προαναφερθέντες ελέγχους, όλο το φάσμα των θερμοκρασιών. Η δοκιμή περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [15].

44 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 15 Επίδραση της θερμοκρασίας και του αέρα Η επίδραση της θερμοκρασία και του αέρα επί της ασφάλτου εκτιμάται με την απώλεια βάρους, λόγω εξάτμισης των πτητικών συστατικών, καθώς και με την επανεξέταση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων της ασφάλτου, όπως διεισδυτικότητα, μάλθωση και ιξώδες μετά από τη θέρμανση αυτής. Χρησιμοποιούνται δύο δοκιμές για την εκτίμηση της επίδρασης της θερμοκρασίας και του αέρα. Η δοκιμή λεπτού υμένα ασφάλτου σε κλίβανο, (TFOT), η οποία περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [16] και η δοκιμή κυλιόμενου υμένα ασφάλτου η οποία περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [17]. Δοκιμή σταθερότητας σε αποθήκευση Η δοκιμή αυτή εκτελείται στην τροποποιημένη άσφαλτο και σκοπό έχει να καθορίσει την σταθερότητα της τροποποιημένης ασφάλτου κατά την αποθήκευση της. Η δοκιμή περιγράφεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [18]. Μέτρο δυσκαμψίας ασφάλτου Η άσφαλτος είναι ένα ιξωδοελαστικό υλικό. Ο βαθμός στον οποίο η συμπεριφορά της είναι ιξώδης ή ελαστική καθορίζεται από τη θερμοκρασία και το χρόνο φόρτισης αυτής. Σε κανονικές ή υψηλές θερμοκρασίες ή/και μεγάλους χρόνους φόρτισης, η άσφαλτος εμφανίζει ιξώδη συμπεριφορά, ενώ σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και σε πολύ μικρούς χρόνους φόρτισης, συμπεριφέρεται σαν ελαστικό υλικό. Σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες και χρόνους φόρτισης, που αποτελούν και τυπικές συνθήκες στο πεδίο, οι άσφαλτοι εμφανίζουν ιξωδοελαστική συμπεριφορά. Το 1954 ο Van der Poel [19], έχοντας ως στόχο να βρει ένα μέτρο των μηχανικών ιδιοτήτων της ασφάλτου, εισήγαγε την έννοια του μέτρου δυσκαμψίας, σε αναλογία με το μέτρο ελαστικότητας των στερεών. Έτσι, όπως φαίνεται και από την εξίσωση 2.1, το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου ορίζεται ως ο λόγος της τάσης προς την ανηγμένη παραμόρφωση. Εκτός από την εξάρτηση του μέτρου δυσκαμψίας από το χρόνο και τη θερμοκρασία η ισχύς της εξίσωσης 2.1 περιορίζεται και από την παραδοχή ότι η παραμόρφωση είναι ανάλογη της επιβαλλόμενης τάσης. Η παραδοχή αυτή ισχύει με την προϋπόθεση ότι η ανηγμένη παραμόρφωση είναι μικρότερη του 1%. σ ( S bit ) t, T = (2.1) ε τ, Τ

45 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 16 Η μεταβλητότητα του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου συναρτήσει του χρόνου φόρτισης και της θερμοκρασίας επεξηγείται στο Σχήμα 2.1 [4]. Σχήμα 2.1 Μηχανική συμπεριφορά ασφάλτου συναρτήσει του χρόνου φόρτισης και της θερμοκρασίας[4] Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.1 σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και όταν ο χρόνος φόρτισης είναι πολύ μικρός η συμπεριφορά της ασφάλτου είναι ελαστική και το μέγεθος του μέτρου δυσκαμψίας λαμβάνει τη μέγιστη τιμή. Η μέγιστη τιμή είναι ανεξάρτητη της θερμοκρασίας και του χρόνου φόρτισης. Συνεπώς το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου είναι ίσο με το μέτρο ελαστικότητας αυτής (S bit =E). Η τιμή αυτή λαμβάνεται ίση με 2,7x10 9 Pa. Αντίθετα όταν ο χρόνος φόρτισης είναι πολύ μεγάλος ή/και οι θερμοκρασίες πολύ υψηλές η άσφαλτος συμπεριφέρεται σαν καθαρά ιξώδες υλικό. Όπως έχει προαναφερθεί στο ενδιάμεσο διάστημα η συμπεριφορά είναι ιξωδοελαστική. Έτσι για ένα αντιπροσωπευτικό χρόνο φόρτισης 0,02 sec, το μέτρο δυσκαμψίας μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ομοίως για μια αντιπροσωπευτική θερμοκρασία 20 C, το μέτρο δυσκαμψίας μειώνεται με την αύξηση του χρόνου φόρτισης. Οι αυξομειώσεις αυτές επηρεάζουν τις αντίστοιχες μηχανικές ιδιότητες των ασφαλτομιγμάτων και κατ επέκταση τη μηχανική συμπεριφορά του οδοστρώματος. Μέτρηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου Η μέθοδος μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου βασίζεται στη μέτρηση της διατμητικής παραμόρφωσης (γ). Η αντίσταση σε διάτμηση εκφράζεται με το μέτρο διάτμησης (G)

46 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 17 και ορίζεται ως: G= διατμητική τάση (τ)/ διατμητική παραμόρφωση (γ) (2.2) Το μέτρο διάτμησης και το μέτρο ελαστικότητας Ε (Pa) συνδέονται με τη σχέση : 2 E 2 1 µ G (2.3) Όπου μ = λόγος Poisson. Η τιμή του λόγου Poisson για την σχεδόν ασυμπίεστη άσφαλτο λαμβάνεται ίση με 0,5. Έτσι, η σχέση 2.3 γίνεται: E 3G (2.4) Η διατμητική τάση μπορεί να καθοριστεί από το στατικό φορτίο κατά τη δοκιμή ερπυσμού ή από το δυναμικό φορτίο, κατά την επιβολή ημιτονοειδούς φορτίου. Στην περίπτωση που επιβάλλεται στατικό φορτίο η διατμητική παραμόρφωση και κατ επέκταση το μέτρο διάτμησης, μετράται σε διαφορετικούς χρόνους φόρτισης, συνήθως από 1 έως 10 5 δευτερόλεπτα. Κατά τη δυναμική φόρτιση, η διατμητική τάση, συνήθως εφαρμόζεται με τη μορφή ημιτονοειδούς μεταβλητής τάσης με σταθερή συχνότητα και σταθερό πλάτος. Η διατμητική παραμόρφωση επίσης μεταβάλλεται ημιτονοειδώς με την ίδια συχνότητα και πλάτος με την εφαρμοζόμενη τάση. Συνεπώς το μέτρο διάτμησης για συγκεκριμένη συχνότητα (G f ) καθορίζεται από τη σχέση: G f τ = γ f (2.5) Άρα το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου, σύμφωνα με τις προϋποθέσεις του Van der Poel, είναι: όπου f (Hz) t (sec) S f =3G f ή S t =3G t (2.6)

47 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 18 Μία από τις πιο διαδεδομένες συσκευές για τη μέτρηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου είναι η συσκευή Dynamic Shear Rheometer (DSR) ή αλλιώς Ρεόμετρο Δυναμικής Διάτμησης. Το αποτέλεσμα της μέτρησης με τη συσκευή αυτή είναι το μιγαδικό μέτρο διάτμησης G* και η γωνία φάσης δ. Το μιγαδικό μέτρο διάτμησης G* είναι ένα μέτρο της συνολικής αντίστασης του υλικού σε επαναλαμβανόμενη διάτμηση. Το μιγαδικό μέτρο διάτμησης G* αποτελείται από δύο στοιχεία: το ιξώδες στοιχείο ή μέτρο απώλειας (loss modulus) και το ελαστικό στοιχείο ή μέτρο αποθήκευσης (storage modulus) [20]. Τα δύο στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους, σύμφωνα με την εξίσωση 2.7. ( G ) 2 ( ) 2 G * = + G (2.7) Ο λόγος G * /sinδ χρησιμοποιείται από τις Αμερικανικές προδιαγραφές ως μέτρο της αντίστασης των ασφαλτικών υλικών στην παραμένουσα παραμόρφωση. Περισσότερες πληροφορίες δίνονται στο υποκεφάλαιο 2.6. Εκτίμηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου Όταν μια άμεση εργαστηριακή μέτρηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου δεν είναι εφικτή, τότε αυτό μπορεί να εκτιμηθεί από το Σχήμα 2.2. Το Σχήμα 2.2 αποτελεί το νομογράφημα Van der Poel, το οποίο αναπτύχθηκε από τον ομώνυμο ερευνητή μετά από έλεγχο πολλών ασφάλτων σε διαφορετικές συνθήκες και δείχνει ότι το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου, μπορεί να εκτιμηθεί από το σημείο μάλθωσης και το δείκτη διεισδυτικότητας. Σημειώνεται ότι το νομογράφημα Van der Poel δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τροποποιημένες ασφάλτους. καθώς επίσης και για ασφάλτους με πλέον του επιτρεπτού ποσοστού κεριού. 2.3 Ασφαλτικά μίγματα-ασφαλτικό Σκυρόδεμα Τα ασφαλτικά μίγματα είναι το αποτέλεσμα της σύνθεσης των αδρανών και της ασφάλτου. Η σύνθεση αυτή, μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διαφορετικές αναλογίες των δύο συστατικών.

48 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 19 Σχήμα 2.2 Νομογράφημα Van der Poel για την εκτίμηση του μέτρου δυσκαμψίας της ασφάλτου

49 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 20 Μερικοί από τους πιο γνωστούς τύπους ασφαλτικών μιγμάτων είναι το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα, το Stone Mastic Asphalt (SMA), το Macadam κ.α. Στην παρούσα διατριβή εξετάσθηκαν το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα (ΑΣ) και το Ασφαλτικό σκυρόδεμα για Λεπτές Επιφανειακές Στρώσεις. Στο παρόν υποκεφάλαιο παρουσιάζονται οι απαιτήσεις για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα και το Ασφαλτικό σκυρόδεμα για Λεπτές Επιφανειακές Στρώσεις, όπως αυτές προβλέπονται από τις Ευρωπαϊκές και Αμερικανικές προδιαγραφές Ασφαλτικό σκυρόδεμα Το ασφαλτικό σκυρόδεμα είναι ένα θερμό ασφαλτόμιγμα πυκνής κατά κανόνα κοκκομετρικής διαβάθμισης. Αρχικά αναπτύχθηκε στις ΗΠΑ για να καλύψει την ανάγκη ύπαρξης ενός ασφαλτομίγματος σκληρού και ανθεκτικού στα βαριά φορτία των οχημάτων και των αεροσκαφών. Σήμερα αποτελεί τον πιο γνωστό τύπο ασφαλτομίγματος στον κόσμο. Πολλές χώρες έχουν υιοθετήσει αυτούσιες τις Αμερικάνικες προδιαγραφές, ενώ άλλες έχουν δημιουργήσει παραλλαγές αυτών, ώστε να ανταποκρίνονται στις δικές τους συνθήκες κυκλοφοριακού φόρτου και θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Τα ασφαλτικά σκυροδέματα χρησιμοποιούνται σε όλες τις ασφαλτικές στρώσεις, ήτοι για στρώση κυκλοφορίας, συνδετική στρώση, ισοπεδωτική στρώση και ασφαλτική βάση. Για τις Ευρωπαϊκές χώρες από το 2006 ισχύει η προδιαγραφή ΕΝ [21], η οποία προδιαγράφει το ασφαλτικό σκυρόδεμα. Οι κοκκομετρικές διαβαθμίσεις του ασφαλτικού σκυροδέματος διαχωρίζονται βάσει του μεγαλύτερου μεγέθους D (διάμετρος οπών σε mm ) του κόσκινου, που χρησιμοποιείται για την κοκκομετρία των αδρανών του μίγματος. Για την κοκκομετρική διαβάθμιση των αδρανών του μίγματος χρησιμοποιούνται δύο βασικές ομάδες κόσκινων, οι οποίες και αναφέρονται ως σετ 1 και σετ 2 αντίστοιχα. Σύμφωνα με την προδιαγραφή, δεν επιτρέπεται συνδυασμός των κόσκινων του σετ 1 με αυτά του σετ 2. Οι τυπικές κοκκομετρικές καμπύλες για τα σετ 1 και 2 και για D από 10 mm έως 32 mm δίνονται στους Πίνακες 2.4 και 2.5. Η άσφαλτος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του μίγματος μπορεί να είναι κοινή ή τροποποιημένη αναλόγως με τις κυκλοφοριακές και κλιματολογικές συνθήκες.

50 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 21 Το ελάχιστο ποσοστό της ασφάλτου που θα χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση του ασφαλτικού σκυροδέματος επιλέγεται από σχετικό πίνακα της προδιαγραφής ΕΝ , ο οποίος έχει ελάχιστη τιμή ποσοστού ασφάλτου, 3% κατά βάρος μίγματος, κατηγορία Β min 3.0 και μέγιστη τιμή 8% κατά βάρος μίγματος, κατηγορία Β min 8,0. Πίνακας 2.4 Τυπικές διαβαθμίσεις ασφαλτικού σκυροδέματος, σετ 1 [21] D 11(11,2) (22,4) 32 (31,5) Sieve (mm) Διερχόμενο ποσοστό (%) κατά βάρος 1,4 D (α) D (β) (β) (α) Σε περίπτωση που το κόσκινο που υπολογίζεται ως 1,4D δεν αντιστοιχεί ακριβώς σε κόσκινο του σετ 1 θα υιοθετείται το κοντινότερο σε mm κόσκινο (β) Για εφαρμογή σε αεροδρόμια το μέγιστο διερχόμενο ποσοστό στο κόσκινο 2mm μπορεί να αυξηθεί έως και την τιμή 60% Πίνακας 2.5 Τυπικές διαβαθμίσεις ασφαλτικού σκυροδέματος, σετ 2 [21] D 10 12(12,5) (31,5) Sieve (mm) Διερχόμενο ποσοστό (%) κατά βάρος 1,4 D (α) D (β) (β) (β) (α) Σε περίπτωση που το κόσκινο που υπολογίζεται ως 1,4D δεν αντιστοιχεί ακριβώς σε κόσκινο του σετ 1 θα υιοθετείται το κοντινότερο σε mm κόσκινο (β) Για εφαρμογή σε αεροδρόμια το μέγιστο διερχόμενο ποσοστό στο κόσκινο 2mm μπορεί να αυξηθεί έως και την τιμή 60% Η προδιαγραφή δεν προβλέπει συγκεκριμένη μεθοδολογία σύνθεσης ασφαλτομίγματος και οι ογκομετρικές ιδιότητες του ασφαλτικού σκυροδέματος δίνονται υπό μορφή κατηγοριών και όχι μέγιστων-ελαχίστων τιμών. Στον Πίνακα 2.6 δίνονται η ελάχιστη και μέγιστη τιμή καθώς και οι αντίστοιχες κατηγορίες των ιδιοτήτων του ασφαλτικού σκυροδέματος, όπως προβλέπονται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή.

51 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 22 Πίνακας 2.6 Κατηγορίες χαρακτηριστικών ιδιοτήτων Ασφαλτικού Σκυροδέματος [21] Ιδιότητες Εύρος Τιμή Ταξινόμηση Μέγιστο ποσοστό κενών αέρος, % Ελάχιστο ποσοστό κενών αέρος, % Ελάχιστο ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών (VMA), % Ελάχιστο ποσοστό κενών που γέμισαν με άσφαλτο (VFB),% Μέγιστο ποσοστό κενών που γέμισαν με άσφαλτο (VFB),% Ελάχιστη 2,0 V max2 Μέγιστη 14,0 V max14 Ελάχιστη 0,5 V min0.5 Μέγιστη 6,0 V min6.0 Ελάχιστη 8,0 VMA min8 Μέγιστη 18,0 VMA min18 Ελάχιστη 50 VFB min50 Μέγιστη 78 VFB min78 Ελάχιστη 50 VFB max50 Μέγιστη 97 VFB max97 Όσον αφορά το μέτρο δυσκαμψίας η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή προβλέπει κατηγορίες ταξινόμησης του μέτρου δυσκαμψίας υπό τη μορφή ελάχιστου και μέγιστου μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος. Οι κατηγορίες αυτές δίνονται στους Πίνακες 2.7 και 2.8. Σημειώνεται ότι δεν ορίζεται θερμοκρασία δοκιμής για τα μέτρα δυσκαμψίας των Πινάκων 2.7 και 2.8. Ίσως αυτός είναι ο λόγος που το εύρος των τιμών είναι τόσο μεγάλο. Οι απαιτήσεις της ΕΝ για την παραμένουσα παραμόρφωση εκφράζονται με κατηγορίες ταξινόμησης για τις δοκιμές ερπυσμού και τροχοαυλάκωσης. Για τη δοκιμή ερπυσμού οι κατηγορίες ταξινόμησης βασίζονται στο ρυθμό παραμόρφωσης, όπως αυτός υπολογίζεται, όταν η δοκιμή ερπυσμού εκτελείται σύμφωνα με την ΕΝ [22], μέθοδος Β. Οι κατηγορίες ταξινόμησης δίνονται στον Πίνακα 2.9. Για τη δοκιμή τροχοαυλάκωσης, η οποία εκτελείται σύμφωνα με την ΕΝ [23], οι κατηγορίες ταξινόμησης βασίζονται στο ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης, όταν η δοκιμή εκτελείται με μεγάλου μεγέθους συσκευή και στο βάθος και το ρυθμό τροχοαυλάκωσης όταν η δοκιμή εκτελείται σε μικρού μεγέθους συσκευή και ακολουθείται η διαδικασία Β, με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα. Οι κατηγορίες ταξινόμησης δίνονται στους Πίνακες 2.10, 2.11 και 2.12.

52 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 23 Πίνακας 2.7 Κατηγορίες ελάχιστου μέτρου δυσκαμψίας Ασφαλτικού Σκυροδέματος [21] Ελάχιστη τιμή μέτρου δυσκαμψίας, MPa Κατηγορία ταξινόμησης, S min S min S min S min S min S min S min S min S min S min S min S min S min1500 Καμία απαίτηση S ΚΑ Πίνακας 2.8 Κατηγορίες μέγιστου μέτρου δυσκαμψίας Ασφαλτικού Σκυροδέματος [21] Μέγιστη τιμή μέτρου δυσκαμψίας, MPa Κατηγορία ταξινόμησης, S max S max S max S max S max S max S max S max S max S max7000 Καμία απαίτηση S ΚΑ

53 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 24 Πίνακας 2.9 Κατηγορίες μέγιστου ρυθμού παραμόρφωσης Ασφαλτικού Σκυροδέματος [21] Μέγιστη τιμή ρυθμού παραμόρφωσης, microstrain/κύκλο φόρτισης Κατηγορία ταξινόμησης, f cmax 0,2 f cmax0,2 0,4 f cmax0,4 0,6 f cmax0,6 0,8 f cmax0,8 1,0 f cmax1,0 1,2 f cmax1,2 1,4 f cmax1,4 1,6 f cmax1,6 2 f cmax2 4 f cmax4 6 f cmax6 8 f cmax8 10 f cmax10 12 f cmax12 14 f cmax14 16 f cmax16 Καμία απαίτηση f ΚΑ Πίνακας 2.10 Κατηγορίες μέγιστου ποσοστιαίου βάθους τροχοαυλάκωσης για μεγάλου μεγέθους συσκευές για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα, [21] Μέγιστο ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης, % Κατηγορία ταξινόμησης, P 5,0 P 5 7,5 P ,0 P 10 15,0 P 15 20,0 P 20 Καμία απαίτηση P ΚΑ

54 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 25 Πίνακας 2.11 Κατηγορίες μέγιστου ρυθμού τροχοαυλάκωσης για μικρού μεγέθους συσκευές-διαδικασία Β περιβάλλον ελέγχου ο αέρας, για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα, [21] Μέγιστη τιμή ρυθμού τροχοαυλάκωσης, mm/10 3 κύκλους φόρτισης Κατηγορία ταξινόμησης, WTS AIR 0,03 WTS AIR0,03 0,05 WTS AIR0,05 0,07 WTS AIR0,07 0,10 WTS AIR0,10 0,15 WTS AIR0,15 0,30 WTS AIR0,30 0,40 WTS AIR0,40 0,50 WTS AIR0,50 0,60 WTS AIR0,60 0,80 WTS AIR0,80 1,00 WTS AIR1,00 Καμία απαίτηση WTS AIRΚΑ Πίνακας 2.12 Κατηγορίες μέγιστου βάθους τροχοαυλάκωσης για μικρού μεγέθους συσκευές-διαδικασία Β περιβάλλον ελέγχου ο αέρας, για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα, [21] Μέγιστο ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης, % Κατηγορία ταξινόμησης, PRD AIR 1,0 PRD AIR1,0 1,5 PRD AIR1,5 2,0 PRD AIR2,0 3,0 PRD AIR3,0 5,0 PRD AIR5,0 7,0 PRD AIR7,0 9,0 PRD AIR9,0 Καμία απαίτηση PRD AIRΚΑ Ασφαλτικό σκυρόδεμα για λεπτή επιφανειακή στρώση Οι λεπτές επιφανειακές στρώσεις από θερμό ασφαλτόμιγμα εφαρμόζονται σε χώρες του εξωτερικού τα τελευταία 20 χρόνια. Τα ασφαλτομίγματα αυτά είναι μη συνεχούς κοκκομετρικής διαβάθμισης και αρχικά αναπτύχθηκαν στη Γαλλία. Αργότερα και μετά την πρωταρχική εφαρμογή των μιγμάτων αυτών, πολλές χώρες ανέπτυξαν τις δικές τους προδιαγραφές. Πρώτες η Γαλλία [24], η Αυστρία [25], η Ισπανία [26] και η Ιρλανδία [27]. Ακολούθησε η Αγγλία [28], ενώ

55 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 26 το 2006 εκδόθηκε η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή για το ασφαλτικό σκυρόδεμα για λεπτές στρώσεις [29]. Βάσει της προδιαγραφής ΕΝ [29], οι κοκκομετρικές διαβαθμίσεις του ασφαλτικού σκυροδέματος για λεπτές στρώσεις διαχωρίζονται βάσει του μεγαλύτερου τυπικού μεγέθους D (διάμετρος οπών σε mm ) του κόσκινου, το οποίο χρησιμοποιείται για την κοκκομετρία των αδρανών του μίγματος. Για την κοκκομετρική διαβάθμιση των αδρανών του μίγματος χρησιμοποιούνται δύο βασικές ομάδες κόσκινων, οι οποίες και αναφέρονται σαν σετ 1 και σετ 2 αντίστοιχα. Σύμφωνα με την προδιαγραφή, δεν επιτρέπεται συνδυασμός των κόσκινων του σετ 1 με αυτά του σετ 2. Οι τυπικές κοκκομετρικές καμπύλες για τα σετ 1 και 2 δίνονται στους πίνακες 2.13 και Πίνακας 2.13 Τυπικές διαβαθμίσεις ΑΣ λεπτής στρώσης, σετ 1 [29] D 5 (5,6) 8 11 (11,2) Κόσκινο 5Α 5Β 8Α 8Β 11Α 11Β 11C mm Διερχόμενο ποσοστό (%) κατά βάρος 1,4D (α) 100 D Προαιρετικό κόσκινο χονδρ. αδρανών Μέγιστη και ελάχιστή τιμή προς καθορισμό εύρος μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής θα επιλεγεί από τις τιμές 10,15 και Προαιρετικό κόσκινο λεπτοκ. αδρανών Μέγιστη και ελάχιστή τιμή προς καθορισμό εύρος μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής θα επιλεγεί από τις τιμές 4, 5, 6, 7, 8, 9και 10 0, α) Σε περίπτωση που το κόσκινο που υπολογίζεται ως 1,4D δεν αντιστοιχεί ακριβώς σε κόσκινο της σειράς ISO 565/R 20 θα υιοθετείται το επόμενο κοντινότερο σε mm κόσκινο Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.13 η προδιαγραφή δίνει τη δυνατότητα της χρήσης και δύο προαιρετικών κοσκίνων. Ένα για το χονδρόκοκκο μέρος της καμπύλης και ένα για το λεπτόκοκκο. Για το σετ 1,το κόσκινο D και το προαιρετικό κόσκινο του χονδρόκοκκου μέρους της καμπύλης θα πρέπει να επιλεγεί από τα εξής κόσκινα: 4mm, 5,6 mm, 8mm, 11,2mm. Το προαιρετικό κόσκινο του λεπτόκοκκου μέρους της καμπύλης θα πρέπει να επιλεγεί από τα εξής κόσκινα: 1mm, 0,5mm, 0,25mm και 0,125mm.

