Gebruik materialen en technieken

Aardebaan
De aardebaan is de basis waarop de rest van de wegconstructie wordt gebouwd. Het heeft in de eerste plaats een constructieve functie door een zodanige spreiding van de verkeerslasten, dat onder alle (klimatologische) omstandigheden het draagvermogen van de ondergrond toereikend is. Het daarvoor te gebruiken materiaal zal in de regel ongebonden en grofkorrelig zijn. Gezien deze gestelde functionele eis komen daarvoor meer materialen dan alleen zand in aanmerking (