56 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 27 Πίνακας 2.14 Τυπικές διαβαθμίσεις ΑΣ λεπτής στρώσης, σετ 2 [29] D Κόσκινο 6Α 6Β 8Α 8Β 10Α 10Β 10C 10D mm Διερχόμενο ποσοστό (%) κατά βάρος 1,4D (α) 100 D Προαιρετικό κόσκινο χονδρ. αδρανών Μέγιστη και ελάχιστή τιμή προς καθορισμό εύρος μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής θα επιλεγεί από τις τιμές 10,15 και Προαιρετικό κόσκινο λεπτοκ. αδρανών Μέγιστη και ελάχιστή τιμή προς καθορισμό εύρος μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής θα επιλεγεί από τις τιμές 4, 5, 6, 7, 8, 9και 10 0, (β) (β) 4,5-6,5 α) Σε περίπτωση που το κόσκινο που υπολογίζεται ως 1,4D δεν αντιστοιχεί ακριβώς σε κόσκινο της σειράς ISO 565/R 20 θα υιοθετείται το επόμενο κοντινότερο σε mm κόσκινο β) Για ειδικά μίγματα το ποσοστό της παιπάλης μπορεί να είναι 9-11 Το ίδιο ισχύει και για τον Πίνακα Για το σετ 2,το κόσκινο D και το προαιρετικό κόσκινο του χονδρόκοκκου μέρους της καμπύλης θα πρέπει να επιλεγεί από τα εξής κόσκινα: 4mm, 6,3 mm, 8mm, 10mm, 12.5mm. Το προαιρετικό κόσκινο του λεπτόκοκκου μέρους της καμπύλης θα πρέπει να επιλεγεί από τα εξής κόσκινα: 1mm, 0,5mm, 0,25mm και 0,125mm. Το ελάχιστο ποσοστό της ασφάλτου που θα χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση του ασφαλτικού σκυροδέματος επιλέγεται από σχετικό πίνακα της προδιαγραφής ΕΝ [29], ο οποίος έχει ελάχιστη τιμή ποσοστού ασφάλτου, 5% κατά βάρος μίγματος, κατηγορία Β min 5.0 και μέγιστη τιμή 6,4% κατά βάρος μίγματος, κατηγορία Β min 6,4. Η προδιαγραφή δεν προβλέπει συγκεκριμένη μεθοδολογία σύνθεσης ασφαλτομίγματος. Από τις ιδιότητες του μίγματος μόνο το ποσοστό των κενών αέρος και η επίδραση της υγρασίας μέσω του λόγου των εφελκυστικών αντοχών προβλέπονται. Οι τιμές των κενών δίνονται υπό μορφή κατηγοριών ταξινόμησης. Στους πίνακες 2.15 και 2.16 δίνονται τα ποσοστά των κενών αέρος που προδιαγράφονται. Τα κενά διακρίνονται, ανάλογα με τη μέθοδο συμπύκνωσης του ασφαλτομίγματος στο εργαστήριο. Όταν για τη συμπύκνωση του ασφαλτομίγματος χρησιμοποιείται κρουστικός συμπυκνωτής, τα κενά χαρακτηρίζονται σαν V i. Όταν χρησιμοποιείται γυροσκοπικός συμπυκνωτής, τα κενά χαρακτηρίζονται σαν V g, ενώ όταν χρησιμοποιείται δονητικός συμπυκνωτής τα κενά χαρακτηρίζονται V v.

57 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 28 Πίνακας 2.15 Ποσοστό κενών V g κατά ΕΝ [29] Ποσοστό κενών % Κατηγορία V g 10 έως 17 V g10 έως έως 19 V g12 έως έως 25 V g18 έως έως 25 V g20 έως 25 Καμία Απαίτηση V gκα Πίνακας 2.16 Ποσοστό κενών V i ή V v κατά ΕΝ [29] Ποσοστό κενών % Κατηγορία V g 3 έως 6 V ι3 έως 6 ή V v3 έως 6 7 έως 10 V ι7 έως 10 ή V v7 έως έως 15 V ι11 έως 15 ή V v11 έως 15 Καμία Απαίτηση V ικα ή V vκα Ο ελάχιστος λόγος των εφελκυστικών αντοχών (εφελκυστική αντοχή ξηρών δοκίμιων/ εφελκυστική αντοχή δοκιμιών εμβαπτιζομένων στο νερό) προβλέπεται να είναι εντός των κατηγοριών του Πίνακα Πίνακας 2.17 Ελάχιστος λόγος εφελκυστικών αντοχών, ITSR [29] Ελάχιστος λόγος εφελκυστικών αντοχών, % Κατηγορία ITSR 100 ITSR ITSR ITSR 75 Καμία Απαίτηση ITSR KA Όσον αφορά το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτικού σκυροδέματος για λεπτές στρώσεις, η ΕΝ δεν προδιαγράφει κατηγορίες ταξινόμησης. Για την παραμένουσα παραμόρφωση η ΕΝ προδιαγράφει κατηγορίες ταξινόμησης για ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης, οι οποίες δίνονται στον Πίνακα Τονίζει όμως ότι ο έλεγχος αυτός είναι προαιρετικός.

58 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 29 Πίνακας 2.18 Κατηγορίες μέγιστου ποσοστιαίου βάθους τροχοαυλάκωσης για το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα για λεπτές στρώσεις, [29] Μέγιστο ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης, % Κατηγορία ταξινόμησης, P 5,0 P 5 7,5 P ,0 P 10 15,0 P 15 Καμία απαίτηση P ΚΑ 2.4 ΜΕΤΡΟ ΔΥΣΚΑΜΨΙΑΣ Τα ασφαλτικά μίγματα υπό την επίδραση φορτίων επιδεικνύουν ιξωδοελαστική συμπεριφορά. Αυτό σημαίνει ότι η απόκριση τους υπό φόρτιση εμπεριέχει ανακτήσιμα και μη ανακτήσιμα στοιχεία. Ένα μέτρο της απόκρισης των ασφαλτικών μιγμάτων υπό την επίδραση φορτίων είναι το μέτρο δυσκαμψίας. Το μέτρο δυσκαμψίας αποτελεί μια ενδογενή ιδιότητα του υλικού και εξαρτάται κυρίως από τη σύνθεση αυτού. Στο κεφάλαιο αυτό δίνεται ο ορισμός της ιδιότητας, οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται, οι εξισώσεις υπολογισμού της και οι εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης της Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Το ασφαλτόμιγμα εμπεριέχει δύο υλικά με διαφορετική μηχανική συμπεριφορά. Την άσφαλτο με ιξωδοελαστική συμπεριφορά και τα συμπυκνωμένα αδρανή με ελαστική, κατάβάση, συμπεριφορά. Η ιξωδοελαστική συμπεριφορά της ασφάλτου υπερισχύει και έτσι το ασφαλτομίγμα συμπεριφέρεται και αυτό σαν ιξωδοελαστικό υλικό. Από τα παραπάνω είναι φανερό ότι το ασφαλτόμιγμα δεν μπορεί να χαρακτηριστεί από τη θεμελιώδη χαρακτηριστική ιδιότητα των ελαστικών υλικών που εκφράζεται με το μέτρο ελαστικότητας (Ε) ή αλλιώς γνωστό ως μέτρο Young. Στην περίπτωση των ασφαλτομιγμάτων, κατ αντιστοιχία με την άσφαλτο, χρησιμοποιείται ο όρος μέτρο δυσκαμψίας (stiffness modulus ή stiffness), (S mix ), όρος που προτάθηκε από τον Van der Poel [19]. Η χαρακτηριστική και θεμελιώδης αυτή ιδιότητα εξαρτάται, (σε αντίθεση με το μέτρο ελαστικότητας, όπου η

59 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 30 παραμόρφωση εξαρτάται μόνο από το επιβαλλόμενο φορτίο) και από τη θερμοκρασία (Τ) και το χρόνο φόρτισης (t). Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι στους αναλυτικούς υπολογισμούς καθορισμού της μηχανικής συμπεριφοράς του ασφαλτομίγματος καθιερώθηκε να χρησιμοποιούνται δύο μέτρα δυσκαμψίας. Αυτό που μετράται κάτω από συνθήκες όπου ο χρόνος φόρτισης είναι πολύ μικρός και η θερμοκρασία ελέγχου χαμηλή και αυτό που μετράται κάτω από συνθήκες που ο χρόνος φόρτισης είναι μεγάλος και η θερμοκρασία ελέγχου υψηλή. Το πρώτο ονομάζεται ελαστικό (elastic stiffness) μέτρο δυσκαμψίας, διότι οι συνθήκες μέτρησης αυτού πλησιάζουν τις συνθήκες ελαστικής συμπεριφοράς της ασφάλτου και το δεύτερο ιξώδες ή στατικό μέτρο δυσκαμψίας (viscous stiffness) διότι οι συνθήκες μέτρησης αυτού πλησιάζουν τις συνθήκες ιξώδους συμπεριφοράς της ασφάλτου. Το ελαστικό μέτρο δυσκαμψίας ονομάζεται από διάφορους ερευνητές και ως δυναμικό μέτρο δυσκαμψίας (dynamic stiffness). Κατ αντιστοιχία, το στατικό μέτρο δυσκαμψίας ονομάζεται και ιξώδες μέτρο δυσκαμψίας. Όσον αφορά τους συμβολισμούς που συνήθως χρησιμοποιούνται για την έκφραση του ελαστικού μέτρου δυσκαμψίας είναι: S mix, E dyn, ή E. Ομοίως για την έκφραση του ιξώδους μέτρου δυσκαμψίας συνήθως χρησιμοποιούνται οι συμβολισμοί: S mix,visc ; S mix,creep, E sta, ή E visc. Το ελαστικό ή δυναμικό μέτρο δυσκαμψίας χρησιμοποιείται από την αναλυτική διαστασιολόγηση των οδοστρωμάτων για τον υπολογισμό των κρίσιμων τάσεων και παραμορφώσεων που αναπτύσσονται στην πολυστρωματική δομή του οδοστρώματος κατά τη φόρτιση. Το στατικό μέτρο δυσκαμψίας χρησιμοποιείται στην εκτίμηση της αντίστασης του ασφαλτομίγματος σε παραμένουσα παραμόρφωση καθώς και στην πρόβλεψη της συνολικής παραμένουσας παραμόρφωσης του οδοστρώματος μετά από συγκεκριμένο χρονικό διάστημα ζωής. Τo μέτρο δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος ορίζεται από την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [30] ως «complex modulus». Ο όρος αυτός δεν έχει αποδοθεί ακόμα με ελληνικούς όρους. Η μετάφραση του όρου θα μπορούσε να είναι «σύνθετο μέτρο απόκρισης ασφαλτομίγματος» και έτσι θα χρησιμοποιείται, από εδώ και στο εξής, σε αυτή τη διατριβή.

60 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 31 Το σύνθετό μέτρο απόκρισης ασφαλτομίγματος είναι συνάρτηση της ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς του ασφαλτομίγματος και ορίζεται ως εξής [30]: Κατά την επιβολή ημιτονοειδούς μονοαξονικού φορτίου σε χρόνο t, η τάση φόρτισης είναι της μορφής σ=σsinωt και η προκύπτουσα παραμόρφωση της μορφής ε=εsin(ωt-φ), όπου φ είναι η υστέρηση της παραμόρφωσης σε σχέση με την τάση. Ο διεθνής όρος για τη φ, είναι «phase angle». Στην παρούσα διατριβή για τη φ υιοθετείται ο όρος «γωνία φάσης». Μια γραφική απεικόνιση των παραπάνω δίνεται στο Σχήμα 2.3. Χρόνος, t Σχήμα 2.3 Συνθήκες φόρτισης κατά τον ορισμό του μιγαδικού μέτρου απόκρισης Ο λόγος τάσης προς παραμόρφωση ορίζει το σύνθετο μέτρο απόκρισης Ε*. Η μαθηματική σχέση που περιγράφει το Ε* δίνεται στην εξίσωση 2.8. E E cos φ i sin φ (2.8) Όπως φαίνεται από την εξίσωση 2.8 το σύνθετο μέτρο απόκρισης αποτελείται από δύο διακριτά μέρη, το πραγματικό Ε 1 = le*l x cos(φ) και το φανταστικό Ε 2 = le*l x sin (φ). Το Ε 1 αποτελεί το ελαστικό μέρος του μέτρου απόκρισης και στη διεθνή βιβλιογραφία απαντάται με τον όρο «storage modulus» ή «μέτρο αποθήκευσης». Το Ε 2 αποτελεί το ιξώδες μέρος του μέτρου απόκρισης και στη διεθνή βιβλιογραφία απαντάται με τον όρο «loss modulus» ή «μέτρο απώλειας» [31],[32]. Σημειώνεται εδώ, ότι οι όροι «πραγματικό» και «φανταστικό» προέρχονται από τη μαθηματική ορολογία. Περισσότερες εξηγήσεις για αυτούς θα μπορούσαν να βρεθούν σε οποιοδήποτε βιβλίο θεωρίας μιγαδικών αριθμών.

61 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 32 Η απόλυτη τιμή του σύνθετου μέτρου απόκρισης και η γωνία φάσης φ δίνονται από τις μαθηματικές εξισώσεις 2.9 και (2.9) φ arc tan E E (2.10) Για πλήρως ελαστικά υλικά, η γωνία φάσης είναι μηδέν και το μιγαδικό μέτρο απόκρισης προσεγγίζει το ελαστικό μέτρο του Young. Αυτό συμβαίνει όταν τα ασφαλτομίγματα βρεθούν υπό συνθήκες πολύ χαμηλών θερμοκρασιών (-20 C). Τότε το μιγαδικό μέτρο απόκρισης λαμβάνει τη μεγαλύτερη πιθανή τιμή του, Ε, το οποίο διεθνώς ονομάζεται «glassy modulus» ή υαλώδες μέτρο ελαστικότητας. Το μέτρο δυσκαμψίας ορίζεται σαν η απόλυτη τιμή του μιγαδικού μέτρου απόκρισης (βλέπε εξίσωση 2.9) ή σαν η τιμή του «secant modulus» [30]. Όπου, secant modulus είναι το χορδικό μέτρο ελαστικότητας. Το χορδικό μέτρο ελαστικότητας είναι η σχέση μεταξύ τάσης και παραμόρφωσης στο χρόνο φόρτισης t, για ένα υλικό που υποβάλλεται σε φόρτιση ελεγχόμενου ρυθμού παραμόρφωσης. Η μαθηματική σχέση που το περιγράφει δίνεται στην εξίσωση 2.11: E t σ ( t) = (2.11) ε ( t) Όπου σ(t) και ε(t) η τάση και η παραμόρφωση στον χρόνο t, αντίστοιχα. Η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή δεν λέει ξεκάθαρα σε ποιο από τα δύο μέτρα δυσκαμψίας αναφέρεται. Εμμέσως στην παράγραφο 5.3 της ΕΝ , με δύο υποσημειώσεις, υπονοείται ότι όλοι οι παραπάνω ορισμοί αναφέρονται στο ελαστικό μέτρο δυσκαμψίας. Οι υποσημειώσεις αναφέρουν ότι οι παραπάνω ορισμοί ισχύουν για συγκεκριμένα επίπεδα παραμόρφωσης, στα οποία το υλικό παρουσιάζει γραμμική συμπεριφορά και ότι ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες ελέγχου. Στην υψηλότερη θερμοκρασία κάθε προγράμματος ελέγχου που εκτελείται, θα πρέπει να γίνονται έλεγχοι γραμμικότητας του

62 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 33 υλικού και να καθορίζεται η τιμή της παραμόρφωσης για την οποία το μέτρο του υλικού παύει να είναι σταθερό. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι το ελαστικό μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος ή απλά μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (S mix ) Παράγοντες που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Στο παρόν υποκεφάλαιο αναπτύσσονται οι παράγοντες που επηρεάζουν το μετρό δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος Επίδραση του τύπου των αδρανών στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Ο Thom και άλλοι [33] μελέτησαν την επίδραση της χρήσης διαφορετικών αδρανών στη μηχανική συμπεριφορά των ασφαλτομιγμάτων. Μέρος της εργασίας τους αναφερόταν και στο πως διαφορετικοί τύποι αδρανών επηρεάζουν το S mix. Οι Πίνακες 2.19 και 2.20 δείχνουν χαρακτηριστικά την επίδραση αυτή. Πίνακας Μέτρα δυσκαμψίας ασφαλτομιγμάτων με γρανιτικά και ασβεστολιθικά αδρανή [33] Τύπος ασφάλτου Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (MPa) Γρανιτικά αδρανή Ασβεστολιθικά αδρανή Λόγος Α* ,63 Β* ,74 C* ,73 D* ,91 *Οι ερευνητές δεν δίνουν επιπλέον στοιχεία για τις ασφάλτους Οι διαφορές στις τιμές του S mix και στους δυο Πίνακες είναι αξιοσημείωτες. Συμπέρασμα των ερευνητών ήταν το αποτέλεσμα αυτό θα πρέπει να αναμένεται όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι αδρανών και ότι πέραν του τύπου του αδρανούς ρόλο παίζει και ο τύπος της ασφάλτου, ουσιαστικά δηλαδή η συνάφεια της ασφάλτου με τα αδρανή.

63 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 34 Πίνακας 2.20 Μέτρα δυσκαμψίας ασφαλτομιγμάτων με διαφορετικά αδρανή [33] Αδρανές Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (MPa) Σχετικό Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (MPa) Ασβεστόλιθος Σκωρία ,88 Σχιστόλιθος ,73 Αργιλος Κίνας +Ασβεστόλιθος , Επίδραση του ποσοστού της παιπάλης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Οι Cong και Zheng [34] μελετώντας την επίδραση του λόγου παιπάλης προς άσφαλτο στη συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων εξέτασαν και τον τρόπο που ο λόγος αυτός επηρεάζει το S mix. Στο Σχήμα 2.4 απεικονίζεται η επίδραση αυτή. Μέτρο Δυσκαμψίας (MPa) Λόγος παιπάλης ασφάλτου Σχήμα 2.4 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο παιπάλης ασφάλτου Όπως φαίνεται από το σχήμα το S mix μειώνεται έως μια συγκεκριμένη τιμή του λόγου παιπάλης ασφάλτου και κατόπιν καθώς ό λόγος αυτός αυξάνεται (και άρα το μίγμα γίνεται πιο λεπτόκοκκο) το S mix αυξάνεται επίσης. Ο Santos και άλλοι [35] εξέτασαν την επίδραση της παιπάλης σε μίγματα με υψηλά μέτρα δυσκαμψίας (High modulus bituminous mixtures) που διαστρώθηκαν στο πεδίο. Το συμπέρασμα

64 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 35 της έρευνάς τους ήταν ότι μίγματα με υψηλότερο ποσοστό παιπάλης παρουσίασαν μεγαλύτερα μέτρα δυσκαμψίας από αυτά με μικρότερο ποσοστό παιπάλης. Ο Ηλιού [36] σε μια εκτεταμένη έρευνα, στα πλαίσια της διδακτορικής του διατριβής με θέμα τη χρήση της ιπτάμενης τέφρας ως παιπάλη στα ασφαλτομίγματα έδειξε, ότι για ποσοστά τέφρας έως και 50% η αύξηση του μέτρου δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος είναι ραγδαία, ενώ για μεγαλύτερα ποσοστά γίνεται ήπια Επίδραση του τύπου της ασφάλτου στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Οι Kok και Kuloglu [37] στα πλαίσια της έρευνας τους σχετικά με τις συνέπειες χρήσης διαφορετικών ασφάλτων στις μηχανικές ιδιότητες των ασφαλτικών μιγμάτων έδειξαν την επίδραση της ασφάλτου στο μέτρο δυσκαμψίας. Σχηματικά σε θερμοκρασία 25 C η επίδραση αυτή δίνεται στο Σχήμα 2.5. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τρία ασφαλτομίγματα (AC-5, AC-10 και AC-20, χαρακτηρίζονται βάσει του ιξώδους της ασφάλτου) με τρείς τύπους κοινής ασφάλτου και ένα ασφαλτόμιγμα με τροποποιημένη άσφαλτο (AC-10(SBS)), τα οποία και εξέτασαν ως προς το μέτρο δυσκαμψίας τους. Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.5 η τροποποιημένη άσφαλτος έχει τη μεγαλύτερη τιμή μέτρου δυσκαμψίας. Μάλιστα σύμφωνα με την έρευνα, η τροποποίηση της ασφάλτου με SBS είχε ως συνέπεια την κατά 70% αύξηση του μέτρου δυσκαμψίας σε σχέση με το μέτρο δυσκαμψίας των μιγμάτων με κοινή άσφαλτο. Την ευεργετική επίδραση της τροποποιημένης ασφάλτου έναντι της κοινής, ως προς την αύξηση του μέτρου δυσκαμψίας έδειξαν και οι Sivapatham και Beckedahl [38]. Ο Silva και άλλοι [39] ελέγχοντας 8 ασφαλτομίγματα για επιφανειακές στρώσεις σύμφωνα με τις Πορτογαλικές προδιαγραφές, έδειξαν ότι το μέτρο δυσκαμψίας των διαφορετικών ασφαλτομιγμάτων που παράχθηκαν με πιο σκληρή άσφαλτο (35/50) παρουσίασαν τιμές μεγαλύτερες από τα μίγματα με τη συνήθη άσφαλτο (50/70) που χρησιμοποιείται κατά τις Πορτογαλικές προδιαγραφές.

65 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 36 Μέτρο δυσκ αμψίας, MPa Τύπος μίγματος με βάση την άσφαλτο Σχήμα 2.5 Επίδραση της τροποποιημένης ασφάλτου στο ΜΔ ΑΣΦ Επίδραση των ογκομετρικών ιδιοτήτων του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Ο Bonnaure [40] και άλλοι, στη θεμελιώδη έρευνά τους απέδειξαν ότι το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος εξαρτάται από τον όγκο των αδρανών στο μίγμα, από τον όγκο της ασφάλτου και από το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου. Η εξάρτηση του S mix από τους παράγοντες αυτούς φαίνεται στο Σχήμα 2.6. Το νομογράφημα αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος > 5 x 10 6 Pa. Ο περιορισμός οφείλεται στο γεγονός ότι μόνο πάνω από αυτή την τιμή δυσκαμψίας της ασφάλτου υπάρχει δυναμική συμπεριφορά του μίγματος και το μέτρο δυσκαμψίας εξαρτάται μόνο από τη δυσκαμψία της ασφάλτου και τις ογκομετρικές αναλογίες των συστατικών του μίγματος. Κάτω από αυτήν την τιμή υπεισέρχονται και άλλοι παράμετροι, η επίδραση της ασφάλτου μειώνεται και γενικότερα ο καθορισμός του μέτρου δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος γίνεται αδύνατος Επίδραση της θερμοκρασίας και των συνθηκών φόρτισης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Στο Shell Bitumen Ηandbook [41] δίνεται παραστατικά, Σχήμα 2.7, η επίδραση του χρόνου φόρτισης ή της θερμοκρασίας στο μέτρο δυσκαμψίας.

66 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 37 Σχήμα.2.6 Νομογράφημα εκτίμησης Μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.7, καθώς η θερμοκρασία ή ο χρόνος φόρτισης αυξάνονται το μέτρο δυσκαμψίας μειώνεται. Επίσης καθώς η θερμοκρασία ή ο χρόνος φόρτισης αυξάνονται το μέτρο δυσκαμψίας εξαρτάται από περισσότερους παράγοντες.

67 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 38 Μέτρο Δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Υψηλές τιμές Μέτρου Δυσκαμψίας Εξαρτώνται από: 1. Μέτρο Δυσκαμψίας Ασφάλτου 2. Κενά αέρος Χαμηλές τιμές Μέτρου Δυσκαμψίας Εξαρτώνται από: 1. Μέτρο Δυσκαμψίας Ασφάλτου 2. Κενά αέρος 3. Αδρανή (τύπος, σχήμα, διαβάθμιση, υφή, αλληλοσύνδεση μεταξύ κόκκων κτλ) 4. Συμπύκνωση (ποσοστό κενών, μέθοδος συμπύκνωσης κτλ) 5. Περιοριστικές συνθήκες Θερμοκρασία ή Χρόνος φόρτισης Σχήμα 2.7 Εξέλιξη του μέτρου δυσκαμψίας με τη θερμοκρασία ή το χρόνο φόρτισης Οι Kamal και Niazi [42] έδειξαν την επίδραση της θερμοκρασίας και της εφαρμοζόμενης τάσης στο μέτρο δυσκαμψίας. Χρησιμοποίησαν δύο ασφαλτικά μίγματα, τα οποία προορίζονταν για χρήση σε ασφαλτική βάση. Το μίγμα Α ήταν ένα ασφαλτόμιγμα με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 38mm και το μίγμα Β ήταν ένα ασφαλτόμιγμα με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 25mm. Όπως φαίνεται από τα Σχήματα 2.8 και 2.9, καθώς αυξάνει η θερμοκρασία ελαττώνεται το μέτρο δυσκαμψίας. Επίσης, όπως φαίνεται στα Σχήματα 2.8 και 2.9 με την αύξηση της τάσης φόρτισης, αυξάνεται η τιμή του μέτρου δυσκαμψίας. Σε όλες τις περιπτώσεις το ασφαλτόμιγμα με ονομαστικό κόκκο 25mm έχει υψηλότερο μέτρο δυσκαμψίας από το ασφαλτόμιγμα με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 38mm. Ο Santos και άλλοι [35] μελέτησαν τη συμπεριφορά ασφαλτομιγμάτων με υψηλά μέτρα δυσκαμψίας (High modulus bituminous mixtures). Χρησιμοποίησαν τη μέθοδο κάμψης 4 σημείων για τον υπολογισμό του μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών μιγμάτων από το πεδίο και το εργαστήριο σε διάφορα ποσοστά ασφάλτου. Όσον αφορά τα μίγματα που κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο το μέτρο δυσκαμψίας αυξάνεται καθώς η συχνότητα φόρτισης μειώνεται. Το αντίθετο βρέθηκε ότι ισχύει για τη γωνία φάσης δηλαδή καθώς η συχνότητα φόρτισης αυξάνεται η γωνία φάσης μειώνεται. Το παραπάνω συμπέρασμα γραφικά φαίνεται στο Σχήμα 2.10.

68 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 39 Μέτρο δυσκαμψίας, (ΚΝ/m 2 )x1000 Μίγμα Β Μίγμα Α Θερμοκρασία ºC Σχήμα 2.8 Μεταβολή του ΜΔ ΑΣΦ με τη θερμοκρασία σε τάση επιβολής 100KN/m 2 Μέτρο δυσκαμψίας, (ΚΝ/m 2 )x1000 Μίγμα Β Μίγμα Α Θερμοκρασία ºC Σχήμα 2.9 Μεταβολή του ΜΔ ΑΣΦ με τη θερμοκρασία σε τάση επιβολής 300KN/m 2 Μια μόνο εξαίρεση του παραπάνω συμπεράσματος διαπιστώθηκε κατά τον έλεγχο στους 15 C και σε υψηλά επίπεδα φόρτισης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.11 τα ασφαλτομίγματα με ποσοστό ασφάλτου 5,3% παρουσίασαν υψηλότερα μέτρα δυσκαμψίας από τα άλλα ασφαλτομίγματα με μικρότερο ποσοστό ασφάλτου.

69 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 40 Σχήμα 2.10 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας και της γωνίας φάσης για επιβαλλόμενη τάση 120μ στους 25ºC Μέτρο δυσκαμψίας, MPa Μέτρο δυσκαμψίας, (MPa) Γωνία φάσης, (μοίρες) Συχνότητα (Hz) Συχνότητα (Hz) Συχνότητα (Hz) Σχήμα 2.11 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας για επιβαλλόμενη τάση 300μ στους 15ºC Η εξήγηση των ερευνητών για αυτή την «ασυνέπεια» ήταν ότι για δεδομένη θερμοκρασία η δομή των αδρανών και η κατανομή της ασφάλτου σε ένα συμπυκνωμένο ασφαλτόμιγμα επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας περισσότερο απ ότι το ποσοστό της ασφάλτου. Όσον αφορά τα κενά αέρος βρέθηκε ότι η σχέση ποσοστό κενών μέτρο δυσκαμψίας είναι στατιστικά σημαντική. Για τις δεδομένες συνθήκες ελέγχου, βρέθηκε ότι το μέτρο δυσκαμψίας μειώνεται όταν αυξάνονται τα κενά του ασφαλτομίγματος. Η επίδραση της θερμοκρασίας διακρίνεται στο Σχήμα Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.12 το ΜΔ ΑΣΦ μειώνεται αυξανομένης της θερμοκρασίας. Το αντίθετο φαινόμενο ισχύει για τη γωνία φάσης. Όμοια συμπεράσματα προέκυψαν και για τα μίγματα που ελήφθησαν από το πεδίο, όσον αφορά τους παράγοντες που αναφέρθηκαν πιο πάνω.

70 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 41 Οι Tayebali, Tsai και Monismith [43] στα πλαίσια του προγράμματος SHRP (Strategic Highway Research Program) διερεύνησαν τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται το μέτρο δυσκαμψίας. Χρησιμοποίησαν μεθόδους μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με φόρτιση κατά τον άξονα του δοκιμίου, με φόρτιση στη διεύθυνση της διαμέτρου του δοκιμίου και με καμπτική φόρτιση. Το γενικό συμπέρασμα της έρευνας ήταν ότι το μέτρο δυσκαμψίας, με όποιο τρόπο και αν μετρηθεί, εξαρτάται από τις συνθήκες ελέγχου και τις παραμέτρους του ασφαλτομίγματος. Μέτρο Δυσκαμψίας, (MPa) Γωνία φάσης, (Μοίρες) Θερμοκρασία (ºC) Θερμοκρασία (ºC) Σχήμα 2.12 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας και της γωνίας φάσης για επιβαλλόμενη τάση 120μ Ειδικότερα εξαρτάται θερμοκρασία, τον τύπο της ασφάλτου (πηγή προέλευσης), το ποσοστό της ασφάλτου, τον τύπο των αδρανών (πηγή προέλευσης) και το ποσοστό των κενών αέρος. Τα επιμέρους συμπεράσματα της έρευνας είναι τα παρακάτω: 1. Μέτρα δυσκαμψίας που μετρήθηκαν κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου και με κάμψη του δοκιμίου, εξαρτώνται από τις συνθήκες κάθε ελέγχου και από τους παράγοντες που αναφέρθηκαν πιο πάνω (Θερμοκρασία, τύπος ασφάλτου, τύπο αδρανών, ποσοστό κενών). 2. Οι έλεγχοι κατά τον άξονα, τη διάμετρο και σε κάμψη των δοκιμίων, δίνουν διαφορετικές εκτιμήσεις-τιμές του μέτρου δυσκαμψίας. 3. Μέτρα δυσκαμψίας υπολογισμένα κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου του δοκιμίου είχαν τιμές 35-45% μεγαλύτερες από αυτά που υπολογίστηκαν κατά τη διεύθυνση του άξονα του δοκιμίου και σε κάμψη.

71 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Ο λόγος του Poisson, ο οποίος είναι απαραίτητος για τον υπολογισμό του μέτρου δυσκαμψίας κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου του δοκιμίου, δεν μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια και η τιμή του θα πρέπει να εκτιμηθεί με άλλα συστήματα ελέγχου. 5. Δεδομένου ότι στους διαμετρικούς ελέγχους χρησιμοποιείται μια εκτιμώμενη τιμή του λόγου του Poisson, τα μέτρα δυσκαμψίας κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου, ίσως να είναι λιγότερο αξιόπιστα από αυτά που υπολογίζονται με τους άλλους τρόπους που αναφέρθηκαν. 6. Οι διαμετρικοί έλεγχοι του μέτρου δυσκαμψίας σε υψηλές θερμοκρασίες δεν δίνουν αξιόπιστα αποτελέσματα. Η εμπειρία των εργαστηρίων που συμμετείχαν στο SHRP υποδεικνύει ότι «αδύναμα» (weak) μίγματα δεν μπορούν να ελεγχθούν σε θερμοκρασίες του επιπέδου των 60 C. Προτείνεται λοιπόν τέτοιοι έλεγχοι (κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου) να περιοριστούν σε θερμοκρασίες έως και Επίδραση της οξείδωσης του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Οι Daniel, Kim και Lee [44] έδειξαν ότι τόσο η οξείδωση του ασφαλτομίγματος όσο και η θερμοκρασία επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος. Γραφικά η επιρροή των δύο αυτών παραγόντων φαίνεται στο Σχήμα Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τέσσερα διαφορετικά επίπεδα οξείδωσης: (1) STA, όπου το ασυμπύκνωτο μίγμα συντηρήθηκε στους 135 ºC για 4 ώρες και μετά συμπυκνώθηκε σε δοκίμια και υποβλήθηκε σε έλεγχο, (2) LTA1, όπου το ασυμπύκνωτο μίγμα συντηρήθηκε στους 135 ºC για 4 ώρες και μετά συμπυκνώθηκε σε δοκίμια τα οποία συντηρήθηκαν στους 85 ºC για 2 μέρες έως τον έλεγχο, (3) LTA2, όπου το ασυμπύκνωτο μίγμα συντηρήθηκε στους 135 ºC για 4 ώρες και μετά συμπυκνώθηκε σε δοκίμια τα οποία συντηρήθηκαν στους 85 ºC για 4 μέρες έως τον έλεγχο και (3) LTA3, όπου το ασυμπύκνωτο μίγμα συντηρήθηκε στους 135 ºC για 4 ώρες και μετά συμπυκνώθηκε σε δοκίμια τα οποία συντηρήθηκαν στους 85 ºC για 8 μέρες έως τον έλεγχο Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.13 το μέτρο δυσκαμψίας αυξάνεται με το επίπεδο οξείδωσης του ασφαλτομίγματος. και ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

72 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 43 Μέτρο Δυσκαμψίας (ΜPa) Θερμοκρασία (ºC) Σχήμα 2.13 Μεταβολή του Μέτρου δυσκαμψίας σε σχέση με την οξείδωση των μιγμάτων Ο Silva και άλλοι [39] έδειξαν επίσης ότι οξειδωμένα μίγματα εμφάνισαν μεγαλύτερα μέτρα δυσκαμψίας από τα μη οξειδωμένα Επίδραση της συμπύκνωσης του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Ο Cross [45] έδειξε την επίδραση της συμπύκνωσης και κατ επέκταση των κενών του ασφαλτομίγματος στο μέτρο δυσκαμψίας. Το αποτέλεσμα της έρευνας ήταν ότι το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος έχει μεγαλύτερες τιμές σε μεγαλύτερο ποσοστό συμπύκνωσης ή σε μικρότερα ποσοστά κενών. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξαν και οι Sivapatham και Beckedahl. Οι Hunter, Airey και Collop [46],[47] προσθέτουν ακόμη μία παράμετρο προς έρευνα, τον τρόπο με τον οποίο συμπυκνώνεται το ασφαλτόμιγμα στο εργαστήριο. Χρησιμοποιώντας ένα πυκνής διαβάθμισης Macadam και τρείς τρόπους συμπύκνωσης δημιούργησαν δοκίμια τα οποία και υπόβαλλαν στον έλεγχο του μέτρου δυσκαμψίας. Τα αποτελέσματα του ελέγχου αυτού δίνονται στον Πίνακα Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.22 τα δοκίμια που συμπυκνώθηκαν με γυροσκοπικό συμπυκνωτή έχουν μεγαλύτερη τιμή μέτρου δυσκαμψίας. Ειδικότερα η τιμή αυτή είναι 8% μεγαλύτερη από την τιμή των δοκιμίων που συμπυκνώθηκαν σε πλακούντες. Η εξήγηση που δίνεται από τους ερευνητές για τις διαφορές που παρατηρούνται στον Πίνακα 2.21 είναι ότι

73 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 44 οφείλονται στη διαφορετική θέση που παίρνουν τα αδρανή στο δοκίμιο, σε κάθε τρόπο συμπύκνωσης. Πίνακας 2.21 Μέτρο δυσκαμψίας για διάφορους τρόπους εργαστηριακής συμπύκνωσης Μέτρο δυσκαμψίας (, MPa) Τρόπος συμπύκνωσης Mέσος όρος Τυπική απόκλιση ΓυροσκοπικόςΣυμπυκνωτης Δονητικός. Συμπυκνωτής Συμπυκνωτής Πλακούντων Επίδραση της μορφής, του μεγέθους και της μάζας του δοκιμίου στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Σύμφωνα με την προδιαγραφή ΕΝ [30] τα Ε 1 και Ε 2 της εξίσωσης 2.9, παράγραφος υπολογίζονται από τις σχέσεις: Ε 1 =γ ((F/z) x cos(φ)+(μ/10 3) xω 2 ) (2.12) Και Ε 2 =γ ((F/z) x sin(φ) (2.13) Όπου F=δύναμη φόρτισης, Ν Φ= γωνία φάσης, σε μοίρες ω= συχνότητα φόρτισης, Hz μ= παράγοντας μάζας του δοκιμίου γ= παράγοντας μορφής και σχήματος του δοκιμίου Οι παράγοντες γ και μ δίνονται από τους Πίνακες 2.23 και 2.24 για διαφορετικές συσκευές μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας.

74 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 45 Όπως φαίνεται από τους Πίνακες 2.22 και 2.23 οι παράγοντες μάζας και σχήματος υπεισέρχονται στον υπολογισμό των Ε 1 και Ε 2 και άρα στον υπολογισμό του μέτρου δυσκαμψίας Επίδραση στο μέτρο δυσκαμψίας της προσθήκης ακρυλικών ινών στο ασφαλτόμιγμα Ο Minnecker και άλλοι [47α] έδειξαν ότι για μίγματα με ποσοστό ασφάλτου μικρότερο του 4,6%κ.β μίγματος, τα ασφαλτομίγματα με ίνες επέδειξαν υψηλότερο μέτρο δυσκαμψίας από αυτά χωρίς ίνες. Για ποσοστό ασφάλτου μεγαλύτερο του 4,6% κ.β μίγματος τα ασφαλτομίγματα με ίνες παρουσίασαν μικρότερο μέτρο δυσκαμψίας από αυτά χωρίς ίνες Επίδραση του λόγου Poisson στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Ο Bucchi και άλλοι [48] διερεύνησαν την επίδραση του λόγου Poisson στη δοκιμή έμμεσης διάτμησης. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.23 ο λόγος Poisson, λαμβάνει μέρος στην εξίσωση υπολογισμού του παράγοντα γ για τη δοκιμή έμμεσης διάτμησης. Τα αποτελέσματα της έρευνας τους διακρίνονται στον Πίνακα Πίνακας 2.22 Παράγοντες μ και γ για διαφορετικές συνθήκες φόρτισης [30] Τύπος φόρτισης Παράγοντας γ Παράγοντας μ

75 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 46 Όπου 2PB-TR= δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με κάμψη δύο σημείων σε δοκίμια τραπεζοειδούς σχήματος 2PB-PR= δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με κάμψη δύο σημείων σε δοκίμια3 πρισματικού σχήματος 3PB-PR= δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με κάμψη τριών σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Πίνακας 2.23 Παράγοντες μ και γ για διαφορετικές συνθήκες φόρτισης [30] Τύπος φόρτιση ς Παράγοντας γ Παράγοντας μ Για συνήθεις διαστάσεις δοκιμίων Συντεταγμένη κατά την οποία μετράται η παραμόρφωση Όπου 4PB-PR= Δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με κάμψη τεσσάρων σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος ΙΤ-CY= Δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με έμμεση διάτμηση σε κυλινδρικά δοκίμια DTC-CY= Δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με άμεσο εφελκυσμό-θλίψη σε κυλινδρικά δοκίμια

76 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 47 DTC-PR= Δοκιμή μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας με άμεσος εφελκυσμό σε πρισματικά δοκίμια Πίνακας 2.24 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας με το λόγο Poisson Δοκίμιο Μέτρο Δυσκαμψίας 10 C (MPa) Μέτρο Δυσκαμψίας 20 C (MPa) Μέτρο Δυσκαμψίας 30 C (MPa) ν=0,25 ν=0,35 ν=0,35 ν=0.45 ν=0,35 S3-IT S3-IT S3-IT S3-IT S3-IT Όπου ν για τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές είναι ο γνωστός λόγος του Poisson μ της διεθνούς βιβλιογραφίας Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.24 οι τιμές του μέτρου δυσκαμψίας διαφέρουν για διαφορετικούς λόγους Poisson. Μάλιστα υπάρχει μια διαφορά στις τιμές για ν=0,25 και ν=0,35 στους 10 C,της τάξεως του 20%. Επίσης διαφορά της τάξης του 10% υπάρχει μεταξύ των τιμών για ν=0,45 και ν=0,25 στους 30 C Δεδομένου ότι η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή υιοθετεί τον ίδιο λόγο Poisson για όλες τις θερμοκρασίες, οι ερευνητές προβάλλουν τις αμφιβολίες τους για την ορθότητα της επιλογής αυτής. Ενισχύουν μάλιστα τις αμφιβολίες τους αυτές, αναφέροντας την Βρετανική προδιαγραφή BS DD213:1993 [49], η οποία χρησιμοποιούνταν στην Αγγλία για να περιγράψει τη δοκιμή, πριν την έκδοση της Ευρωπαϊκή προδιαγραφής. Στη Βρετανική προδιαγραφή για διαφορετικές θερμοκρασίες, υιοθετούνται διαφορετικοί λόγοι Poisson Επίδραση της μεθόδου μέτρησης στο μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Τέλος οι ίδιοι ερευνητές (Bucchi και άλλοι) [48] αξιολόγησαν δύο από τις δοκιμές που περιγράφονται στην Ευρωπαϊκή προδιαγραφή για τον έλεγχο του μέτρου δυσκαμψίας. Την δοκιμή έμμεσης διάτμησης και τη δοκιμή κάμψης τεσσάρων σημείων. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2.26 παρατήρησαν διαφορές στα αποτελέσματα των δύο δοκιμών. Και στην περίπτωση αυτή, δεδομένου ότι η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή θεωρεί όλες τις μεθόδους που περιγράφει ισοδύναμες και επίσης ένα είναι το αποτέλεσμα που δίνεται στο τέλος του

77 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 48 ελέγχου, οι ερευνητές αναρωτιούνται ποιο θα είναι αυτό. Όπως φαίνεται από τον Πινάκα Οι διαφορές των δύο δοκιμών είναι της τάξης των 2000 MPa. Πίνακας.2.25 Μεταβολή του μέτρου δυσκαμψίας σε σχέση με τον τρόπο ελέγχου Δοκιμή Δοκίμιο Μέτρο Δυσκαμψίας (MPa) Συχνότητα ή χρόνος φόρτισης Συνθήκες ελέγχου Θερμοκρασία Έμμεση διάτμηση Κάμψη τεσσάρων σημείων S3-IT MPa 124ms Τ=20 C S3-IT MPa 124ms Τ=20 C S3-IT MPa 124ms Τ=20 C S3-IT MPa 124ms Τ=20 C S3-IT MPa 124ms Τ=20 C S3-4PB MPa 8Hz Τ=20 C S3-4PB MPa 8Hz Τ=20 C S3-4PB MPa 8Hz Τ=20 C Εργαστηριακοί μέθοδοι μέτρησης μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικών μιγμάτων Πολλοί και διαφορετικοί εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας αναπτύχθηκαν ανά την υφήλιο. Η Ευρωπαϊκή προδιαγραφή ΕΝ [30] καλύπτει τους κυριότερους από αυτούς, οι οποίοι και θα αναπτυχθούν εν συντομία παρακάτω. Σύμφωνα λοιπόν με την ΕΝ οι μέθοδοι υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας διακρίνονται σε τρείς κύριες κατηγορίες: Μέθοδοι κάμψης, μέθοδος εμμέσου εφελκυσμού και μέθοδοι άμεσης ομοαξονικής φόρτισης. Οι τρείς αυτές κύριες κατηγορίες διακρίνονται στους παρακάτω ελέγχους: Μέθοδοι κάμψης: Κάμψη δύο σημείων σε δοκίμια τραπεζοειδούς σχήματος Κάμψη δύο σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Κάμψη τριών σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Κάμψη τεσσάρων σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Μέθοδος έμμεσου εφελκυσμού: Έμμεσος εφελκυσμός σε κυλινδρικά δοκίμια

78 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 49 Μέθοδοι άμεσης μονοαξονικής φόρτισης: Άμεσος εφελκυσμός-θλίψη σε κυλινδρικά δοκίμια Άμεσος εφελκυσμός σε κυλινδρικά δοκίμια Άμεσος εφελκυσμός σε πρισματικά δοκίμια Οι προαναφερθείσες μέθοδοι, εν συντομία, περιγράφονται παρακάτω Μέθοδος κάμψης δύο σημείων σε δοκίμια τραπεζοειδούς ή πρισματικού σχήματος Στη μέθοδο κάμψης 2 σημείων σε τραπεζοειδή ή πρισματικά δοκίμια, τα δοκίμια πρέπει να ελεγχθούν εντός 2 εβδομάδων έως και 2 μηνών από την παρασκευή τους. Κάθε δοκίμιο που ελέγχεται θα πρέπει να κολληθεί σε μία μεταλλική βάση και να μένει στη θερμοκρασία ελέγχου για τουλάχιστον 4 ώρες. Κατά τον έλεγχο κατάλληλη συσκευή επιβάλλει στην κεφαλή του δοκιμίου, ένα ημιτονοειδές φορτίο της μορφής F=F 0 sin(ωt) για χρονική διάρκεια από 30 δευτερόλεπτα έως δύο λεπτά. Το επιβαλλόμενο φορτίο είναι τέτοιο ώστε στην περιοχή του δοκιμίου που δέχεται το μεγαλύτερο φορτίο, να αναπτύσσεται παραμόρφωση μικρότερη των 50 microstrain και το ασφαλτικό μίγμα να αποκρίνεται εντός του ελαστικού πεδίου. Ο έλεγχος υπολογίζει το μιγαδικό μέτρο απόκρισης και τη γωνία φάσης του ασφαλτομίγματος. Το μιγαδικό μέτρο απόκρισης υπολογίζεται κατ ελάχιστο σε τέσσερεις διαφορετικές θερμοκρασίες (οι οποίες δεν διαφέρουν περισσότερο από 10 C), ξεκινώντας από τη χαμηλότερη θερμοκρασία. Σε κάθε θερμοκρασία ο έλεγχος θα πρέπει να γίνεται κατ ελάχιστο σε τρείς συχνότητες φόρτισης Μέθοδος κάμψης τριών ή τεσσάρων σημείων σε δοκίμια πρισματικού σχήματος Στη μέθοδο αυτή, τα δοκίμια κόβονται από πλακούντες που λαμβάνονται από το πεδίο ή παρασκευάζονται στο εργαστήριο και τα οποία πρέπει να ελεγχθούν εντός 2 εβδομάδων έως και 2 μηνών από την παρασκευή τους. Έξι δοκίμια λαμβάνονται από κάθε πλακούντα, εκ των οποίων τα τέσσερα υπόκεινται στον έλεγχο και δύο χρησιμοποιούνται σαν εφεδρικά. Το καμπτικό φορτίο εφαρμόζεται στο μέσον του δοκιμίου. Όταν πρόκειται για κάμψη τριών σημείων η φόρτιση γίνεται σε απόσταση L/2 από το άκρο του δοκιμίου, ενώ όταν πρόκειται για κάμψη τριών σημείων η φόρτιση επιβάλλεται σε δύο σημεία με το πρώτο να απέχει από το άκρο του

79 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 50 δοκιμίου απόσταση (L-Α) mm και το δεύτερο απόσταση Α mm. Η κάμψη επιβάλλεται στην κατακόρυφη διεύθυνση, κάθετα στην διεύθυνση του δοκιμίου, στις θέσεις που προαναφέρθηκαν. Το φορτίο είναι ημιτονοειδές, τέτοιο που να προκαλεί παραμόρφωση της τάξης των (50±3) microstrain. Κατά τη διάρκεια του ελέγχου, μετριέται η δύναμη που χρειάζεται για να παραμορφωθεί το δοκίμιο συναρτήσει του χρόνου και υπολογίζεται το μιγαδικό μέτρο απόκρισης μεταξύ του 45 ου και του 100 ου κύκλου φόρτισης. Από αυτό, υπολογίζεται το μέτρο δυσκαμψίας του δοκιμίου. Το μέτρο δυσκαμψίας του ασφαλτομίγματος προκύπτει σαν ο μέσος όρος των μέτρων δυσκαμψίας κατ ελάχιστο δύο δοκιμίων Μέθοδος έμμεσης διάτμησης σε κυλινδρικά δοκίμια Στη μέθοδο έμμεσης διάτμησης χρησιμοποιούνται κυλινδρικά δοκίμια με ύψος μεταξύ 30-75mm και διάμετρο 80mm, 100mm, 120mm, 150mm ή 200mm. Δεν προβλέπεται συγκεκριμένη διάρκεια συντήρησης των δοκιμίων αλλά αν αυτή είναι λιγότερη από τέσσερεις μέρες, η θερμοκρασία συντήρησης τους δεν πρέπει να ξεπεράσει τους 25 C. Σε περίπτωση που τα δοκίμια συντηρηθούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, η θερμοκρασία συντήρησης τους δεν πρέπει να ξεπεράσει τους 5 C. Κατά τον έλεγχο στα δοκίμια επιβάλλεται, κατά τη διεύθυνση της διαμέτρου τους, δυναμικό φορτίο το οποίο επιφέρει επιθυμητή σταθερή οριζόντια παραμόρφωση. Βάσει συγκεκριμένου μαθηματικού τύπου υπολογίζεται το S mix για κάθε φόρτιση. Η παραμόρφωση μπορεί να επιλεγεί μεταξύ 3 μm και 20 μm. Ο έλεγχος επιβάλλει 10 συνεχόμενες φορτίσεις έτσι ώστε το μηχάνημα που χρησιμοποιείται, να επιτύχει και να σταθεροποιήσει την επιθυμητή παραμόρφωση. Αμέσως μετά επιβάλλονται πέντε συνεχόμενες φορτίσεις και από το μέσο όρο των αποτελεσμάτων τους προκύπτει το μέτρο δυσκαμψίας για τη συγκεκριμένη διεύθυνση φόρτισης. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται με το δοκίμιο να φορτίζεται σε διεύθυνση 90 º σε σχέση με την πρώτη μέτρηση. Ο μέσος όρος των δύο μετρήσεων αποτελεί και το τελικό αποτέλεσμα του ελέγχου Μέθοδος άμεσου εφελκυσμού-θλίψης σε κυλινδρικά δοκίμια Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται κυλινδρικά δοκίμια που παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο ή πυρήνες που ελήφθησαν από το πεδίο, τα οποία παρασκευάσθηκαν ή ελήφθησαν σε χρονικό διάστημα 2 εβδομάδων έως και 2 μηνών πριν τον έλεγχο. Σε κάθε υπό έλεγχο δοκίμιο επικολλώνται δύο ατσάλινες στρογγυλές πλάκες, μία σε καθε πλευρά του. Οι πλάκες συνδέονται μέσω σφαιρικών συνδέσμων και ενός load cell με μια μηχανή θλίψης-εφελκυσμού. Το δοκίμιο

80 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 51 διατηρείται στη θερμοκρασία ελέγχου για τουλάχιστον τέσσερεις ώρες πριν τον έλεγχο. Στο δοκίμιο επιβάλλεται ημιτονοειδής παραμόρφωση, η οποία δεν ξεπερνά τα 25 microstrain και υπολογίζεται το μιγαδικό μέτρο απόκρισης. Οι μετρήσεις γίνονται κατ ελάχιστο σε τέσσερεις θερμοκρασίες (συνήθως 10 C, 20 C, 30 C και 40 C) και σε κάθε θερμοκρασία ελέγχου κατ ελάχιστο σε έξι συχνότητες φόρτισης (συνήθως 0,1 Hz, 0,3 Hz, 1,0 Hz, 3,0 Hz, 10 Hz και 20 Hz) Μέθοδος άμεσου εφελκυσμού σε κυλινδρικά ή πρισματικά δοκίμια Για τη μέθοδο άμεσου εφελκυσμού σε κυλινδρικά η πρισματικά δοκίμια ο χρόνος συντήρησης στη θερμοκρασία ελέγχου μπορεί να είναι 4h (διάμετρος 100mm) ή 8h (διάμετρος 100mm). Το δοκίμιο σταθεροποιείται ανάμεσα από μεταλλικές πλάκες, μία σε κάθε πλευρά του, οι οποίες συνδέονται με μια μηχανή εφελκυσμού. Το δοκίμιο παραμένει σε μηδενική τάση κατ ελάχιστο για 60 λεπτά για θερμοκρασίες < -5 C και για 30 λεπτά για άλλες θερμοκρασίες. Η μηχανή επιβάλλει εφελυστικό φορτίο και καταγράφεται η τάση με την προκύπτουσα παραμόρφωση. Σε κάθε έλεγχο απαιτούνται τέσσερα δοκίμια Μοντέλα-εξισώσεις υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας των ασφαλτικών μιγμάτων Διάφορα μοντέλα-εξισώσεις έχουν δημιουργηθεί για τον υπολογισμό του ελαστικού μέτρου δυσκαμψίας ενός ασφαλτομίγματος. Τα κυριότερα δίνονται παρακάτω: Η θεμελιώδης ίσως εξίσωση υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας ενός ασφαλτομίγματος αναπτύχτηκε από τον Van der Poel [19] και δίνεται στην εξίσωση 2.14: S S 1, C C, MPa ή N/m 2 (2.14) όπου και Όγκος αδρανών στο μίγμα V A C Όγκος αδρανών στο μίγμα V A Όγκος ασφάλτου V στο μίγμα n 0,83 log 4 10 S

81 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 52 και S b το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου>5mpa Η παραπάνω εξίσωση ισχύει για μίγματα για τιμές C V μεταξύ 0,7 και 0,9 και κενά αέρος <3%. Οι Van Draat και Sommer πρότειναν ότι για μίγματα με μεγαλύτερα κενά αέρος θα πρέπει να χρησιμοποιείται ο διορθωτικός συντελεστής: C C 1 H Όπου: Η= η διαφορά κενών του μίγματος και του 3% (εκφράζεται σε δεκαδικά π.χ ((5,5%- 3%)/100=0,025) Η εξίσωση αυτή δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τροποποιημένες ασφάλτους. Οι Franken και Verstraeten [50] στο Belgish Road Research Center (BBRC) ανέπτυξαν μια σχέση υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας μέσω του σύνθετου μέτρου απόκρισης (βλ. Πάρα ). Στα πειράματα τους χρησιμοποίησαν κοινή άσφαλτο. Η σχέση αυτή δίνεται από την εξίσωση (2.15) Όπου E * = Σύνθετο μέτρο απόκρισης ασφαλτομίγματος σε N/mm 2 E = Υαλώδες μέτρο ελαστικότητας R*= Reduced modulus Το E μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση 2.16 : E 1, U, e, (2.16) Όπου U= το πηλίκο του όγκου των αδρανών (V A ) % προς τον όγκο της ασφάλτου (V B )%. Το εύρος τιμών του U είναι 0,12<U<12,0 (το οποίο ήταν το εύρος στο οποίο έκανε τα πειράματα του ο Franken για την ανάπτυξη της εξίσωσης)

82 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 53 και ν= ο όγκος των κενών του μίγματος, % με εύρος τιμών 1,5%< ν<32,0% Το R* εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ασφάλτου, την θερμοκρασία και την συχνότητα φόρτισης. Το εύρος τιμών του, είναι 0< R* <1. Το R* υπολογίζεται από την τιμή Χ (Χ value) και τις εξισώσεις που ακολουθούν. Χ logf R 37,9 T log f (2.17) T Όπου f= η συχνότητα φόρτισης του ελέγχου σε Hz και T= η θερμοκρασία του ασφαλτικού μίγματος σε C Δύο οριακές τιμές ορίζονται για το Χ και δίνονται από τις εξισώσεις 2.18 και 2.19: Και X L H log, P H R 1,672 (2.18) Χ X L, H, P (2.19) Όπου H, P και R pen υπολογίζονται από τις εξισώσεις 2.20, 2.21 και Έτσι : H 0,0927 1,352 Β (2.20) P 0,0628 0,219 B (2.21) R 6,55 pen, (2.22) Όπου pen η εισδυτικότητα στη θερμοκρασία του ασφαλτομίγματος και ο παράγοντας Β ορίζεται από τη σχέση 2.23: B A, (2.23)

83 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 54 Ο παράγοντας Α από τη σχέση 2.24 που ακολουθεί: A PEN C T R& (2.24) Από τις εξισώσεις 2.18 και 2.19 υπολογίζονται οι οριακές τιμές Χ L και Χ s. Αναλόγως με τη θέση του Χ σε σχέση με τις οριακές τιμές δίνονται και οι εξισώσεις υπολογισμού του R*. Έτσι αν Χ<Χ L, το R* δίνεται από την εξίσωση R X R e H X,, (2.25) Αν Χ L < Χ< Χ S, το R* δίνεται από την εξίσωση R X 0,4343 P H P X X L (2.26) Και τέλος αν Χ S < Χ, το R* δίνεται από την εξίσωση 2.27 R X 1 0,25 e P X X S, (2.27) Το 1996 στο TRL (Transport Research Laboratory) [51] έγινε μία έρευνα σχετικά με τον υπολογισμό του μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτομιγμάτων Macadam με κοινή άσφαλτο, χρησιμοποιώντας τη δοκιμή έμμεσης διάτμησης. Τέσσερεις εξισώσεις υπολογισμού του μέτρου δυσκαμψίας για δεδομένα ασφαλτομιγμάτων Macadam δίνονται στην έρευνα του TRL. Οι τρείς πρώτες εξισώσεις αναπτύχθηκαν για Macadam από τρείς διαφορετικές θέσεις στο πεδίο και δίνονται στις εξισώσεις 2.28, 2.29 και Η τέταρτη, αναπτύχθηκε συνδυάζοντας τα δεδομένα από τις προηγούμενες τρείς και δίνεται στην εξίσωση log Ε 0,75 0,0072P 0,247V C, R 0,76 (2.28) log Ε 1,15 0,0112P, R 0,96 (2.29) log Ε 0,81 0,0066P 0,039F, R 0,94 (2.30)

84 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 55 log Ε 0,91 0,0097P, R 0,60 (2.31) Όπου E= Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (GPa) P= Εισδυτικότητα της ανακτηθείσης ασφάλτου (0,01mm) V C =Ποσοστό κενών αέρος (%) F= Ποσοστό παιπάλης (%) R= Συντελεστής συσχέτισης Οι Nunn και Smith [52] το 1997 εξέλιξαν τις παραπάνω εξισώσεις και κατέληξαν στην εξίσωση 2.32: log 1,86 0,00138P 0,144Β (2.32) Όπου S m = Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (GPa) P= Εισδυτικότητα της ανακτηθείσης ασφάλτου (0,01mm) B=Ποσοστό ασφάλτου κ.β μίγματος (%) Χρησιμοποιώντας επίσης τη δοκιμή έμμεσης διάτμησης οι Neves και Correia [53] κατέληξαν σε μια εμπειρική σχέση του μέτρου δυσκαμψίας. Η σχέση αυτή δίνεται από την εξίσωση S A A V V e T A T A (2.33) Όπου S m = Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (ΜPa) V v Ποσοστό κενών αέρος (%) T Θερµοκρασία ελέγχου C Οι τιμές των παραμέτρων Α 1, Α 2, Α 3 και Α 4 εξαρτώνται από τα ασφαλτομίγματα που ελέγχονται. Για τα τρία μίγματα του συγκεκριμένου πειράματος, οι τιμές των παραμέτρων δίνονται από τον Πίνακα 2.26.Και σε αυτό το μοντέλο πρόβλεψης χρησιμοποιήθηκαν ασφαλτικά μίγματα με κοινή άσφαλτο.

85 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 56 Πίνακας 2.26 Τιμές παραμέτρων Α Ασφαλτικό μίγμα Α 1 Α 2 Α 3 Α 4 R 2 Ασφ. Σκυρόδεμα για αντιολισθηρή στρώση 21527,4-311,937 27, ,09 0,91 Ασφ. Σκυρόδεμα για συνδετική στρώση 28469,3-1391,58 283, ,51 0,94 Ασφ. Σκυρόδεμα για ασφαλτική βάση 19729,5-961,788 33, ,78 0,97 Ο Santos κ.α [35] το 2003 δημιούργησαν ένα μοντέλο πρόβλεψης της τιμής του μέτρου δυσκαμψίας για ασφαλτομίγματα υψηλού μέτρου δυσκαμψίας (High modulus bituminous mixtures) με κοινή άσφαλτο χρησιμοποιώντας τη δοκιμή κάμψης 4 σημείων. Η μορφή του μοντέλου δίνεται στην εξίσωση S ,10 t 331,90 T 853,50 V 16,94 ε 6,33 V (2.34) Όπου S mix = Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος (ΜPa) t= Χρόνος φόρτισης (s) T= Θερμοκρασία του ασφαλτομίγματος ( C) V b = Ποσοστό ασφάλτου κατ όγκο ασφαλτομίγματος (%) ε max = Μέγιστη παραμόρφωση (μ m/m) S b = Μέτρο δυσκαμψίας ασφάλτου (ΜPa) Χρησιμοποιώντας γραμμική ιξωδοελαστική θεωρία ο Kim κ.α [54] ανέπτυξαν ένα μοντέλο πρόβλεψης του μέτρου δυσκαμψίας όταν ο έλεγχος γίνεται με τη δοκιμή έμμεσης διάτμησης. Το μοντέλο εκφράζεται από την εξίσωση Ε 2 P (2.35) V U Όπου E * = Μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος P= Επιβαλλόμενο φορτίο α= Πλάτος επιφάνειας φόρτισης d= Πάχος δοκιμίου φ= Γωνία φάσης

86 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 57 w= Γωνιακή συχνότητα t=χρόνος w= Γωνιακή συχνότητα β 1,β 2,γ 1,γ 2 =σταθερές που εξαρτώνται από τη διάμετρο του δοκιμίου και την απόσταση των μετρητών πάνω στο δοκίμιο Και σε αυτή την προσπάθεια χρησιμοποιήθηκε κοινή άσφαλτος Γενικές παρατηρήσεις σχετικά με όσα αναφέρθηκαν για το μέτρο δυσκαμψίας ασφαλτομίγματος Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι το S mix εξαρτάται από τον τύπο των αδρανών, το ποσοστό της παιπάλης στο ασφαλτόμιγμα, τον τύπο και το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου, τις ογκομετρικές ιδιότητες του ασφαλτομίγματος (όγκο ασφάλτου και όγκο κενών), το βαθμό οξείδωσης του ασφαλτομίγματος, τη θερμοκρασία ελέγχου και τις συνθήκες φόρτισης, τη μορφή και μάζα του δοκιμίου που ελέγχεται, το λόγο Poisson (δοκιμή έμμεσης διάτμησης) και τέλος την συσκευή που εκτελεί τον έλεγχο. Όπως φαίνεται από τα παραπάνω κατά τη δοκιμή εκτίμησης του μέτρου δυσκαμψίας όλοι οι παραπάνω παράγοντες υπεισέρχονται και επηρεάζουν το αποτέλεσμα. Είναι προφανές συμπέρασμα λοιπόν, ότι η μεταβλητότητα στα αποτελέσματα του μέτρου δυσκαμψίας είναι μεγάλη. Τέλος διάφοροι ερευνητές ανέπτυξαν εξισώσεις εκτίμησης του S mix. Όλες έχουν σα βάση τους την κοινή άσφαλτο και καμία δεν κάνει διάκριση για το είδος των αδρανών υλικών. Αναλυτικότερα οι εξίσωσεις 2.14 και 2.35 δεν κάνουν διάκριση για τον τύπο του ασφαλτομίγματος και το είδος των αδρανών υλικών, οι εξισώσεις 2.30 και 2.31 αναφέρονται σε ασφαλτομίγματα τύπου Macadam, οι εξισώσεις 2.15 και 2.33 δεν αναφέρονται σε τυποποιημένη μεθοδολογία δοκιμής, και η εξίσωση 2.34 αναφέρεται σε μίγματα υψηλού μέτρου δυσκαμψίας.

87 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ Παραμένουσα παραμόρφωση ευκάμπτων οδοστρωμάτων Η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων απασχόλησε εντονότατα τους ερευνητές στις αρχές της δεκαετίας του 60 όταν, λόγω της ραγδαίας αύξησης του κυκλοφοριακού φόρτου, άρχισαν να εμφανίζονται πρόωρες επιφανειακές παραμορφώσεις υπό τη μορφή τροχοαυλάκωσης. Η κύρια αιτία ήταν η ιξωδοελαστική συμπεριφορά της ασφάλτου και κατ επέκταση του ασφαλτομίγματος. Γενικά, η ενδογενής ιξωδοελαστική συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων προϋποθέτει ότι η επερχόμενη παραμόρφωση υπό την επιβολή σταθερής τάσης «σ» για χρόνο φόρτισης «t» δεν ανακτάται πλήρως μετά την απομάκρυνση της τάσης. Ανακτάται μόνο ένα μέρος της παραμόρφωσης λόγω της ιξώδους συμπεριφοράς των ασφαλτικών μιγμάτων. Αθροιζόμενη, η απειροελάχιστη παραμένουσα παραμόρφωση που προκύπτει μετά από κάθε φόρτιση, προκαλεί με την πάροδο του χρόνου την επιφανειακή παραμόρφωση του οδοστρώματος, η οποία εμφανίζεται με τη μορφή τροχοαυλάκωσης. Το φαινόμενο εξακολουθεί να υπάρχει και μάλιστα, εξαιτίας της συνεχούς αύξησης του κυκλοφοριακού φόρτου, της αύξησης στην πίεση των ελαστικών των οχημάτων και η παρουσία όλo και περισσοτέρων υπέρβαρων οχημάτων [54α],καθώς και της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας παγκοσμίως, γίνεται όλο και πιο έντονο. Χαρακτηριστικά αναφέρονται δύο γενικευμένες έρευνες που έγιναν στις ΗΠΑ και την Ευρώπη. Η πρώτη είναι η έρευνα που έκαναν οι Brown και Cross [55] στις Ηνωμένες Πολιτείες σχετικά με τις αιτίες της τροχοαυλάκωσης και η δεύτερη η έρευνα στα πλαίσια του προγράμματος COST 333 [56] σχετικά με τις αιτίες καταπόνησης των Ευρωπαϊκών δρόμων. Η έρευνα των Brown και Cross ξεκίνησε το 1987 και ολοκληρώθηκε το Συμπεριλάμβανε οδοστρώματα που είχαν εμφανίσει τροχοαυλάκωση από όλες περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών, ενώ λάμβανε υπόψη διαφορετικές κλιματικές ζώνες και αδρανή υλικά διαφορετικής γωνιότητας και διαφορετικών πηγών προέλευσης. Η έρευνα περιλάμβανε συλλογή πυρήνων, από όλες τις θέσεις που εξετάστηκαν, έτσι ώστε κάθε φορά να ελεγχθούν τα υλικά του υπό εξέταση οδοστρώματος, να μετρηθεί το βάθος τροχοαυλάκωσης, καθώς και τα πάχη των επιμέρους στρώσεων. Το κύριο συμπέρασμα της έρευνας αυτής ήταν ότι στο μεγαλύτερο

88 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 59 ποσοστό των υπό εξέταση δειγμάτων, η τροχοαυλάκωση προέκυπτε στα χιλιοστά από την ανώτερη επιφάνεια των ασφαλτικών στρώσεων Στην Ευρώπη, υπό από την αιγίδα του προγράμματος COST 333, διεξήχθη μία έρευνα με στόχο να καθορίσει την πιο κοινή αιτία καταπόνησης των οδοστρωμάτων. Κατά την έρευνα αυτή ζητήθηκε από τις Ευρωπαϊκές χώρες να αποτιμήσουν τις πιο κοινές μορφές καταπόνησης των οδών τους χρησιμοποιώντας μια κλίμακα από 0 έως 5, όπου 0 σήμαινε ότι δεν παρατηρήθηκε η συγκεκριμένης μορφής καταπόνηση και 5 ότι η συγκεκριμένη μορφή καταπόνησης αποτελεί καθοριστικό παράγοντα της συμπεριφοράς του οδοστρώματος. Το Σχήμα 2.14 δείχνει τα αποτελέσματα της έρευνας. Από το Σχήμα 2.14 φαίνεται καθαρά ότι η τροχοαυλάκωση που οφείλεται, στην παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτομίγματος είναι η πιο κοινή καταπόνηση που παρατηρείται στα οδοστρώματα της Ευρώπης. Σημειώνεται εδώ, ότι το φαινόμενο της τροχοαυλάκωσης πέραν της εξάρτησης του από τα ασφαλτικά μίγματα και των υλικών που τα αποτελούν, μπορεί να προκύψει στα εύκαμπτα οδοστρώματα και από άλλες αιτίες. Αυτές μπορεί να είναι, η μη καλή συμπύκνωση όλων (ασφαλτικών και ασύνδετων) των στρώσεων του οδοστρώματος και η καθίζηση του υπεδάφους. Οι αιτίες αυτές οφείλονται σε σχεδιαστικό ή/και κατασκευαστικό λάθος. Αυτό το είδος της τροχοαυλάκωσης δεν θα αποτελέσει αντικείμενο έρευνας της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Τροχ/κωση οφειλόμενη στις ασφαλτικές στρώσεις Απώλεια αντιολισθηρής ικανότητας Ρηγμάτωση προερχόμενη από την επιφάνεια Κατά μήκος ανισοπεδότητα Γενική ρηγμάτωση επιφάνειας Κατά μήκος ρηγμάτωση στην τροχιά του τροχού Ρηγμάτωση προερχόμενη από την ασφαλτ. βάση Αποκόλληση αδρανών Παραμόρφωση του υπεδάφους Παγοπληξία Ρηγμάτωση λόγω χαμηλών θερμοκρασιών Σχήμα 2.14 Αποτίμηση καταπονήσεων των οδοστρωμάτων στην Ευρώπη

89 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών μιγμάτων Τα ασφαλτικά μίγματα αποτελούνται από άσφαλτο αδρανή και κενά αέρος. Πολλοί είναι οι παράγοντες που συνδέονται με τα τρία παραπάνω στοιχεία και επηρεάζουν την αντίσταση των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση. Ο τρόπος με τον οποίο τα ασφαλτομίγματα τύπου ασφαλτικού σκυροδέματος παραμορφώνονται κάτω από την επίδραση της κυκλοφορίας παρουσιάστηκε από τους Parker και Brown [57] και απεικονίζεται στο Σχήμα Πλαστική παραμόρφωση Βάθος Τροχοαυλάκωσης Συμπύκνωση Κενά 8-4% Βάθος Τροχοαυλάκωσης Συμπύκνωση Κενά 4-2% Κενά 2% και κάτω Χρόνος Χρόνος Σχήμα 2.15 Ανάπτυξη της τροχοαυλάκωσης στα ασφαλτικά μίγματα Στην πρώτη φάση οι επαναλαμβανόμενες φορτίσεις λόγω κυκλοφορίας προκαλούν συμπύκνωση και μείωση των κενών του μίγματος (τα κενά υπολογίζονται περίπου 8% κατά την ολοκλήρωση της κατασκευής της οδού). Σε σωστά σχεδιασμένα ασφαλτικά μίγματα η μείωση αυτή των κενών σταθεροποιείται περίπου στο 4% και η συμπύκνωση σταματά ή συνεχίζεται με πολύ χαμηλό ρυθμό. Όταν τα κενά αέρος του μίγματος γίνουν περίπου 4%, για σωστά σχεδιασμένα μίγματα η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση είναι βέλτιστη. Στη φάση αυτή, αποτελεί κρίσιμο σημείο η ύπαρξη ενός σκελετού αδρανών που να μπορεί να αντισταθεί σε περαιτέρω συμπύκνωση. Επίσης στη συγκεκριμένη φάση το ποσοστό της ασφάλτου αποτελεί κύρια παράμετρο. Υπερβολικό ποσοστό ασφάλτου μειώνει τις επαφές μεταξύ των κόκκων των αδρανών αποδυναμώνοντας έτσι το σκελετό των αδρανών και οδηγεί σε περαιτέρω συμπύκνωση.

90 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 61 Σε ασφαλτικά μίγματα που παρουσιάζουν μεγάλη τροχοαυλάκωση, η συμπύκνωση που αναφέρθηκε συνεχίζεται και μια δεύτερη φάση ξεκινά. Όταν το μίγμα αποκτήσει περίπου 2% κενά, παρουσιάζει μεγάλη αστάθεια και η πλαστική παραμόρφωση (plastic flow) αρχίζει να αναπτύσσεται. Στη φάση αυτή η διατμητική αντοχή του ασφαλτικού μίγματος είναι μικρή. Επίσης κατά το στάδιο αυτό, η τροχοαυλάκωση αναπτύσσεται με ταχείς ρυθμούς και η ανύψωση των πλευρικών επιφανειών στην τροχιά του τροχού (upheaval) ξεκινά να αναπτύσσεται. Στα επόμενα υποκεφάλαια θα αναλυθεί η επίδραση των παραπάνω επιμέρους στοιχείων που συνθέτουν ένα ασφαλτικό μίγμα, στην αντίσταση αυτού σε παραμένουσα παραμόρφωση Επίδραση των αδρανών υλικών στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Τα αδρανή υλικά αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό ενός ασφαλτικού μίγματος και είναι υπεύθυνα για την αντοχή και την ανθεκτικότητα του μίγματος. Οι φυσικές ιδιότητες των αδρανών επηρεάζουν σημαντικά τη συμπεριφορά του οδοστρώματος. Η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων μπορεί να προκύψει από χαμηλή διατμητική αντοχή, συγκρινόμενη με την συνεχόμενη τάση στην οποία υποβάλλεται το μίγμα. Η διατμητική αντοχή των συνεκτικών υλικών, συμπεριλαμβανομένων των ασφαλτικών μιγμάτων, εκφράζεται με την ακόλουθη εξίσωση 2.36: τ c σtan φ (2.36) Όπου: τ = Διατμητική αντοχή c = Συνοχή σ = Ορθή τάση (Normal stress) φ = Γωνία εσωτερικής τριβής Για να έχει κανείς μια εικόνα το πως τα αδρανή επηρεάζουν τη διατμητική αντοχή των ασφαλτικών μιγμάτων θα πρέπει να δει τη συμβολή των παραγόντων c και φ στην παραπάνω εξίσωση. Για δεδομένο επίπεδο τάσης, θερμοκρασίας και ρυθμού φόρτισης η διατμητική αντοχή εξαρτάται από τη συνοχή c και την γωνία εσωτερικής τριβής φ. Η συνοχή c επηρεάζεται από το ιξώδες της ασφάλτου και το ποσοστό των λεπτόκοκκων αδρανών. Η γωνία εσωτερικής τριβής φ εξαρτάται από το σκελετό των αδρανών. Υψηλές τιμές του φ μπορούν να επιτευχθούν, όταν τα

91 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 62 αδρανή είναι τραχείας υφής, γωνιώδη και καλά διαβαθμισμένα. Πετυχαίνοντας τα παραπάνω, δημιουργείται ένας ισχυρός μηχανικά σκελετός αδρανών στο ασφαλτικό μίγμα, o οποίος και παρέχει αντίσταση σε διατμητική τάση. Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι το ποσοστό της ασφάλτου επηρεάζει επίσης τη γωνία φ, γιατί αλλάζει το βαθμό μηχανικής αλληλοσύνδεσης μεταξύ των κόκκων των αδρανών. Όσο μεγαλύτερο το ποσοστό της ασφάλτου στο μίγμα τόσο περισσότερο χώρο καταλαμβάνει η άσφαλτος και απομακρύνει τους κόκκους των αδρανών μεταξύ τους. Το πρόγραμμα SHRP (Strategic Highway Research Program) [58] διαχώρισε τις ιδιότητες των αδρανών σε δύο κατηγορίες: τις συναινετικές (consensus) και τις ιδιότητες της πηγής προέλευσης. Οι συναινετικές ιδιότητες περιλαμβάνουν την κοκκομετρική καμπύλη, τη γωνιότητα των χονδρόκοκκων αδρανών, τη γωνιότητα των λεπτόκοκκων αδρανών, τους επιμήκεις και πλακοειδείς κόκκους και το ποσοστό της παιπάλης. Οι ιδιότητες της πηγής προέλευσης περιλαμβάνουν τη σκληρότητα-ανθεκτικότητα, την καθαρότητα και τα επιβλαβή υλικά. Όλες αυτές οι ιδιότητες επηρεάζουν τη συμπεριφορά του οδοστρώματος, αλλά η διεθνής βιβλιογραφία έχει ξεχωρίσει την κοκκομετρική καμπύλη, τη γωνιότητα των αδρανών και το ποσοστό της παιπάλης σαν τις ιδιότητες οι οποίες επηρεάζουν σημαντικά την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης των αδρανών στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Η κοκκομετρική καμπύλη των αδρανών ενός ασφαλτικού μίγματος αναφέρεται στην κατανομή των κόκκων των αδρανών, όπως αυτή προκύπτει μετά από κοσκίνισμα σε συγκεκριμένα, ανά ασφαλτικό μίγμα, κόσκινα. Η κοκκομετρική καμπύλη συνδέεται άμεσα με τα κενά στο σκελετό των αδρανών (VMA) του ασφαλτικού μίγματος. Θα πρέπει λοιπόν να εξασφαλίζει ικανοποιητικά κενά στο σκελετό των αδρανών έτσι ώστε να δημιουργούνται ισχυροί δεσμοί μεταξύ των κόκκων αλλά και να εξασφαλίζονται αρκετά κενά αέρος στο μίγμα, ανάλογα με το ποσοστό ασφάλτου. Οι Chen και Liao [59] ξεκινώντας από την έννοια του VMA εισήγαγαν τις έννοιες VCA (Κενά στο σκελετό των χονδρόκοκκων αδρανών) και VCA dry (Κενά στο σκελετό των χονδρόκοκκων αδρανών σε ξηρή κατάσταση) και συνδύασαν την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση

92 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 63 μιγμάτων ονομαστικού κόκκου 9,5 mm και 19 mm, με το ποσοστό των αδρανών του μίγματος διερχόμενων του 4,75 mm κόσκινου. Όπως φαίνεται στα Σχήματα 2.16 και 2.17 οι ερευνητές βρήκαν ότι η εσωτερική αντίσταση του 9,5 mm μίγματος παρουσιάζεται σε μια περιοχή, που το ποσοστό των αδρανών του μίγματος διερχόμενων του 4,75 mm κόσκινου,κυμαίνεται από 30-45%. Το αντίστοιχο εύρος για το 19 mm μίγμα είναι 40-42%. Από τα παραπάνω συμπεραίνουν ότι καθώς μικραίνει ο ονομαστικός κόκκος το εύρος της εσωτερικής αντίστασης του μίγματος αυξάνεται. Επίσης για το 19 mm μίγμα σε έλεγχο τροχοαυλάκωσης, όντως η καμπύλη με 40% αδρανή διερχόμενα του 4,75 έχει την καλύτερη συμπεριφορά σε σχέση με καμπύλες με 30% και 50%. Αυτό φαίνεται στο Σχήμα Άλλα μέτρα εκτίμησης της κοκκομετρικής καμπύλης, τα οποία σχετίζονται άμεσα με την αντίσταση του μίγματος σε παραμένουσα παραμόρφωση είναι η απόσταση της κοκκομετρικής καμπύλης από την καμπύλη μέγιστης πυκνότητας του Fuller καθώς και η απόκλιση της, από την κρίσιμη περιοχή που θεσπίστηκε από το Asphalt Institute [60]. Κενά, % Εύρος εσω τερι κής αντίστασης Διερχόμ ενο ποσοστό του κόσκινου 4,75 mm Σχήμα 2.16 Επιρροή των κενών μίγματος 9,5 mm στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση

93 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 64 Κενά, % Εύρος εσωτερικής αντίστασης Διερχόμενο ποσοστό του κόσκινου 4,75 mm Σχήμα 2.17 Επιρροή των κενών μίγματος 19 mm στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Βάθο ς τροχοαυλάκωσης, cm Χρόνος φό ρτισ ης, sec Σχήμα 2.18 Επίδραση του διερχόμενου ποσοστού του 4,75mm κόσκινου, στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Η καμπύλη μέγιστης πυκνότητας είναι αυτή, στην οποία οι κόκκοι των αδρανών προσαρμόζονται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε δίνουν την πυκνότερη διάταξη, δηλαδή μίγμα με τη μέγιστη δυνατή να επιτευχθεί πυκνότητα και το ελάχιστο δυνατό VMA. Οι καμπύλες Fuller περιγράφονται από την εξίσωση 2.48 και όταν απεικονίζονται σε διάγραμμα, στο οποίο η διάμετρος των κόκκων έχει υψωθεί στη 0,45 δύναμη από την εξίσωση 2.49 Χαρακτηριστικά διαγράμματα των καμπυλών Fuller εκφραζόμενες και με τις δύο εξισώσεις δίνονται στα Σχήματα 2.37 και p 100 D. (2.37)

94 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 65 p 100 D. (2.38) Όπου: p = Αθροιστικό διερχόμενο ποσοστό από συγκεκριμένο κόσκινο c = Μέγεθος οπής κόσκινου σ = Μέγεθος οπής μεγαλύτερου κόσκινου της κοκκομετρικής καμπύλης Κόσκινο, Νο. Κόσκινα, ίντσες Διερχόμενο ποσοστό, % Διερχόμενο ποσοστό, % Άν οιγμα Κοσκίνου Λογ. κλίμακα Σχήμα 2.19 Διάγραμμα απεικόνισης καμπυλών Fuller Ασφαλτομίγματα με τέτοια κοκκομετρική καμπύλη συμπυκνώνονται πολύ εύκολα, αλλά τείνουν σε μία πολύ πυκνή διάταξη κόκκων, με αποτέλεσμα το ποσοστό κενών να είναι το χαμηλότερο δυνατό που μπορεί να επιτευχθεί. Μικρό ποσοστό κενών στο ασφαλτόμιγμα, σε κάποια χρονική στιγμή, αφού το οδόστρωμα δοθεί στην κυκλοφορία, προκαλεί αστάθεια του ασφαλτομίγματος λόγω της πλαστικής παραμόρφωσης ή ανάδυση της ασφάλτου, από την επανα-διάταξη των κόκκων με την πρόσθετη συμπύκνωση από την κυκλοφορία. Αυτό, στο οδόστρωμα εκδηλώνεται ως τροχοαυλάκωση. Ειδικότερα, οι Cross και Brown [55] έδειξαν ότι ποσοστό κενών κάτω από 3% αυξάνει ραγδαία την πιθανότητα πρόωρης τροχοαυλάκωσης.

95 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 66 Κόσκινα υψωμένα στη 0,45 δύναμη Διερχόμενο ποσοστό Διερχόμενο ποσοστό Μέγεθος κοσκίνου Σχήμα 2.20 Διάγραμμα απεικόνισης καμπυλών Fuller με κόσκινα υψωμένα στη 0,45 δύναμη Επίσης, ασφαλτομίγματα με κοκκομετρική καμπύλη κοντά στην καμπύλη μέγιστης πυκνότητας είναι υπερευαίσθητα στην πλαστική (παραμένουσα) παραμόρφωση από πιθανή, έστω και μικρή, αύξηση της περιεκτικότητας της ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα. Επιπρόσθετα, για το ίδιο ποσοστό ασφάλτου, ασφαλτομίγματα με κοκκομετρική καμπύλη κοντά στην καμπύλη μέγιστης πυκνότητας είναι υπερευαίσθητα στην πλαστική παραμόρφωση από πιθανή αλλαγή της σκληρότητας της ασφάλτου. Η άλλη παράμετρος η οποία χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της κοκκομετρικής καμπύλης σε σχέση με την αντίσταση του μίγματος σε παραμένουσα παραμόρφωση είναι η κρίσιμή περιοχή ή απαγορευμένη ζώνη. Κρίσιμη περιοχή είναι η περιοχή είναι αυτή, από την οποία συνιστάται να μη διέρχεται η κοκκομετρική διαβάθμιση των αδρανών του μίγματος από αυτή. Τέτοια μίγματα εκτιμάται ότι έχουν επιπροσθέτως μειωμένη αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση, κατά τη διάρκεια απόδοσης του οδοστρώματος στην κυκλοφορία. Στο Σχήμα 2.21 δίνεται χαρακτηριστικά η κρίσιμη περιοχή και τα όρια της κοκκομετρικής καμπύλης ενός ασφαλτικού σκυροδέματος με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 20mm (ΑΣ 20).

96 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 67 Η κρίσιμή περιοχή καθιερώθηκε κατά τις πρώτες οδηγίες του Superpave, ώστε να περιορίσει το ποσοστό των στρογγυλευμένων κόκκων φυσικής άμμου, στα μίγματα του Superpave η οποία και αποτελούσε την αιτία για μίγματα ασταθή, τα οποία παρουσίαζαν πρόωρη τροχοαυλάκωση. Αναλυτικότερα, οι κύριοι στόχοι της χρήσης της κρίσιμης περιοχής ήταν δύο. Ο πρώτος ήταν να κρατήσει τις κοκκομετρικές καμπύλες μακριά από τη γραμμή της μέγιστης πυκνότητας. Οι λόγοι για τους οποίους αυτό ήταν απαραίτητο, αναλύθηκαν στις παραπάνω παραγράφους. Ο δεύτερος λόγος ήταν ότι στις ΗΠΑ είχε παρατηρηθεί η χρήση ασφαλτικών μιγμάτων, τα οποία παρουσίαζαν εξαιρετική ευαισθησία κατά τη διάστρωση και συμπύκνωση τους. Τα μίγματα αυτά, είχαν υψηλό ποσοστό φυσικής άμμου και οι κοκκομετρικές τους καμπύλες παρουσίαζαν μια κύρτωση μεταξύ των κοσκίνων Νο. 30 και Νο. 100 (0,60-0,15mm) Αυτές οι κυρτωμένες κοκκομετρικές καμπύλες διέρχονταν από την κρίσιμη περιοχή [61]. Σχήμα 2.21 Κρίσιμη περιοχή και όρια για ΑΣ 20 Παρότι το Asphalt Institute, ακόμη και σήμερα, συνιστά να μην διέρχονται οι κοκκομετρικές καμπύλες των ασφαλτικών μιγμάτων από την κρίσιμη περιοχή ισχυρές αντιρρήσεις προβάλλονται από διάφορους ερευνητές. Η αντιπαράθεση ξεκίνησε όταν η κρίσιμη περιοχή και γενικότερα τα κριτήρια του Superpave υιοθετήθηκαν από δύο μεγάλους οργανισμούς των ΗΠΑ. Την Federal Highway Administration (FHWA) και την American Assosiation of State Highway Transportation Officials (AASHTO). [61].Οι κυριότερες έρευνες, οι οποίες επικεντρώθηκαν στο να αποδείξουν ή όχι την αξιοπιστία της κρίσιμης περιοχής, δίνονται συνοπτικά παρακάτω:

97 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 68 Με σκοπό να καθοριστεί η χρησιμότητα της κρίσιμης περιοχής μια ευρεία ερεύνα ξεκίνησε, στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος National Cooperative Highway Research Program (NCHRP). Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο National Center for Asphalt Technology (NCAT) στο πανεπιστήμιο του Auburn και τα αποτελέσματα της δημοσιεύτηκαν στο NSHRP Report 464 [62]. Ο κύριος στόχος της έρευνας αυτής ήταν να καθορίσει τις συνθήκες κάτω από τις οποίες η κρίσιμη περιοχή θεωρείται απαραίτητη ως κριτήριο, όταν τα ασφαλτικά μίγματα πληρούν όλες τις άλλες απαιτήσεις κατά Superpave. Τα συμπεράσματα της έρευνας ήταν ότι ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες, οι οποίες διέρχονταν της κρίσιμης περιοχής, είχαν συμπεριφορά παρόμοια ή καλύτερη από ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες έξω από την κρίσιμη περιοχή, με την προϋπόθεση ότι πληρούνταν όλα τα άλλα κριτήρια του Superpave. Οι κοκκομετρικές καμπύλες που ελέγχθηκαν είχαν μέγιστο ονομαστικό κόκκο αδρανών 3/8in (9.5mm) και 3/4in (19mm). Το τελικό συμπέρασμα ήταν ότι η κρίσιμη περιοχή, για τις κοκκομετρικές καμπύλες με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 3/8in και 3/4in, η κρίσιμη περιοχή αποτελεί μια περιττή απαίτηση. Οι Kandhal και Mallick [63] διεξήγαγαν μία έρευνα για να ελέγξουν την επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης, του σχήματος και της υφής των αδρανών στην παραμένουσα παραμόρφωση κλειστού τύπου ασφαλτικών μιγμάτων. Ασφαλτικά μίγματα με διαφορετικά αδρανή (αμμοχαλικώδη, ασβεστολιθικά και γρανιτικά) και διαφορετικές καμπύλες (διερχόμενες πάνω κάτω και μέσα από την κρίσιμη περιοχή) αξιολογήθηκαν με δύο συσκευές μέτρησης της παραμένουσας παραμόρφωσης, το Asphalt Pavement Analyzer (APA) και το Superpave Shear tester (SST). Η πρώτη είναι μια συσκευή ελέγχου τροχοαυλάκωσης και η δεύτερη μια συσκευή ελέγχου σε διάτμηση. Από τον έλεγχο με το APA, προέκυψε ότι τα ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή, με γρανιτικά και ασβεστολιθικά αδρανή ήταν πιο επιρρεπή σε τροχοαυλάκωση από αυτά με κοκκομετρικές καμπύλες, με τα ίδια αδρανή, διερχόμενες μέσα και πάνω από την κρίσιμη περιοχή. Ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή και με αμμοχαλικώδη αδρανή, στις περισσότερες περιπτώσεις, επέδειξαν το χαμηλότερο ποσοστό τροχοαυλάκωσης. Από τα αποτελέσματα με τη χρήση του SST δε βρέθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των ασφαλτικών μιγμάτων με γρανιτικά αδρανή και κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες πάνω, μέσα ή κάτω από την κρίσιμη περιοχή. Αντίθετα, ασφαλτικά μίγματα με ασβεστολιθικά αδρανή παρουσίασαν παρόμοια συμπεριφορά με αυτή που παρουσίασαν με τη χρήση του APA, με τα μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή να έχουν την υψηλότερη μέγιστη παραμόρφωση.

98 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 69 Ο Hand και άλλοι [64] αξιολόγησαν την επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης και του μέγιστου ονομαστικού κόκκου στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Εικοσιένα μίγματα υποβλήθηκαν σε τριαξονικές δοκιμές και σε ελέγχους τροχοαυλάκωσης. Κατέληξαν ότι ο μέγιστος ονομαστικός κόκκος των αδρανών δεν επηρέαζε σημαντικά τη συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων. Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών ελέγχων έδειξαν ότι ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες πάνω και μέσα από την κρίσιμη περιοχή επέδειξαν μεγαλύτερη αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση από αυτά με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή. Οι Hand και Εpps [65], έκαναν μία σύνοψη της έρευνας που είχε γίνει μέχρι τότε αναφορικά με την επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης, σε σχέση με την κρίσιμη περιοχή, στη συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων. Έλαβαν υπόψη τους δεκατρία άρθρα και εκθέσεις έρευνας σχετικά με την επίδραση της κοκκομετρικής καμπύλης σε σχέση με την κρίσιμή περιοχή, τα οποία χρησιμοποιούσαν διάφορους ελέγχους της συμπεριφοράς των ασφαλτικών μιγμάτων, όπως έλεγχοι σε στατικό και δυναμικό ερπυσμό, τριαξονικές δοκιμές, ελέγχους τροχοαυλάκωσης και ελέγχους κόπωσης. Ένα γενικό συμπέρασμα της σύνοψης ήταν ότι ασφαλτικά μίγματα με λεπτόκοκκες κοκκομετρικές καμπύλες (διερχόμενες πάνω και μέσα από την κρίσιμη περιοχή) συνήθως παρουσίαζαν καλύτερη συμπεριφορά, από ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή. Παρ όλα αυτά καταλήγουν ότι ικανοποιητική συμπεριφορά παρουσίαζαν ασφαλτικά μίγματα με εύρος κοκκομετρικών καμπυλών πάνω έως κάτω της κρίσιμης περιοχής, δηλώνοντας ότι δεν υπάρχει σχέση μεταξύ της θέσης της κοκκομετρικής καμπύλης, ως προς την κρίσιμη περιοχή, με τη συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση ή κόπωση. Ο Chowdhury κ.α [66] εκτέλεσαν μια ευρεία έρευνα για τη σχέση της κρίσιμης περιοχής με την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Χρησιμοποίησαν διαφορετικούς τύπους αδρανών (θραυστά γρανιτικά, θραυστά ασβεστολιθικά, θραυστό αμμοχάλικο ποταμού και ένα μίγμα από θραυστό αμμοχάλικο ποταμού και φυσικής άμμου) και διαφορετικές κοκκομετρικές καμπύλες (διερχόμενες κάτω μέσα και πάνω από την κρίσιμη περιοχή). Για την αξιολόγηση των μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση χρησιμοποιήθηκαν πολλοί και διαφορετικοί έλεγχοι ερπυσμού και τροχοαυλακωσης. Η έρευνα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει σχέση μεταξύ της παραμένουσας παραμόρφωσης και της διέλευσης ή μη της κοκκομετρικής καμπύλης από την κρίσιμη περιοχή. Προτάθηκε δε η εξάλειψη της κρίσιμης περιοχής από τις προδιαγραφές των ασφαλτικών μιγμάτων.

99 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 70 Ο Nukunya κ.α [67] αξιολόγησαν την κρίσιμη περιοχή σαν κριτήριο στο σχεδιασμό των ασφαλτικών μιγμάτων χρησιμοποιώντας γωνιώδη και μη γωνιώδη αδρανή και κατέληξαν ότι ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες, διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή δεν έχουν μεγάλη αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση, εξαιτίας του υψηλού ποσοστού ασφάλτου που απαιτούν και το οποίο δημιουργεί πρόβλημα στην επίτευξη του ελάχιστου VMA. Οι Khandal και Cooley [68] συνέκριναν ασφαλτικά μίγματα κατά Superpave με χονδρόκοκκες (διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή) και λεπτόκοκκες (διερχόμενες πάνω από την κρίσιμη περιοχή) κοκκομετρικές καμπύλες ως προς την αντίσταση τους σε παραμένουσα παραμόρφωση. Βάσει των αποτελεσμάτων δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση μεταξύ των ασφαλτικών μιγμάτων που εξετάστηκαν Ο Sebaaly και άλλοι [69] ανέλυσαν εργαστηριακά αποτελέσματα από δείγματα ασφαλτικών μιγμάτων που ελήφθησαν από τομείς ελέγχου σε οδούς της πολιτείας της Νεβάδα. Οι τομείς ελέγχου περιλάμβαναν διάφορους τύπους ασφαλτικών μιγμάτων και τυπικούς κυκλοφοριακούς φόρτους και κλιματολογικές συνθήκες της Νεβάδα. Η απόδοση των μιγμάτων στο πεδίο παρακολουθήθηκε έως και 5 χρόνια μετά τη διάστρωση. Το συμπέρασμα τους, αναφορικά με τις κοκκομετρικές καμπύλες, ήταν ότι τα μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες μέσα από την κρίσιμη περιοχή είχαν καλύτερη συμπεριφορά από μίγματα με χονδρόκοκκες καμπύλες (κάτω από την κρίσιμη περιοχή). Επίσης, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες μέσα από την κρίσιμη περιοχή είχαν υψηλότερο μέτρο δυσκαμψίας από μίγματα, των ιδίων υλικών, με καμπύλες διερχόμενες κάτω από την κρίσιμη περιοχή. O Zhang και άλλοι, [70] ερεύνησαν τις συνέπειες της κρίσιμης περιοχής στη συμπεριφορά των ασφαλτομιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση. Στην έρευνα τους χρησιμοποίησαν κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες πάνω, μέσα και κάτω από την κρίσιμη περιοχή. Εκτελώντας δοκιμές τροχοαυλάκωσης κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ασφαλτικά μίγματα με κοκκομετρικές καμπύλες που παραβίαζαν την κρίσιμη περιοχή είχαν παρόμοια ή και καλύτερη συμπεριφορά, από αυτά με κοκκομετρικές καμπύλες εκτός κρίσιμης περιοχής (πάνω ή κάτω αυτής). Παράλληλα διαπίστωσαν ότι η συμπεριφορά σε παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών μιγμάτων με κοκκομετρικές καμπύλες κάτω από την κρίσιμη περιοχή ήταν πιο ευαίσθητη σε αλλαγές των ιδιοτήτων των αδρανών, από ότι αυτή των μιγμάτων με κοκκομετρικές καμπύλες διερχόμενες μέσα ή πάνω από την κρίσιμη περιοχή.

100 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 71 Τέλος το 2006 ο Kim [61], έκανε μία έρευνα για τον οργανισμό Nebraska Department of Roads σχετικά με τη χρησιμότητα της κρίσιμης περιοχής και τη σχέση της με την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτομιγμάτων που χρησιμοποιούνταν κυρίως σε δρόμους μικρού κυκλοφοριακού φόρτου. Κατέληξε ότι ασφαλτικά μίγματα με λεπτόκοκκες καμπύλες είχαν συμπεριφορά όμοια ή και καλύτερη από μίγματα με χονδρόκοκκες καμπύλες και συνεπώς η κρίσιμη περιοχή δεν θα έπρεπε να είναι ένα σημαντικό κριτήριο για την συμπεριφορά των μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση Επίδραση της γωνιότητας των αδρανών στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Πολλοί ερευνητές προσπάθησαν να αξιολογήσουν την επίδραση της γωνιότητας των αδρανών στην αντίσταση των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμόρφωση. Οι περισσότεροι συμφωνούν ότι η επίδραση της γωνιότητας των αδρανών είναι σημαντική. Από πολλούς δίνεται έμφαση στη γωνιότητα των λεπτόκοκκων αδρανών (ουσιαστικά μιλάνε για το κλάσμα της άμμου) σαν ένα σημαντικό παράγοντα επίδρασης στην παραμένουσα παραμόρφωση. Ο Perdomo και άλλοι [71] ερευνώντας την επίδραση της μορφής και του σχήματος των κόκκων στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση χρησιμοποίησαν αρχικά κοκκομετρικές καμπύλες με στρογγυλούς και λείους κόκκους άμμου για ασφαλτομίγματα που εξετάστηκαν ως προς την αντίσταση τους σε παραμένουσα παραμόρφωση. Σε δεύτερο στάδιο, αντικατέστησαν τους κόκκους αυτούς με τραχείς, γωνιώδεις και πορώδεις κόκκους άμμου, κρατώντας τα υπόλοιπα αδρανή και τη συνολική κοκκομετρική καμπύλη αμετάβλητα. Στη συνέχεια εξέτασαν τα ασφαλτικά μίγματα με τους γωνιώδεις κόκκους σε αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Τα εργαστηριακά τους αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ασφαλτικά μίγματα με 40% άμμο με στρογγυλούς κόκκους είχαν σημαντικά μικρότερη αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Τα Σχήματα 2.22 και 2.23 δείχνουν τα αποτελέσματα της έρευνάς τους. O Kobayashi και άλλοι [72] διεξήγαγαν μια εκτεταμένη έρευνα για την επίδραση του σχήματος των λεπτόκοκκων αδρανών στην συμπεριφορά τω ασφαλτικών μιγμάτων. Το συμπέρασμα της έρευνας ήταν ότι η χρήση γωνιωδών λεπτόκοκκων αδρανών μπορεί να αυξήσει σημαντικά την αντίσταση των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση.

101 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 72 Ο Kim και άλλοι [73], εξετάζοντας την επίδραση του τύπου (γωνιότητα) των αδρανών και της κοκκομετρικής καμπύλης στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτικού σκυροδέματος και συμπέραναν ότι η γωνιότητα των αδρανών έχει σημαντική επίδραση σε αυτή, υποδεικνύοντας μάλιστα καλύτερη συμπεριφορά από ασφαλτικά σκυροδέματα με αδρανή με τραχείς επιφάνειες και γωνιώδες σχήμα. 6,5% κενά Βέλτιστο ποσοστό ασφάλτου Πειραματικά δε δομένα Θεωρητικά δεδομένα Χρόνος, sec Σχήμα 2.22 Γραμμική απεικόνιση μιας τυπικής συμπεριφοράς σε ερπυσμό και αποφόρτιση ασφαλτικών μιγμάτων με 0% φυσική άμμο σε υψηλό ποσοστό κενών Στο ίδιο συμπέρασμα καταλήγουν και ο Topal και άλλοι [74], επισημαίνοντας όμως οτι παράγοντες όπως η ορυκτολογική σύσταση των αδρανών και ο τρόπος θραύσης αυτών θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τον καθορισμό της γωνιότητας των αδρανών. Επίσης τονίζουν ότι η συγκεκριμένη ιδιότητα θα πρέπει να ελέγχεται σε τακτικά χρονικά διαστήματα.

102 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 73 5,2% κενά Βέλτιστο ποσοστό ασφάλτου Πειραματικά δεδομένα Θεωρητικά δεδομένα Χρόνος, sec Σχήμα 2.23 Γραμμική απεικόνιση μιας τυπικής συμπεριφοράς σε ερπυσμό και αποφόρτιση ασφαλτικών μιγμάτων με 40% φυσική άμμο σε υψηλό ποσοστό κενών. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι η γωνιότητα των αδρανών αποτελεί μια σημαντική παράμετρο σχετικά με την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Όπως προαναφέρθηκε, η διατμητική αντοχή των ασφαλτικών μιγμάτων εξαρτάται σημαντικά από ένα ισχυρό μηχανικά σκελετό αδρανών καθώς και από την τριβή που αναπτύσσεται στα σημεία της επαφής μεταξύ των κόκκων. Προφανώς η γωνιότητα των αδρανών παίζει ένα σημαντικό ρόλο στη δημιουργία ενός ισχυρού σκελετού αδρανών. Παρ όλα αυτά η γωνιότητα των αδρανών αποτελεί μόνο ένα παράγοντα, από αυτούς που επηρεάζουν την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση, των ασφαλτικών μιγμάτων. Η χρήση μόνο γωνιωδών αδρανών μπορεί να αποτελεί αναγκαία συνθήκη για μίγματα με υψηλή αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση αλλά σίγουρα, από μόνη της, όχι ικανή Επίδραση της παιπάλης στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση Ως παιπάλη χαρακτηρίζεται το υλικό διερχόμενο του κόσκινου Νο 200 (0,075 mm) ή του κόσκινου 0,063 mm. Οι παιπάλες προστίθενται στα ασφαλτικά μίγματα για παροχή μεγαλύτερης

103 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 74 ευστάθειας. Δύο θεωρίες έχουν αναπτυχθεί σχετικά με το πως επιδρά η παιπάλη στην ευστάθεια του ασφαλτομίγματος. Σύμφωνα με την πρώτη, η παιπάλη γεμίζει τα κενά μεταξύ των κόκκων των αδρανών, αυξάνοντας έτσι την πυκνότητα και την αντοχή του ασφαλτομίγματος. Η δεύτερη θεωρία υποστηρίζει ότι η παιπάλη γίνεται μέρος του συνδετικού υλικού, με αποτέλεσμα να θεωρούμε συνδετικό υλικό παιπάλης-ασφάλτου. Οι κόκκοι της παιπάλης απορροφούν άσφαλτο ή συστατικά της ασφάλτου, αυξάνοντας έτσι το ιξώδες του ασφάλτου και κατά συνέπεια την αντοχή του μίγματος. Παρ όλα αυτά, η παιπάλη μάλλον παίζει και τους δύο ρόλους ταυτόχρονα. Σε υψηλές θερμοκρασίες, στις οποίες η συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση φτάνει σε κρίσιμο επίπεδο, απαιτείται το υψηλότερο δυνατόν ιξώδες του συνδετικού παιπάλης-ασφάλτου έτσι ώστε το μίγμα να είναι ισχυρό σε αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Η προσθήκη παιπάλης στο μίγμα σε σταθερή θερμοκρασία αυξάνει το ιξώδες της ασφάλτου και κατ επέκταση του ασφαλτικού μίγματος [75], [76]. Παρ όλα αυτά, υπάρχει ένα όριο στην προσθήκη παιπάλης στο μίγμα καθώς μεγάλο ποσοστό παιπάλης απαιτεί μεγαλύτερο ποσοστό ασφάλτου με συνέπεια να δημιουργούνται προβλήματα που σχετίζονται με υπερβολικά ποσοστά ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα. Αρκετοί ερευνητές έδειξαν ότι διαφορετικές παιπάλες αυξάνουν με διαφορετικό τρόπο το μέτρο δυσκαμψίας της ασφάλτου (σκληραίνουν την άσφαλτο).[75], [76], [77]. Παρατήρησαν αλλαγές στην εισδυτικότητα, στο ιξώδες, στην ολκιμότητα και στο σημείο μάλθωσης, οι οποίες έδειχναν σκλήρυνση της ασφάλτου μετά την προσθήκη παιπάλης. Κατέληξαν ότι οι πιο κοινοί δείκτες σκλήρυνσης της ασφάλτου μετά την προσθήκη παιπάλης είναι: 1) ο λόγος μεταξύ κινηματικού ιξώδους του συνδετικού υλικού ασφάλτου-παιπάλης προς το κινηματικό ιξώδες της ασφάλτου και 2) η αύξηση του σημείου μάλθωσης. Ο Anderson και άλλοι [78] μελέτησαν τις ρεολογικές ιδιότητες του συνδετικού υλικού παιπάλης ασφάλτου σε σχέση με την συμπεριφορά των ασφαλτικών μιγμάτων. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν 4 τύποι ασφάλτου κατά SHRP και δύο τύποι παιπάλης (ασβεστίτη και χαλαζία). Παρατήρησαν ότι η «σκλήρυνση» του συνδετικού υλικού λόγω της παρουσίας παιπάλης εξαρτάται από τον τύπο της ασφάλτου. Το γενικό συμπέρασμα ήταν ότι η παιπάλη μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση ενός ασφαλτικού μίγματος, εφόσον αυξάνει το μέτρο δυσκαμψίας του συνδετικού υλικού και το φαινόμενο αυτό καθορίζεται από τη σχέση ασφάλτου παιπάλης. Παρ όλα αυτά, οι συγγραφείς δεν προσδιόρισαν αν το φαινόμενο σχετίζεται και από την ποσότητα της παιπάλης στο μίγμα.

104 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 75 Ο Al-Suhaibani κ.α [79] μελέτησαν την επίδραση του τύπου της παιπάλης στις ιδιότητες των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Τρεις τύποι παιπάλης χρησιμοποιήθηκαν: ασβεστολιθική, υδράσβεστου και τσιμέντου. Η επίδραση του τύπου και του ποσοστού της παιπάλης στην παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτικού σκυροδέματος αξιολογήθηκε με τη δοκιμή της τροχοαυλάκωσης. Το Σχήμα 2.24 απεικονίζει τη σχέση βάθους τροχοαυλάκωσης μετά από κύκλους φόρτισης με το ποσοστό της ασβεστολιθικής παιπάλης. Τα συμπεράσματα της έρευνας ήταν τα εξής: (i) (ii) (iii) Η παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτικού σκυροδέματος εξαρτάται σε υψηλό βαθμό, από το σημείο μάλθωσης του συνδετικού υλικού ασφάλτου παιπάλης, το οποίο με τη σειρά του εξαρτάται από τον τύπο και την ποσότητα της παιπάλης. Η παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτικού σκυροδέματος εξαρτάται σε υψηλό βαθμό, από την ποσότητα της υδράσβεστου αλλά όχι του τσιμέντου. Ασφαλτικά σκυροδέματα με ασβεστολιθική παιπάλη παρουσιάζουν μικρότερη παραμένουσα παραμόρφωση από ασφαλτικά σκυροδέματα με τσιμέντο ή υδράσβεστο. Βάθος Τροχοαυλάκωσης, mm %, Ασβεστολιθική παιπάλη Σχήμα 2.24 Επίδραση της ασβεστολιθικής παιπάλης στο βάθος τροχοαυλάκωσης

105 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 76 O Kandhal και άλλοι [80] χρησιμοποιώντας κοινή άσφαλτο, έξι διαφορετικά αδρανή καθώς και τις παιπάλες αυτών, σε διαφορετικές αναλογίες, δημιούργησαν δώδεκα ασφαλτικά μίγματα, τα οποία και αξιολόγησαν σε αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Ένα από τα κύρια συμπεράσματα της ερευνάς τους ήταν ότι όσο πιο λεπτόκοκκο είναι το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο Νο 200, τόσο πιο πολύ τροποποιεί την άσφαλτο και «σκληραίνει» το ασφαλτικό μίγμα. Από τα παραπάνω, γίνεται φανερή η επίδραση της παιπάλης στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Παρ όλα αυτά, άλλες ιδιότητες του μίγματος, όπως η εργασιμότητα, η ευαισθησία σε ρηγμάτωση και η ευαισθησία του μίγματος παρουσία υγρασίας είναι αυτές που θα καθορίσουν την ποσότητα και τον τύπο της παιπάλης που θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε ασφαλτικό μίγμα Επίδραση της ασφάλτου στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Εκτός από τα αδρανή, η άσφαλτος είναι το άλλο βασικό συστατικό ενός ασφαλτικού μίγματος. Η άσφαλτος είναι ένα ιξωδοελαστικό υλικό, η αντίσταση του οποίου σε παραμόρφωση εξαρτάται από το χρόνο φόρτισης και τη θερμοκρασία. Ένα ιξωδοελαστικό υλικό συνδυάζει την ελαστική συμπεριφορά, κατά την οποία το υλικό ανακτά πλήρως την αρχική του κατάσταση μετά την απομάκρυνση του επιβαλλόμενου φορτίου και την ιξώδη συμπεριφορά, κατά την οποία το υλικό παραμορφώνεται συνεχώς κάτω από την επιβολή φορτίου. Στο Σχήμα 2.25 απεικονίζεται η απόκριση, σε επιβολή φορτίου, ενός ελαστικού, ενός ιξώδους και ενός ιξωδοελαστικού υλικού Η επίδραση της ασφάλτου μπορεί να αναλυθεί στην επίδρασή του υψηλού ποσοστού της ασφάλτου και στην επίδραση των ιδιοτήτων της ασφάλτου. (1) Επίδραση του υψηλού ποσοστού της ασφάλτου Το ποσοστό της ασφάλτου αποτελεί ένα κύριο παράγοντα στο σχεδιασμό των ασφαλτικών μιγμάτων. Η ποσότητα της ασφάλτου στο μίγμα επηρεάζει την ανθεκτικότητα και την απόδοση του ασφαλτικού μίγματος. Το μεγαλύτερο ποσοστό της διεθνούς έρευνας, σχετικά με την επίδραση της ασφάλτου στην παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτομίγματος επικεντρώνεται στις ιδιότητες της ασφάλτου και λιγότερο στο ποσοστό αυτής στο ασφαλτόμιγμα. Σε κάθε περίπτωση, οι ερευνητικές προσπάθειες που εξέτασαν την επίδραση του υψηλού

106 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 77 ποσοστού της ασφάλτου έδειξαν τη σημαντική συμβολή του στην παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτομίγματος. Τάση Χρόνος Παραμόρφωση Ελαστική συμπεριφορά Χρόνος Παραμόρφωση Ιξώδης συμπεριφορά Χρόνος Παραμόρφωση Ιξωδοελαστική συμπεριφορά Χρόνος Σχήμα 2.25 Ιδανικές αποκρίσεις ενός ελαστικού, ενός ιξώδους και ενός ιξωδοελαστικού υλικού Ο Brown [81] στην έρευνα που έκανε για τη μηχανική συμπεριφορά των ασφαλτομιγμάτων SMA στις ΗΠΑ εξηγεί την αιτία της παραμόρφωσης των μιγμάτων παρουσία υψηλού ποσοστού ασφάλτου. Όταν λοιπόν η ποσότητα της ασφάλτου είναι υψηλή η άσφαλτος προκειμένου να καταλάβει το διατιθέμενο χώρο μέσα στο μίγμα καταλαμβάνει το χώρο μεταξύ των αδρανών απομακρύνοντας τα μεταξύ τους και οδηγώντας τα στην απώλεια της επαφής κόκκου με κόκκο. Έτσι αποδυναμώνεται ο σκελετός των αδρανών και το μίγμα αποκτά ευαισθησία σε διάτμηση.

107 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 78 Στο ίδιο αποτέλεσμα καταλήγουν ο Bogdański και άλλοι [82]. Ερευνώντας τις μηχανικές ιδιότητες των ασφαλτικών μιγμάτων που χρησιμοποιούνται στην Πολωνία έδειξαν την καταλυτική επίδραση του υψηλού ποσοστού της ασφάλτου στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Χαρακτηριστικό είναι το Σχήμα 2.26 στο οποίο τα μίγματα με το υψηλότερο ποσοστό ασφάλτου εμφανίζουν και τη μεγαλύτερη τροχοαυλάκωση. O Gardette και άλλοι [83], χρησιμοποιώντας 4 διαφορετικούς ελέγχους εξέτασαν τη συμπεριφορά ενός τυπικού ασφαλτομίγματος για ασφαλτική βάση, σύμφωνα με τις Πορτογαλικές προδιαγραφές, σε τρία διαφορετικά ποσοστά ασφάλτου. Όλοι οι έλεγχοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υψηλότερα ποσοστά ασφάλτου αντιστοιχούν σε υψηλότερους ρυθμούς παραμόρφωσης. (2) Επίδραση των ιδιοτήτων της ασφάλτου Η επίδραση των ιδιοτήτων της ασφάλτου στην παραμένουσα παραμόρφωση του ασφαλτομίγματος αναφέρεται κυρίως στην ιξωδοελαστική συμπεριφορά αυτής και γενικότερα στη συμπεριφορά του ιξωδοελαστικού υλικού κάτω από φόρτιση. Άσ φαλτος Άσ φαλτος Άσ φα λτ ος Βάθος τροχοαυλάκωσης, mm Σχήμα 2.26 Μεταβολή του βάθους τροχοαυλάκωσης σε σχέση με το ποσοστό ασφάλτου Όπως προαναφέρθηκε, η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων είναι οι αθροιζόμενες, απειροελάχιστες παραμένουσες παραμορφώσεις που προκύπτουν μετά από

108 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 79 κάθε φόρτιση του ασφαλτομίγματος. Κάθε φορά που ένα φορτίο εφαρμόζεται, μια συγκεκριμένη ποσότητα έργου δαπανάται για την παραμόρφωση του ασφαλτικού μίγματος. Μέρος του έργου αυτού ανακτάται κατά την ελαστική απόκριση του μίγματος ενώ, το υπόλοιπο έργο απόλλυται σε παραμένουσα παραμόρφωση και θερμότητα. Για να ελαχιστοποιηθεί η παραμένουσα παραμόρφωση, θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί το απολεσθέν έργο. Για ένα ιξωδοελαστικο υλικό, το απολεσθέν έργο (W C ) σε κάθε κύκλο φόρτισης δίνεται από την εξίσωση 2.39: W πσεsinδ (2.39) Όπου σ και ε είναι η τάση και η παραμόρφωση αντίστοιχα. Δεδομένου ότι η παραμένουσα παραμόρφωση των επιφανειακών στρώσεων θεωρείται σαν ένα κυκλικό φαινόμενο ελεγχόμενης τάσης (σ ο ), η εξίσωση μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: W πσ εsinδ (2.40) Και ε (2.41) G οπότε, W C πσ G (2.42) Επομένως, σύμφωνα με την εξίσωση 2.42 το απολεσθέν έργο σε κάθε κύκλο φόρτισης είναι αντιστρόφως ανάλογο του όρου G * /sin δ, ο οποίος ο όπως αναφέρθηκε και στο υποκεφάλαιο 2.2 αποτελεί την παράμετρο που επιλέχθηκε από το πρόγραμμα SHRP, σαν μέτρο αντίστασης του ασφαλτομίγματος σε παραμόρφωση. Η παράμετρος αυτή συνδυάζει τη συνολική αντίσταση σε παραμόρφωση, η οποία και αποδίδεται με το G * και τη σχετική μη ελαστικότητα της ασφάλτου, η οποία αποδίδεται με το sin δ. Το πώς τα δύο αυτά στοιχεία υποδεικνύουν την παραμορφωσιμότητα μιας ασφάλτου από άλλη γίνεται φανερό από το παρακάτω παράδειγμα [84]: Έστω οι δύο άσφαλτοι του Σχήματος 2.27 που έχουν το ίδιο G*, αλλά διαφορετικές γωνίες φάσης. Η άσφαλτος Α έχει μικρότερο ελαστικό (ανακτήσιμο) μέρος από την άσφαλτο Β, ενώ η Β

109 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 80 έχει μικρότερο ιξώδες (μη ανακτήσιμο) μέρος από την Α. Αν το ίδιο φορτίο ασκηθεί και στις δύο ασφάλτους η άσφαλτος Α θα επιδείξει μεγαλύτερη μη ανακτήσιμη παραμόρφωση από την Β. Ιξώδες μέρος Ιξώδες μέρος Ελαστικό μέρος Άσφαλτος Α Ελαστικό μέρος Άσφαλτος Β Σχήμα 2.27 Παραμορφωσιμότητα ασφάλτων με διαφορετικές γωνίες φάσης δ Ένας από τους τρόπους που βελτιώνονται οι ιδιότητες της ασφάλτου και άρα μεγαλώνει το ελαστικό μέρος αυτής σε σχέση με το ιξώδες, είναι η χρήση τροποποιητών και ιδιαίτερα πολυμερικών ενώσεων. Ο Airey [85] έδειξε την ανώτερη συμπεριφορά των τροποποιημένων ασφάλτων σε σχέση με τις κοινές ασφάλτους. Επίσης έδειξε ότι, κατά μέσο όρο, τα μίγματα με SBS τροποποιημένη άσφαλτο είχαν καλύτερη συμπεριφορά από αυτές που τροποποιήθηκαν με EVA. Επισημαναι ακόμη, ότι το να προσθέτει κανείς πολυμερή στην άσφαλτο δεν αποτελεί αυτόματη εγγύηση καλύτερης μηχανικής συμπεριφοράς του ασφαλτομίγματος. Η μορφολογία της φάσης άσφαλτος/πολυμερές (διασπορά του πολυμερούς στην άσφαλτο) και η διασφάλιση ενός τελικού συνεχούς μέσου έχουν σημαντικές συνέπειες στη συμπεριφορά του συμπυκνωμένου ασφαλτομίγματος σε παραμένουσα παραμόρφωση και κόπωση. Οι Kok και Kuloglou [37] έδειξαν επίσης την ευμενή επίδραση της τροποποιημένης ασφάλτου στην αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Χαρακτηριστικό είναι το Σχήμα 2.28, στο οποίο διακρίνεται η σχέση των μιγμάτων με τροποποιημένη άσφαλτο με αυτά με κοινή άσφαλτο ως προς την παραμένουσα παραμόρφωση.

110 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 81 Αθροιστική παραμόρφωση, microstrain Χρόνος, sec Σχήμα 2.28 Παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών μιγμάτων με διαφορετικές ασφάλτους Ο Tayfur και άλλοι [86] χρησιμοποιώντας 4 διαφορετικούς τροποποιητές για την άσφαλτο έδειξαν ότι ο τύπος του τροποποιητή της ασφάλτου επηρεάζει σημαντικά την συμπεριφορά του ασφαλτικού μίγματος σε παραμένουσα παραμόρφωση. Σημειώνεται εδώ ότι, από τους τέσσερεις τροποποιητές που χρησιμοποίησαν, τα μίγματα με SBS είχαν την καλύτερη συμπεριφορά. Την επίδραση του τύπου της ασφάλτου έδειξαν και ο Corté και άλλοι [87]. Χρησιμοποίησαν μια κοινή 50/70 άσφαλτο και τρείς ασφάλτους που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιγμάτων με υψηλή αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση. Αυτές ήταν : (1) η άσφαλτος MG(Multigrade) της Shell, η οποία εκτός από την αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση διατηρεί καλή συμπεριφορά και σε χαμηλές θερμοκρασίες, (2) μία σκληρή άσφαλτος που χρησιμοποιείται σε υψηλού μέτρου δυσκαμψίας ασφαλτικά μίγματα (ΕΜΕ) και (3) μία τροποποιημένη με SBS άσφαλτος (3,8% τροποποιητή στην άσφαλτο). Χαρακτηριστική είναι η εικόνα όσον αφορά την απόδοση των μιγμάτων με τις τέσσερεις ασφάλτους. Σε όλες τις περιπτώσεις το μίγμα με την σκληρή 10/20 άσφαλτο έχει καλύτερη συμπεριφορά. Η εισδυτικότητα και η μάλθωση των τεσσάρων ασφάλτων είναι αυτή που φαίνεται στον Πίνακα Πίνακας 2.27 Εισδυτικότητα και μάλθωση ασφάλτων που χρησιμοποιήθηκαν από τον Tayfour κ.α Ιδιότητα Άσφαλτος 50/70 Shell Multigrade Άσφαλτος 10/20 Τροποποιημένη άσφαλτος με SBS Pen (25 C) ,5 55,5 RBT ( C) 50,5 60,5 70,5 58,5

111 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Επίδραση του ποσοστού των κενών αέρος στην παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Το ποσοστό των κενών στο ασφαλτικό μίγμα επηρεάζει σημαντικά των συμπεριφορά αυτού. Είναι γνωστό ότι χαμηλό ποσοστό κενών οδηγεί σε τροχοαυλάκωση λόγω παραμένουσας παραμόρφωσης, ενώ το υψηλό ποσοστό κενών οδηγεί σε μίγματα με μεγάλη διαπερατότητα σε νερό και αέρα, με αποτέλεσμα την αστοχία του μίγματος λόγω υγρασίας, οξείδωσης, αποκόλλησης αδρανών και τελικά ρηγμάτωσης. Τα κενά στο ασφαλτικό μίγμα εξαρτώνται από το ποσοστό της ασφάλτου, τη συμπύκνωση κατά την κατασκευή του οδοστρώματος και την πρόσθετη συμπύκνωση μετά την κατασκευή λόγω κυκλοφορίας. Ο Lerfald και άλλοι [88], διερευνώντας τη συμπεριφορά ασφαλτικών μιγμάτων που ελήφθησαν από το πεδίο, έδειξαν την επιρροή που έχει το ποσοστό των κενών του ασφαλτομίγματος στην παραμένουσα παραμόρφωση. Όπως φαίνεται από το Σχήμα 2.29 υψηλότερο ποσοστό κενών έχει σαν συνέπεια την υψηλότερη παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Ο Gogula και άλλοι [89] έδειξαν ότι ασφαλτικά μίγματα με 7% κενά συμπεριφέρθηκαν καλύτερα, όσον αφορά την παραμένουσα παραμόρφωση, σε σχέση με μίγματα με 9% κενά.. Αξονική παραμόρφωση Ποσοστό κενών Αξονική παραμόρφωση, μstrain Ποσοστό κενών, % Δείγμα Νο Σχήμα 2.29 Μεταβολή της παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων με το ποσοστό κενών Χαρακτηριστικό είναι το Σχήμα 2.30 στην οποία φαίνονται οι διελεύσεις που χρειάζονται για τα δύο μίγματα για να αποκτήσουν βάθος τροχοαυλάκωσης ίσο με 20mm

112 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 83 PG Άσφαλτος Διελεύσεις τροχού Αριστερό ίχνος τροχού Δεξί ίχνος τροχού % Κενά αέρος Σχήμα 2.30 Παραμένουσα παραμόρφωση 20mm για μίγματα με 7% και 9% κενά Τέλος οι Garba και Horvli [90] δημιουργώντας έναν δείκτη τροχοαυλάκωσης έδειξαν ότι τροχοαυλάκωση μπορεί να προκύψει τόσο σε υψηλά, όσο και σε χαμηλά ποσοστά κενών. Επισημαίνουν μάλιστα ότι υπάρχει ένα βέλτιστο ποσοστό κενών στο οποίο η αντίσταση σε παραμένουσα παραμόρφωση γίνεται μέγιστη Μοντέλα παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων Η απόκριση των ασφαλτικών μιγμάτων στην επιβολή φορτίου εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία και το χρόνο φόρτισης. Σε χαμηλές θερμοκρασίες (ή μικρούς χρόνους φόρτισης) τα ασφαλτικά μίγματα μπορούν να θεωρηθούν ως γραμμικά ιξωδοελαστικά σώματα. Αντίθετα, σε υψηλές θερμοκρασίες (μεγάλους χρόνους φόρτισης) συμπεριφέρονται ως μη γραμμικά ελαστοιξωδοπλαστικά σώματα. Στην περίπτωση της γραμμικής ιξωδο ελαστικής συμπεριφοράς υπάρχουν φυσικά μοντέλα (όπως του Maxwell, του Kelvin) με στοιχεία σε σειρά ή εν παραλλήλω, τα οποία μπορούν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά και να ερμηνεύσουν τα αποτελέσματα των εργαστηριακών ελέγχων. Επειδή όμως η παραμένουσα παραμόρφωση και κατ επέκταση η εμφάνιση τροχοαυλάκωσης μπορεί να θεωρηθεί ένα φαινόμενο υψηλών θερμοκρασιών, μια ρεαλιστική πρόβλεψη της αντίστασης σε παραμένουσα παραμόρφωση θα έπρεπε να βασίζεται στην ελαστο-ιξωδοπλαστική θεωρία. Σε ένα ελαστο-ιξωδοπλαστικό υλικό μπορούν να αναγνωριστούν τεσσάρων ειδών παραμορφώσεις: ελαστική, ιξωδοελαστική, ιξωδοπλαστική και πλαστική. Οι ελαστικές παραμορφώσεις είναι πλήρως ανακτήσιμες και ανεξάρτητες του χρόνου φόρτισης. Οι παραμορφώσεις λόγω της ιξωδοελαστικότητας είναι εξαρτώμενες από το χρόνο φόρτισης και

113 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 84 ανακτήσιμες. Οι παραμορφώσεις λόγω της ιξωδοπλαστικότητας και της πλαστικότητας είναι μη ανακτήσιμες. Οι ιξωδοπλαστικές παραμορφώσεις εξαρτώνται από το χρόνο φόρτισης, ενώ οι πλαστικές παραμορφώσεις είναι ανεξάρτητες αυτού. Η ολική παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων αναμένεται να περιέχει και τα τέσσερα παραπάνω στοιχεία. Στο υποκεφάλαιο αυτό θα αναφερθούν μοντέλα πρόβλεψης που περιγράφουν και προβλέπουν την παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων Ρεολογική συμπεριφορά ασφαλτικών μιγμάτων Η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών στρώσεων ενός οδοστρώματος προκαλείται από συμπύκνωση και διατμητική παραμόρφωση υπό επαναλαμβανόμενες αξονικές φορτίσεις. Εξελίσσεται σταδιακά με τον αυξανόμενο αριθμό των φορτίσεων. Το Σχήμα 2.31 δείχνει μια τυπική καμπύλη παραμόρφωσης ενός ασφαλτικού μίγματος που μπορεί να παρατηρηθεί είτε παρακολουθώντας την εξέλιξη ενός οδοστρώματος, είτε πραγματοποιώντας εργαστηριακούς ελέγχους που προσομοιώνουν την κατάσταση στο πεδίο. Πρωτεύων ερπυσμός Δευτερεύων ερπυσμός Τριτεύων ερπυσμός Παραμένουσα παραμόρφωση Κύκλοι φόρτισης Σχήμα 2.31 Τυπική καμπύλη παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων Το πρωταρχικό στάδιο της καμπύλης παραμόρφωσης, το οποίο και αναφέρεται σαν πρωταρχικός ερπυσμός, αντιπροσωπεύει την πρόσθετη συμπύκνωση του υλικού λόγω κυκλοφοριακού φόρτου. Η συμπύκνωση αυτή έχει σαν αποτέλεσμα την αναδιάταξη των κόκκων των αδρανών και ενδεχομένως και σε καλύτερο σκελετό αδρανών οπότε και ο ρυθμός

114 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 85 παραμόρφωσης μειώνεται. Στο δεύτερο στάδιο, γνωστό σαν δευτερεύων ερπυσμός, ο ρυθμός παραμόρφωσης είναι μικρότερος αλλά σταθερός. Το τρίτο στάδιο, το οποίο αναφέρεται σαν τριτεύων ερπυσμός, αποτελεί το στάδιο της κατάρρευσης ή της καταστροφής και στο οποίο ο ρυθμός παραμόρφωσης αρχίζει πάλι να αυξάνεται. Ιξωδοελαστικά μοντέλα Ένας μεγάλος αριθμός μηχανικών μοντέλων-προτύπων έχουν προταθεί για τη μελέτη της σχέσης τάσης-παραμόρφωσης- χρόνου των ιξωδοελαστικών υλικών. Τα βασικά στοιχεία όλων αυτών των προτύπων είναι το γραμμικό ελατήριο και το υδραυλικό έμβολο. Σε ένα γραμμικό ελατήριο, η σχέση τάσης-παραμόρφωσης εκφράζεται μαθηματικά ως εξής: (2.43) Όπου R η σταθερά του ελατηρίου ή το μέτρο ελαστικότητας. Για το υδραυλικό έμβολο ή καλύτερα σε ένα γραμμικό ιξώδες περιβάλλον η τάση συνδέεται με την παραμόρφωση με την εξής σχέση: (2.44) όπου ε(t) είναι ο ρυθμός παραμόρφωσης και η είναι ο συντελεστής ιξώδους. Το πρότυπο Maxwell Το πρότυπο Maxwell αποτελείται από ένα γραμμικό ελατήριο και από ένα υδραυλικό έμβολο συνδεδεμένα σε σειρά, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.32[90α]. Οι σχέσεις τάσης παραμόρφωσης για το ελατήριο και υδραυλικό έμβολο αντίστοιχα, είναι οι εξής: σ=rε 2 (2.45) σ= η ε 1 (t) (2.46)

115 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 86 Σχήμα 2.32 Πρότυπο Maxwell και συνθήκες τάσης παραμόρφωσης Εφόσον, το ελατήριο και το υδραυλικό έμβολο είναι συνδεδεμένα σε σειρά, η ολική παραμόρφωση και ο συνολικός ρυθμός παραμόρφωσης δίνονται από τις σχέσεις. ε=ε 1 +ε 2 (2.47) ε (t)= ε 1 (t)+ ε 2 (t) (2.48) Δεδομένου ότι οι όροι της εξίσωσης 2.4 είναι ρυθμοί παραμόρφωσης, η εξίσωση 2.4 είναι χρονικά εξαρτώμενη. Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις 2.45 και 2.46 στην 2.48 η εξίσωση γίνεται: ε (t)=σ/r+ σ (t)/η (2.49) Αν στη εξίσωση αυτή θεωρηθεί και η παράμετρος του χρόνου, τότε πρόκειται για μια διαφορική εξίσωση με ανεξάρτητη μεταβλητή το χρόνο και εξαρτημένη μεταβλητή το ρυθμό παραμόρφωσης. Επιλύνοντας την εξίσωση αυτή (2.60) μπορεί να παρατηρηθεί η σχέση χρόνου παραμόρφωσης για διαφορετικές συνθήκες τάσης ή ακόμα και η σχέση μεταξύ της τάσης και του χρόνου για δεδομένη παραμόρφωση. Για μια σταθερή τάση που εφαρμόζεται στο χρόνο t=0, η εξίσωση 2.49 γίνεται μια πρώτου βαθμού διαφορική εξίσωση, η οποία παίρνει τη μορφή (με αρχικές συνθήκες σ=σ ο σε χρόνο t=t 0 ) : ε (t)= σ 0 /R+ σ 0 /η t (2.50)

116 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 87 Η παραπάνω σχέση απεικονίζεται στο Σχήμα Αν η τάση πάψει να εφαρμόζεται στη χρονική στιγμή t 1, η ελαστική παραμόρφωση σ 0 /R του ελατηρίου γίνεται μηδέν (ελαστικό τμήμα της εξίσωσης), ενώ ο όρος σ 0 /η t αποτελεί μια παραμένουσα παραμόρφωση, η οποία δεν ανακτάται (ιξώδες μέρος της εξίσωσης). Αν εφαρμοστεί σταθερή παραμόρφωση ε 0 στο χρόνο t=0 με την αρχική τιμή της τάσης να είναι σ ο, η τάση τη χρονική στιγμή t δίνεται από την επίλυση της διαφορικής εξίσωσης 2.49 και είναι η εξής: σ (t)=σ 0 e -R(t/η) =R ε 0 e -R(t/η) (2.51) H εξίσωση 2.51 περιγράφει το φαινόμενο της σταδιακής αποφόρτισης του προτύπου Maxwell υπό σταθερή παραμόρφωση. Η παράγωγος της εξίσωση 2.51 δίνει το ρυθμό μεταβολής τάσης, ο οποίος και περιγράφεται από την εξίσωση 2.52: σ (t)=-(σ 0 R/η) e -R(t/η) (2.52) Έτσι τη χρονική στιγμή t=0+ (όπου 0+ αναφέρεται στο χρόνο αμέσως μετά την εφαρμογή της παραμόρφωσης), ο ρυθμός μεταβολής της τάσης είναι: σ (t)=-σ 0 R/η (2.53) Αν η τάση μειωνόταν συνεχώς με αυτό τον αρχικό ρυθμό, η εξίσωση σταδιακής αποφόρτισης θα λάμβανε την εξής μορφή: σ (t)=-σ 0 R/η +σ 0 (2.54) Σύμφωνα με την εξίσωση 2.54 η τάση θα γινόταν μηδέν σε χρόνο t R =η /R, το οποίο και λέγεται χρόνος σταδιακής αποφόρτισης (relaxation time) του μοντέλου Maxwell. O χρόνος σταδιακής αποφόρτισης είναι μια από τις ιξωδοελαστικές ιδιότητες ενός υλικού. Μετά το χρόνο σταδιακής αποφόρτισης μόνο 37% της αρχικής τάσης παραμένει. Το πρότυπο Kelvin Το πρότυπο Kelvin αποτελεί άλλο ένα πρότυπο δύο στοιχείων, ελατηρίου και υδραυλικού εμβόλου, συνδεδεμένα εν παραλλήλω. Το Σχήμα 2.33.δείχνει τη συμπεριφορά των στοιχείων του προτύπου Kelvin[90α].

117 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 88 Σχήμα 2.33 Πρότυπο Kelvin και συνθήκες τάσης παραμόρφωσης Οι σχέσεις τάσης παραμόρφωσης για το ελατήριο και το υδραυλικό έμβολο είναι: σ 1 = R ε (2.55) σ 2 = ηε () t (2.56) η συνολική τάση δίνεται από τη σχέση 2.57: σ = σ1+ σ2 (2.57) Αντικαθιστώντας τις εξισώσεις 2.55 και 2.56 στην 2.57 και διαιρώντας και τους δύο όρους της εξίσωσης με τον όρο η, προκύπτει η εξίσωση R σ ε () t + ε = η η (2.58) Η επίλυση της εξίσωσης 2.58 για παραμόρφωση υπό σταθερή τάση σ 0 που εφαρμόζεται τη χρονική στιγμή t=0, έχει ως αποτέλεσμα την εξίσωση 2.59.

118 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 89 σ 0 ε = 1 e R t R η (2.59) Η παραμόρφωση της εξίσωσης 2.59 αυξάνεται με επιβραδυνόμενο ρυθμό και πλησιάζει την τιμή σ 0 /R ασυμπτωτικά όταν ο χρόνος t τείνει στο άπειρο. Η απόκριση της εξίσωσης αυτής σε μία απότομα εφαρμοζόμενη τάση είναι να παραλαμβάνεται αρχικά η τάση πλήρως από ιξώδες στοιχείο, η. Καθώς περνάει ο χρόνος όλο και μεγαλύτερη ποσότητα της τάσης παραλαμβάνεται από το ελαστικό στοιχείο, R. Τελικά ολόκληρη η τάση παραλαμβάνεται απο το ελαστικό στοιχείο. Η συμπεριφορά αυτή ονομάζεται επιβραδυνόμενη ελαστικότητα (delayed elasticity). Ο ρυθμός παραμόρφωσης για παραμόρφωση υπό σταθερή τάση μπορεί να υπολογιστεί παραγωγίζοντας την εξίσωση 2.59: ε t σ R 0 () t = e η η (2.60) Έτσι ο αρχικός ρυθμός παραμόρφωσης έχει την τιμή σ 0 /η, ενώ ο ρυθμός παραμόρφωσης πλησιάζει ασυμπτωτικά το μηδέν όταν ο χρόνος t τείνει στο άπειρο. Αν η παραμόρφωση αυξανόταν με σταθερό ρυθμό σ 0 /η, θα λάμβανε την ασυμπτωτική τιμή σ 0 /R σε χρόνο t C =η/r, ο οποίος ονομάζεται χρόνος επιβράδυνσης (retardation time). Το 63% της συνολικής παραμόρφωσης συμβαίνει μέσα στον χρόνο παραμόρφωσης. Το πρότυπο Kelvin δε δείχνει μια εξαρτώμενη χρονικά μεταβλητή για «ανακούφιση» (relaxation). Εξαιτίας της παρουσίας του ιξώδους στοιχείου, μία απότομη μεταβολή της τάσης μπορεί μόνο να επιτευχθεί από μια άπειρη τάση. Ακόμα και αν η μεταβολή της παραμόρφωσης μπορούσε να επιτευχθεί, η τάση που μεταφέρεται από το ιξώδες στοιχείο θα μηδενίζονταν, αλλά μια μόνιμη τάση θα παρέμενε στο ελατήριο. Το πρότυπο Burgers Το πρότυπο του Burgers αποτελείται από ένα πρότυπο Maxwell και ένα πρότυπο Kelvin συνδεδεμένα σε σειρά ]90α]. Οι εξισώσεις που περιγράφουν το πρότυπο Burgers αναπτύσσονται θεωρώντας την παραμόρφωση υπό σταθερή τάση για όλα τα στοιχεία του

119 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 90 μοντέλου και χρησιμοποιώντας μαθηματικές τεχνικές όπως οι μετασχηματισμοί Laplace. Τελικώς λαμβάνουν τη μορφή: η1 η1 η 2 ηη 1 2 ηη 1 2 σ σ () t + σ () t = η1ε () t + ε () t R1 R2 R2 R1R2 R2 (2.61) Η διαφορική αυτή εξίσωση μπορεί να επιλυθεί για δεδομένες αρχικές συνθήκες και να περιγράψει τη συμπεριφορά σε παραμόρφωση του προτύπου του Burgers. Η εξίσωση που προκύπτει έχει την εξής μορφή: σ0 σ 0 ε () t = + t+ 1 e R1 η 1 t R2 η2 (2.62) Οι πρώτοι δύο όροι του δεξιού μέρους της εξίσωσης 2.62 αντιπροσωπεύουν την ελαστική και ιξώδη παραμόρφωση κατά σειρά εμφάνισης, ενώ ο τελευταίος όρος αντιπροσωπεύει την delayed elasticity. Ο ρυθμός παραμόρφωσης προκύπτει παραγωγίζοντας την εξίσωση 2.62 και εκφράζεται ως ακολούθως: σ 0 σ 0 ε () t = + e η η 1 2 t R2 η2 (2.63) Έτσι ο ρυθμός παραμόρφωσης για t=0 λαμβάνει την τιμή σ 0 (1/η 1 +1/η 2 ) ενώ όταν ο χρόνος τείνει στο άπειρο προσεγγίζει ασυμπτωτικά την τιμή σ 0 /η 1. Αν η τάση σ 0 αφαιρεθεί στο χρόνο t 1, η recovery συμπεριφορά του μοντέλου Burgers μπορεί να αποδοθεί από την εξίσωση 4,20(βλ GARBA) θεωρώντας t= t 1 και σταθερή τάση σ= σ 0. Με την θεώρηση αυτή προκύπτει για t> t 1 η εξίσωση ε t1 t σ R2 R2 0 η2 η2 () t = t1 + e 1 e η 1 (2.64) Όπως φαίνεται από την 2.64, η αποφόρτιση έχει ένα στιγμιαίο (instantaneous) ελαστικό στοιχείο το οποίο ακολουθείται από αποφόρτιση ερπυσμού με μειωμένο ρυθμό. Ο δεύτερος όρος της εξίσωσης 2.64 μειώνεται έως και το μηδέν για μεγάλους χρόνους φόρτισης, ενώ ο πρώτος όρος αντιπροσωπεύει μια μόνιμη παραμόρφωση εξαιτίας της ιξώδους ροής του η 1.

120 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 91 Γενικευμένα πρότυπα Maxwell και Kelvin Αν πολλά πρότυπα Maxwell.συνδεθούν σε σειρά ή πολλά πρότυπα Kelvin συνδεθούν εν παραλλήλω, τα πρότυπα τα οποία προκύπτουν έχουν την ίδια συμπεριφορά όπως ένα μονό πρότυπο Maxwell. ή ένα μονό πρότυπο Kelvin, αντίστοιχα. Επιπρόσθετα αν πολλά πρότυπα Maxwell.συνδεθούν εν παραλλήλω, παρουσιάζουν συμπεριφορά στην οποία διακρίνονται η στιγμιαία (instantaneous) ελαστικότητα, η delayed ελαστικότητα με διάφορους retardation χρόνους, η stress relaxation with various relaxation times και την ιξώδη ροή (viscous flow). Με το γενικευμένο πρότυπο Maxwell μπορεί να προβλεφθεί η τάση σε σχέση με τις επιβαλλόμενες παραμορφώσεις, με την προϋπόθεση ότι η ίδια επιβαλλόμενη παραμόρφωση εφαρμόζεται σε κάθε μοναδικό στοιχείο και επίσης η προκύπτουσα τάση είναι το άθροισμα όλων των μοναδικών στοιχείων. Η συμμετοχή του i στοιχείου περιγράφεται από την εξίσωση 2.65[90α]. D D R (2.65) Όπου D είναι το στοιχείο παραγοντοποίησης σε σχέση με το χρόνο, δηλαδή D=d/d t. Επιλύοντας την εξίσωση ως προς σ η τάση του i στοιχείου δίνεται από την εξίσωση σ D D ε (2.66) R R Για α αριθμό στοιχείων το άθροισμα των σ i δίνεται από την εξίσωση σ σ D D ε (2.67) R Κατά παρόμοιο τρόπο αν πολλά πρότυπα Kelvin συνδεθούν εν παραλλήλω εμφανίζουν την ίδια συμπεριφορά με ένα και μόνο πρότυπο Kelvin. Εντούτοις, αν πολλά πρότυπα Kelvin συνδεθούν σε σειρά το γενικευμένο πρότυπο Kelvin.που προκύπτει, αντιπροσωπεύει σε μεγαλύτερο βαθμό την ιξωδοελαστική συμπεριφορά των ασφαλτομιγμάτων. Η παραμόρφωση του κάθε i στοιχείου στη σειρά εκφράζεται από την εξίσωση 2.68: ε σ (2.68) D R

121 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 92 Και αθροίζοντας τις παραμορφώσεις α σε αριθμό, i στοιχείων προκύπτει η εξίσωση (2.69) Το γενικευμένο πρότυπο Maxwell είναι πιο βολικό να χρησιμοποιείται στην ιξωδοελαστική ανάλυση όταν είναι γνωστές οι επιβαλλόμενες παραμορφώσεις, ενώ το γενικευμένο πρότυπο Kelvin είναι πιο βολικό να χρησιμοποιείται στις περιπτώσεις που είναι γνωστές οι επιβαλλόμενες τάσεις. Πέραν της ιξωδοελαστικής θεωρίας σήμερα έχει αναπτυχθεί και η ιξωδοπλαστική θεωρία, η οποία θεωρεί ότι η απόκριση ενός ασφαλτικού σκυροδέματος σε φόρτιση εμπεριέχει ελαστικά, ιξωδοελαστικά, πλαστικά και ιξωδοπλαστικά στοιχεία. Πέραν αυτής υπάρχει η θεωρία των μικρομηχανικών μοντέλων που δεν θεωρεί το ασφαλτόμιγμα ένα συνεχές μέσο. Η τελευταία θεωρία χρησιμοποιεί τη θεωρία των πεπερασμένων στοιχείων Εξισώσεις πρόβλεψης παραμένουσας παραμόρφωσης Πέρα από την ιξωδοελαστική θεωρία, πολλές εξισώσεις πρόβλεψης της παραμένουσας παραμόρφωσης του ασφαλτικού σκυροδέματος έχουν αναπτυχθεί. Οι εξισώσεις αυτές μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρείς γενικές κατηγορίες [91]: (1) εμπειρικές εξισώσεις παλινδρόμησης, (2) τυπικοί νόμοι πλαστικών παραμορφώσεων και (3) εξισώσεις βασισμένες αποκλειστικά σε εργαστηριακά αποτελέσματα. Οι περισσότερες εξισώσεις συνδέονται με μια συγκεκριμένη μέθοδο ανάλυσης οδοστρωμάτων, όπως π.χ η πολυστρωματική θεωρία. Η εξίσωση με την πιο εκτεταμένη χρήση σχετικά με την παρμένουσα πραμόρφωση είναι η εκθετικός νόμος, η οποία δίνεται από την εξίσωση ε CN B (2.70) Όπου: ε p = μόνιμη παραμόρφωση Ν= αριθμός επαναλαμβανόμενων φορτίσεων C,B= σταθερές του υλικού

122 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 93 Σε μερικά προγράμματα υπολογιστή που χρησιμοποιούν την πολυστρωματική θεωρία όπως το VESYS η σταθερά C εξαρτάται από την ελαστική παραμόρφωση. Στο μοντέλο παραμένουσας παραμόρφωσης του SHRP [92] το C αντιπροσωπεύει την παραμένουσα παραμόρφωση μετά τον πρώτο κύκλο φόρτισης, η οποία υπολογίζεται βάσει της ιξωδοπλαστικής θεωρίας. Οι ερευνητές του SHRP έδειξαν ότι η σταθερά Β είναι ανεξάρτητη του επιπέδου της τάσης φόρτισης και εξαρτάται κυρίως από τον τύπο του υλικού και παραμέτρους, όπως η πυκνότητα και η εσωτερική δομή του υλικού. Στο SHRP κατέληξαν σε μια σχέση μεταξύ του Β και μιας παραμέτρου διάτμησης, η οποία και ονομάστηκε m-τιμή (m-value). Η m-τιμή θεωρήθηκε σαν μια θεμελιώδης παράμετρος για την πρόβλεψη της τροχοαυλάκωσης των ασφαλτικών μιγμάτων. Παρ όλα αυτά ο Zhang [93] βρήκε ότι η m-τιμή δεν ήταν αξιόπιστη για την πρόβλεψη της τροχοαυλάκωσης. Μια άλλη διαδεδομένης χρήσης εξίσωση για την ανάπτυξη της παραμένουσας παραμόρφωσης είναι αυτή των Lyton και Tseng [94], η οποία αποδίδεται με την εξίσωση ε ε e N (2.71) Όπου ε 0, ρ και β είναι παράμετροι του υλικού Εργαστηριακοί τρόποι μέτρησης της παραμένουσας παραμόρφωσης ασφαλτικών μιγμάτων Πολλοί και διαφορετικοί είναι οι έλεγχοι που έχουν αναπτυχθεί για τον υπολογισμό της παραμένουσας παραμόρφωσης των ασφαλτικών μιγμάτων. Στην πλειοψηφία τους οι έλεγχοι αυτοί διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: 1. Τους ελέγχους παραμένουσας παραμόρφωσης που το τελικό αποτέλεσμα είναι μια παραμόρφωση. 2. Τους ελέγχους τροχοαυλάκωσης, στους οποίους το τελικό αποτέλεσμα είναι το βάθος τροχοαυλάκωσης. Στο παρόν υποκεφάλαιο, παρουσιάζονται οι κυριότεροι έλεγχοι και των δύο κατηγοριών και δίνονται λεπτομέρειες σχετικά με τις συνθήκες ελέγχου που προβλέπονται..

123 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 94 Έλεγχοι παραμένουσας παραμόρφωσης Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι έλεγχοι διάτμησης οι οποίοι χρησιμοποιούνται κυρίως στις Ηνωμένες Πολιτείες. και οι έλεγχοι ερπυσμού, οι οποίοι χρησιμοποιούνται παγκοσμίως. Οι πρώτοι εκτελούνται με μια συσκευή την οποία ανέπτυξαν οι ερευνητές του SHRP και φαίνεται στην Φωτογραφία 2.1. Η συσκευή ονομάζεται Superpave Shear Tester (SST) και έχει τη δυνατότητα να εκτελεί τους παρακάτω ελέγχους διάτμησης: Απλός έλεγχος διάτμησης σε σταθερό ύψος δοκιμίου (Simple shear test at constant height) Έλεγχος διάτμησης επαναλαμβανόμενης φόρτισης σε σταθερό ρυθμό τάσης (Repeated shear test at constant stress ratio) Έλεγχος διάτμησης σε εύρος συχνοτήτων και σταθερό ύψος δοκιμίου(shear frequency sweep test at constant height) Έλεγχος διάτμησης επαναλαμβανόμενης φόρτισης σε σταθερό ύψος δοκιμίου (Repeated shear test at constant height) Στον απλό έλεγχο διάτμησης σε σταθερό ύψος δοκιμίου, μια διατμητική τάση εφαρμόζεται, ενώ το δοκίμιο διατηρείται σε σταθερό ύψος και η προκύπτουσα διατμητική παραμόρφωση μετράται. Φωτογραφία 2.1 Superpave Shear Tester

124 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 95 Ο έλεγχος διάτμησης σε εύρος συχνοτήτων και σταθερό ύψος δοκιμίου είναι ένας έλεγχος σταθερής παραμόρφωσης, στον οποίο μία οριζόντια διατμητική παραμόρφωση εφαρμόζεται σε διάφορες συχνότητες. Τα αποτελέσματα του ελέγχου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί η σχέση του διατμητικού μιγαδικού μέτρου απόκρισης (Complex shear modulus) και της γωνίας φάσης με την συχνότητα φόρτισης. Στον έλεγχο διάτμησης επαναλαμβανόμενης φόρτισης σε σταθερό ρυθμό τάσης και σε σταθερό ύψος δοκιμίου μια επαναλαμβανόμενη τάση εφαρμόζεται και μετράται η προκύπτουσα παραμόρφωση. Η φόρτιση μπορεί να γίνει είτε σε συνθήκες σταθερού ρυθμού τάσης, είτε σε συνθήκες σταθερού ύψους δοκιμίου. Οι παραπάνω έλεγχοι περιγράφονται στην προδιαγραφή AASHTO T Οι έλεγχοι ερπυσμού ξεκίνησαν με τη δοκιμή ερπυσμού με στατικό φορτίο, εξελίχτηκαν με τη δοκιμή ερπυσμού με επαναλαμβανόμενο φορτίο και σήμερα χρησιμοποιούνται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [22] με τον τίτλο «Έλεγχοι θλίψης κυκλικής φόρτισης (Cyclic Compresion Tests)». Κατά τη δοκιμή ερπυσμού με στατικό φορτίο επιβάλλεται στο δοκίμιο του ασφαλτομίγματος στατικό σταθερό ομοαξονικό φορτίο για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Οι συνθήκες ελέγχου έχουν καθιερωθεί σε διεθνές συνέδριο [95] και είναι: επιβαλλόμενη σταθερή τάση 0.1 MPa, θερμοκρασία ελέγχου 40 C και χρόνος φόρτισης 1 ώρα. Το δοκίμιο πρέπει να έχει παράλληλες και αρκετά λείες επιφάνειες ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη τριβής μεταξύ μεταλλικών πλακών και των επιφανειών του δοκιμίου. Το τελευταίο διασφαλίζεται με την επάλειψη των επιφανειών του δοκιμίου με γράσο γραφίτη. Διάφορες συσκευές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο, από τροποποιημένες συσκευές άλλων δοκιμών έως συσκευές που σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν ειδικά για τον έλεγχο αυτόν [96]. Παραλλαγή της δοκιμής ερπυσμού με στατικό φορτίο ήταν η δοκιμή ερπυσμού με επαναλαμβανόμενο φορτίο (RLA). Η διάφορά των δύο είναι ότι στην επαναλαμβανόμενη φόρτιση το επιβαλλόμενο φορτίο είναι περίπου τετραγωνικής μορφής και η διάρκεια φόρτισης μεγαλύτερη αυτής που χρησιμοποιείται για τον καθορισμό του ελαστικού μέτρου δυσκαμψίας. Η δοκιμή περιγράφεται από την Βρετανική προδιαγραφή BS DD 226 [97], στην οποία και περιγράφονται οι συνθήκες ελέγχου. Εξέλιξη της δοκιμής ήταν η δοκιμή ερπυσμού επαναλαμβανόμενου φορτίου με υπό πίεση περιορισμένα δοκίμια (VRLA). Στην δοκιμή αυτή το

125 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 96 δοκίμιο περιορίζεται σε ελαστική μεμβράνη και κατά τη διάρκεια του ελέγχου εφαρμόζεται αναρροφητική πίεση. Οι συνθήκες ελέγχου είναι ίδιες με αυτές που περιγράφονται στην BS DD 226 εκτός βέβαια από την εφαρμοζόμενη αναρροφητική πίεση, η οποία και προσδιορίστηκε σε διεθνές συνέδριο και είναι 50 KPa. Οι συνθήκες ελέγχου και για τις δύο δοκιμές δίνονται στον Πίνακα 2.28.Και στις δύο δοκιμές σαν τελικά αποτελέσματα αναφέρονται η συνολική αθροιστική παραμόρφωση στο τέλος του ελέγχου και ο ρυθμός παραμόρφωσης. Έλεγχοι ερπυσμού προβλέπονται και από τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές και ειδικότερα από την ΕΝ στην οποία και αναφέρονται σαν «Έλεγχοι θλίψης κυκλικής φόρτισης (Cyclic Compression Tests)». Η προδιαγραφή προβλέπει δύο μεθόδους (Α και Β) για την εκτίμηση της αντίστασης σε παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Πίνακας 2.28 Συνθήκες ελέγχου για τις δοκιμές ερπυσμού των Βρετανικών προδιαγραφών Συνθήκες ελέγχου Διάμετρος δοκιμίου Δοκιμή ερπυσμού με επαναλαμβανόμενο φορτίο (100±5) mm, (150±5)mm or (200±5)mm Δοκιμή ερπυσμού επαναλαμβανόμενου φορτίου με υπό πίεση περιορισμένα δοκίμια (100±5) mm, (150±5)mm or (200±5)mm Διάμετρος επάνω μεταλλικής πλάκας Τουλάχιστον 10% μεγαλύτερη του δοκιμίου Τουλάχιστον 10% μεγαλύτερη του δοκιμίου Πάχος δοκιμίου Μεταξύ 25mm και 75mm Μεταξύ 25mm και 75mm Θερμοκρασία ελέγχου Αρχικά (30±0.5) ºC, μετά(45±0.5) ºC Αρχικά (30±0.5) ºC, μετά (45±0.5) ºC Προφόρτιση 10kPa 10kPa Περίοδος προφορτισης (600±6)sec (600±6)sec Μέγιστη αξονική τάση (100±2) kpa (100±2) kpa Σχήμα επιβαλλόμενου φορτίου Τετραγωνικός παλμός Τετραγωνικός παλμός Αναρροφητική πίεση 0 50KPa Συχνότητα φόρτισης και περίοδος αποφόρτισης (1±0.010)s &(1±0.010)s (1±0.010)s &(1±0.010)s Αριθμός επαναλαμβανόμενων φορτίσεων

126 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 97 Για τη μέθοδο Α χρησιμοποιείται ομοαξονική θλίψη υπό κυκλική φόρτιση (uniaxal cyclic compression) και περιοριστικές συνθήκες. Ο περιορισμός επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μικρότερη από το δοκίμιο μεταλλική πλάκα στην επιφάνεια φόρτισης, όπως φαίνεται στη Φωτογραφία 2.2. Ο έλεγχος απαιτεί το λιγότερο 5 δοκίμια τα οποία έχουν συμπυκνωθεί τουλάχιστον δύο μέρες πριν τον έλεγχο. Κατά την παραμονή των δοκιμίων, έως και τη μέρα ελέγχου, τα δοκίμια συντηρούνται σε θερμοκρασίες από 5 C. έως και 25 C. Τέσσερεις έως και όχι περισσότερο από εφτά ώρες πριν τον έλεγχο, τα δοκίμια συντηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου. Λεπτομέρειες σχετικά με τις συνθήκες ελέγχου δίνονται στον Πίνακα Φωτογραφία 2.2 Έλεγχος ερπυσμού-μέθοδος Α, Ευρωπαϊκών προδιαγραφών Στη μέθοδο Β τα δοκίμια υπόκεινται σε αναρροφητική πίεση και ομοαξονική θλίψη υπό κυκλική φόρτιση. Ο έλεγχος απαιτεί το λιγότερο 2 δοκίμια τα οποία έχουν συμπυκνωθεί τουλάχιστον δύο μέρες πριν τον έλεγχο. Κατά την παραμονή των δοκιμίων, έως και τη μέρα ελέγχου, τα δοκίμια συντηρούνται σε θερμοκρασίες από 5 C. έως και 25 C. Λεπτομέρειες σχετικά με τις συνθήκες ελέγχου δίνονται στον Πίνακα 2.29.

127 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 98 Πίνακας 2.29 Συνθήκες ελέγχου για τις δοκιμές ερπυσμού των Ευρωπαϊκών προδιαγραφών Συνθήκες ελέγχου Μέθοδος Α Μέθοδος Β Αριθμός δοκιμίων Διάμετρος δοκιμίου Διάμετρος επάνω μεταλλικής πλάκας Πάχος δοκιμίου Τουλάχιστον 5 (148±5)mm, (100±0,5)mm (60±2,0)mm Θερμοκρασία ελέγχου (40±1,0) ºC Προφόρτιση (10±1,0) kpa Τουλάχιστον 2 50mm για D=16mm 75mm για D>16mm Μεγαλύτερη του δοκιμίου 50mm για D=16mm 75mm για D>16mm 30 ºC έως 50 ºC±1 ºC(50 ºC για επιφανειακές στρώσεις, 40 ºC για ασφαλτικές βάσεις και συνδετικές στρώσεις) 0.02(2σ v +σ c ) για ημιπαρημιτονοειδή (haversive) παλμό ή 0.02(σ B +σ c ) για τετραγωνικό παλμό Περίοδος προφορτισης 600 sec 120 sec Μέγιστη αξονική τάση Σχήμα επιβαλλόμενου φορτίου (100±2) kpa Τετραγωνικό ς παλμός 300kPa για επιφανειακές στρώσεις, 200 kpa για ασφαλτικές βάσεις και συνδετικές στρώσεις Ημιπαρημιτονοειδής ή τετραγωνικός παλμός Αναρροφητική πίεση 0 50kPa to 200 kpa (για επιφανειακές στρώσεις,, 50 kpa για ασφαλτικές βάσεις και συνδετικές στρώσεις) Συχνότητα φόρτισηςπερίοδος αποφόρτισης (1±0,005)s &(1±0,005)s 3Hz ημιπαρημιτονοειδή παλμό ή 1s&1s για τετραγωνικό παλμό Αριθμός φορτίσεων 3600 Τουλάχιστον Έλεγχοι τροχοαυλάκωσης Οι έλεγχοι τροχοαυλάκωσης αναπτύχθηκαν με σκοπό την αξιολόγηση των ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση κάτω από συνθήκες περισσότερο κοντά στις συνθήκες που αναπτύσσονται στο πεδίο. Διάφορες συσκευές έχουν αναπτυχθεί ανά την υφήλιο και χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση του ελέγχου. Οι κυριότερες από αυτές είναι: Η συσκευή τροχοαυλάκωσης του Αμβούργου (Hamburg wheel tracking device) Η συσκευή τροχοαυλάκωσης που αναπτύχθηκε στη Georgia των ΗΠΑ (Georgia Loaded Wheel Tester). Η συσκευή Asphalt Pavement Analyzer (APA) που σήμερα χρησιμοποιείται ευρέως στις ΗΠΑ. Η Γαλλική συσκευή τροχοαυλάκωσης (French Rutting Tester).

128 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 99 Η Βρετανική συσκευή τροχοαυλάκωσης μικρού μεγέθους. Οι συσκευές τροχοαυλάκωσης που προβλέπονται από τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές. Όλες οι παραπάνω συσκευές στηρίζονται στην ίδια αρχή. Τη διέλευση ενός τροχού που εφαρμόζει συγκεκριμένου βάρους φορτίο σε ασφαλτικό μίγμα, περιορισμένο σε μήτρες συγκεκριμένων διαστάσεων. Η συσκευή τροχοαυλάκωσης του Αμβούργου αναπτύχθηκε και χρησιμοποιήθηκε εκτενώς στο Αμβούργο της Γερμανίας. Σκοπός δημιουργίας της συσκευής ήταν η εκτίμηση της συμπεριφοράς των ασφαλτικών μιγμάτων σε τροχοαυλάκωση αλλά και της ευαισθησίας τους στο νερό. Για το σκοπό αυτό, τα δοκίμια κατά το έλεγχο βρίσκονται εντός υδάτινου περιβάλλοντος σε σταθερή θερμοκρασία. Η συσκευή απεικονίζεται στη Φωτογραφία 2.3 και τυπικές συνθήκες ελέγχου της δίνονται στον Πίνακα Φωτογραφία 2.3 Συσκευή τροχοαυλάκωσης του Αμβούργου Η συσκευή τροχοαυλάκωσης που αναπτύχθηκε στη Georgia των ΗΠΑ (GLWT) και φαίνεται στη φωτογραφία 2.4 επήλθε από μετατροπή μιας συσκευής η οποία αρχικά κατασκευάσθηκε από τον C.R. Benedict της εταιρείας Benedict Slurry Seals Inc και χρησιμοποιούνταν για τον έλεγχο μιγμάτων Slurry Seal [98]. Ο κύριος σκοπός ανάπτυξης της συσκευής GLWT ήταν η εκτέλεση

129 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 100 δοκιμών τροχοαυλάκωσης και ευρύτερα ο έλεγχος ποιότητας των ασφαλτικών μιγμάτων που παράγονταν στο πεδίο [99]. Τυπικές συνθήκες ελέγχου της συσκευής δίνονται στον Πίνακα Η συσκευή Asphalt Pavement Analyzer προήλθε από μετατροπή της συσκευής GLWT και κατασκευάστηκε το 1986 από την Pavement Technology Inc. Σκοπός της κατασκευής της ήταν η εκτίμηση της συμπεριφοράς του ασφαλτομίγματος σε κόπωση και τροχοαυλάκωση, αλλά και της ευαισθησίας του παρουσία ύδατος. Το τελευταίο επιτυγχάνεται με τη δυνατότητα που παρέχει η συσκευή να ελέγχονται δείγματα βυθιζόμενα σε νερό σταθερής θερμοκρασίας η Φωτογραφία 2.5 απεικονίζει την APA. Τυπικές συνθήκες ελέγχου της συσκευής δίνονται στον Πίνακα Φωτογραφία 2.4 Συσκευή τροχοαυλάκωσης που αναπτύχθηκε στη Georgia των ΗΠΑ

130 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 101 Η Γαλλική συσκευή τροχοαυλάκωσης (French Rutting Tester) χρησιμοποιείται στη Γαλλία για πάνω από 20 έτη για την εκτίμηση της συμπεριφοράς ασφαλτικών μιγμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση, υπό μορφή τροχοαυλάκωσης.η συσκευή απεικονίζεται στη Φωτογραφία 2.6, ενώ τυπικές συνθήκες ελέγχου που χρησιμοποιούνται κατά τη χρήση της δίνονται στον Πίνακα Φωτογραφία 2.5. Asphalt Pavement Analyze

131 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 102 Φωτογραφία 2.6 Γαλλική συσκευή τροχοαυλάκωσης Πίνακας 2.30 Τυπικές συνθήκες ελέγχου για συσκευές τροχοαυλάκωσης Συσκευή Αμβούργου Georgia APA Γαλλική Θερμοκρασία ελέγχου C έως Περιβάλλον ελέγχου Νερό Αέρας Αέρας ή Νερό Αέρας Μέγεθος δοκιμίου, Μήκος, Πλάτος, Ύψος, mm 320x260x80 300x125x75 300x125x75 500x180x100 Από αλουμίνιο Από αλουμίνιο συνδεδεμένος συνδεδεμένος με Λαστιχοφόρος Τύπος τροχού Μεταλλικός με σωλήνα σωλήνα επιβολής με αέρα επιβολής πίεσης πίεσης (500 kpa) (700 kpa) (700 kpa) Μέγεθος τροχού 203,5 mm/ Διάμετρος Διάμετρος 400 mm/ Διάμετρος/Πάχος 47 mm σωλήνα 29 mm σωλήνα 29 mm 90 mm Φορτίο επιβολής, Ν Έως 697 Έως 700 Έως 1200 Έως 5000 Μέγιστος αριθμός κυκλικών φορτίσεων κατά τον έλεγχο (κυκλική φόρτιση = 2 διελεύσεις τροχού)

132 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 103 Η Βρετανική συσκευή τροχοαυλάκωσης περιγράφεται από την προδιαγραφή BS [100]. Πρόκειται για μια μικρού μεγέθους συσκευή με λαστιχοφόρο τροχό με εξωτερική διάμετρο 200 έως 205 mm και πάχος 50±1 mm. Απαιτούνται έξι δοκίμια τα οποία διατηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου από 4 έως 16 ώρες. Κατά τον έλεγχο επιβάλλεται φορτίο 520 kn και η συχνότητα διέλευσης του τροχού είναι 21,0 ±2 κύκλοι/ λεπτό. (1 κύκλος=2 διελεύσεις τροχού). Το τελικό αποτέλεσμα του ελέγχου εκφράζεται σε βάθος τροχοαυλάκωσης εκφραζόμενο σε χιλιοστά (mm) και ρυθμό τροχοαυλάκωσης εκφραζόμενο σε χιλιοστά/ ώρα (mm/h). Οι Ευρωπαϊκές προδιαγραφές [23] ορίζουν ουσιαστικά πέντε μεθόδους εκτίμησης της συμπεριφοράς των ασφαλτομιγμάτων σε τροχοαυλάκωση και απαιτούν τριών ειδών συσκευές. Χρησιμοποιούνται λοιπόν, μέθοδοι εκτίμησης της τροχοαυλάκωσης με: Πολύ μεγάλου μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα Μεγάλου μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα Μικρού μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα, Διαδικασία Α (Βλέπε Φωτογραφία 2.6) Μικρού μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα, Διαδικασία Β(Βλέπε Φωτογραφία 2.6) Μικρού μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου το νερό, Διαδικασία Β Κατά τον έλεγχο με πολύ μεγάλου μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα, δύο δοκίμια συντηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου για 16±2 ώρες. Κατά τον έλεγχο ένας λαστιχοφόρος τροχός με φορτίο 10 kn διέρχεται των δοκιμίων με συχνότητα 24 κύκλους ανά λεπτό (cycles/min) ;όπου ένας κύκλος ισούται με δύο διελεύσεις. Η παραμόρφωση του μίγματος μετράται κατά τη διεύθυνση τριών εγκάρσιων διευθύνσεων αρχικά και σε διάφορες ενδιάμεσες θέσεις έως και τους κύκλους. Ο έλεγχος τελειώνει όταν ο απαιτούμενος αριθμός κύκλων φόρτισης επιτευχθεί ή το βάθος τροχοαυλάκωσης των 20 mm προσεγγιστεί. Το μέσο βάθος τροχοαυλάκωσης και το ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης δίνονται σαν αποτελέσματα της δοκιμής. (ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης= τελικό βάθος τροχοαυλάκωσης/ πάχος δοκιμίου)

133 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 104 Φωτογραφία 2.7 Μικρού μεγέθους συσκευή τροχοαυλάκωσης Κατά τον έλεγχο με μεγάλου μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα, απαιτούνται δύο δοκίμια τα οποία προφορτίζονται για 1000 κύκλους φόρτισης στα 600 kpa και σε θερμοκρασία 20±5 C. Μετά το πέρας του διαστήματος αυτού, τα δοκίμια διατηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου για 14±2 ώρες, πριν την έναρξη του ελέγχου. Κατά τον έλεγχο, η παραμόρφωση μετράται σε διάφορες στιγμές περιλαμβανομένων των 1000,3000 και κύκλων σε 15 σημεία. Η ποσοστιαία παραμόρφωση είναι το τελικό αποτέλεσμα του ελέγχου εκφραζόμενη με το λόγο της μέσης παραμόρφωσης των 15 σημείων (μετά το πέρας των κύκλων φόρτισης) προς το πάχος του δοκιμίου. Όταν ο έλεγχος γίνεται με μικρού μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα και ακολουθείται η διαδικασία Α, απαιτούνται έξι δοκίμια, τα οποία συντηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου από 4 έως 24 ώρες. Ο έλεγχος απαιτεί 1000 κύκλους φόρτισης υπό τροχό πάχους 50 mm, ο οποίος επιβάλλει φορτίο 700 Ν. Οι πρώτοι πέντε κύκλοι χρησιμοποιούνται σαν προφόρτιση. Σαν αποτελέσματα του ελέγχου δίνονται ο ρυθμός τροχοαυλάκωσης και το ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης. Ο ρυθμός τροχοαυλάκωσης υπολογίζεται από το μέσο όρο των ρυθμών τροχοαυλάκωσης των έξι δοκιμίων. Για καθένα από αυτά υπολογίζεται στο τελευταίο 1/3 της διάρκειας του ελέγχου και εκφράζεται σε μm/ κύκλο φόρτισης (μm/cycle). Το

134 Κεφάλαιο 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 105 ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης είναι ο μέσος όρος των ποσοστιαίων βαθών τροχοαυλάκωσης των έξι δοκιμίων και για καθένα από αυτά εκφράζεται σαν το ποσοστό του βάθους τροχοαυλάκωσης σε σχέση με το πάχος του δοκιμίου. Όσον αφορά την περίπτωση στην οποία ο έλεγχος γίνεται με μικρού μεγέθους συσκευές με περιβάλλον ελέγχου τον αέρα και ακολουθείται η διαδικασία Β, απαιτούνται δύο δοκίμια τα οποία συντηρούνται στη θερμοκρασία ελέγχου για όχι λιγότερο από 1 ώρα πριν την έναρξη του ελέγχου. Ο έλεγχος απαιτεί κύκλους φόρτισης υπό τροχό πάχους 50 mm, ο οποίος επιβάλλει φορτίο 700 Ν. Οι πρώτοι πέντε κύκλοι χρησιμοποιούνται σαν προφόρτιση. Η παραμόρφωση μετράται 6 ή 7 φορές την πρώτη ώρα και κάθε 500 κύκλους μετά το πέρας αυτής. Σαν αποτελέσματα του ελέγχου δίνονται ο ρυθμός τροχοαυλάκωσης και το ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης. Ο ρυθμός τροχοαυλάκωσης υπολογίζεται από το μέσο όρο των ρυθμών τροχοαυλάκωσης των δύο δοκιμίων και εκφράζεται σε χιλιοστά ανα 1000 κύκλους φόρτισης (mm/10 3 cycles). Το ποσοστιαίο βάθος τροχοαυλάκωσης είναι ο μέσος όρος των ποσοστιαίων βαθών τροχοαυλάκωσης των δύο δοκιμίων και για καθένα από αυτά εκφράζεται σαν το ποσοστό του βάθους τροχοαυλάκωσης σε σχέση με το πάχος του δοκιμίου Γενικές παρατηρήσεις σχετικά με όσα αναφέρθηκαν για την παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτομίγματος Από όλα τα παραπάνω φαίνεται ότι η παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, οι οποίοι έχουν σχέση με τα συστατικά στοιχεία του ασφαλτικού μίγματος. Επίσης, πολλαπλές είναι οι συσκευές που εκτιμούν την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων. Οι Ευρωπαϊκές προδιαγραφές προτείνουν νέες διαδικασίες για την εκτέλεση των δοκιμών. Ένα ζήτημα που απασχολεί ήδη και σίγουρα θα απασχολήσει στο μέλλον τους ερευνητές είναι αν τα αποτελέσματα των καινούριων διαδικασιών θα είναι συμβατά με αυτά των παλαιότερων.

135 Κεφάλαιο 3 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 106 Κεφάλαιο 3 ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Σύμφωνα με τη διερεύνηση που διενεργήθηκε κατά τη βιβλιογραφική ανασκόπηση και τις παρατηρήσεις που έγιναν για το μέτρο δυσκαμψίας και την παραμένουσα παραμόρφωση των ασφαλτικών μιγμάτων, οι στόχοι της διατριβής είναι: 1) Η διερεύνηση των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των ασφαλτικών σκυροδεμάτων που επηρεάζουν το μέτρο δυσκαμψίας αυτών, μεταβάλλοντας τον τύπο της ασφάλτου και το είδος των αδρανών υλικών, κυρίως σε ασφαλτομίγματα που παράγονται στο εργαστήριο, αλλά και σε μόνιμη εγκατάσταση. 2) Η ανάπτυξη μοντέλων-εξισώσεων προσδιορισμού του μέτρου δυσκαμψίας από θεμελιώδεις χαρακτηριστικές ιδιότητες των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. 3) Η διερεύνηση της συμπεριφοράς των ασφαλτικών σκυροδεμάτων σε παραμένουσα παραμόρφωση συναρτήσει του τύπου της ασφάλτου, ποσοστού ασφάλτου και βαθμού συμπύκνωσης σε διακριτές θερμοκρασίες ελέγχου. 4) Η αξιολόγηση των εν ισχύ προδιαγραφών για παραμένουσα παραμόρφωση ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Για όλα τα παραπάνω θα χρησιμοποιηθούν δοκιμές πρόσφατων διεθνών προδιαγραφών, κυρίως Ευρωπαϊκών και εν ισχύ Βρετανικών προδιαγραφών.

136 Κεφάλαιο 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ-ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ 107 Κεφάλαιο 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ- ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ 4.1 Γενικά Στην παρούσα διατριβή διενεργήθηκαν έλεγχοι μέτρησης του μέτρου δυσκαμψίας και της παραμένουσας παραμόρφωσης των ασφαλτικών μιγμάτων. Στον έλεγχο του μέτρου δυσκαμψίας υπεβλήθησαν τρία ασφαλτικά μίγματα: το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 20mm (ΑΣ 20), το Ασφαλτικό Σκυρόδεμα με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 12.5mm (ΑΣ 12,5) και το Ασφαλτικό σκυρόδεμα για λεπτή Επιφανειακή στρώση (ΑΛΕΣ 10) με μέγιστο ονομαστικό κόκκο 10 mm.στους ελέγχους παραμένουσας παραμόρφωσης, οι οποίοι περιλάμβαναν ελέγχους ερπυσμού και τροχοαυλάκωσης, χρησιμοποιήθηκε μόνο το ασφαλτικό σκυρόδεμα τύπου ΑΣ 20. Για τη δοκιμή του μέτρου δυσκαμψίας και για τα τρία παραπάνω ασφαλτικά μίγματα χρησιμοποιήθηκαν δύο βασικοί τύποι αδρανών υλικών: ασβεστολιθικά αδρανή και μη ασβεστολιθικά αδρανή. Τα μη ασβεστολιθικά αδρανή προέρχονται από πέτρωμα Διαβάση. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δύο βασικοί τύποι ασφάλτων, μία κοινή άσφαλτος 50/70 και μία τροποποιημένη άσφαλτος 25-55/70. Επίσης, για τη δοκιμή του μέτρου δυσκαμψίας η παραγωγή του μεγαλύτερου μέρους των ασφαλτικών μιγμάτων έγινε στο εργαστήριο του ΑΠΘ ενώ για ορισμένα από τα μίγματα ελήφθησαν και ποσότητες έτοιμου μίγματος από μόνιμη εγκατάσταση. Σημειώνεται ότι τα μίγματα λαμβάνονταν κατά τη στιγμή της έλευσης του ασφαλτομίγματος στο εκάστοτε έργο, δηλαδή μετά την παραγωγή και μεταφορά τους εκεί. Η συμπύκνωση των μιγμάτων έγινε στο εργαστήριο σε κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 100mm και ύψους mm.

137 Κεφάλαιο 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ-ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ 108 Όπως προαναφέρθηκε για την διερεύνηση της παραμένουσας παραμόρφωσης χρησιμοποιήθηκαν ένα ασφαλτικό μίγμα και δύο τύποι δοκιμών, ερπυσμού και τροχοαυλάκωσης. Για τις δοκιμές ερπυσμού ακολουθήθηκαν οι διαδικασίες που περιγράφονται σε τρεις ξεχωριστές προδιαγραφές (BS DD 226, BS DD 226 υπο πίεση και ΕΝ ). Επιλέχθηκε επίσης να χρησιμοποιηθούν δύο τύποι ασφάλτου, 50/70 και 25-55/70, και να παραχθούν ασφαλτομίγματα σε δύο ποσοστά ασφάλτου, για κάθε τύπο ασφάλτου. Η θερμοκρασία &eps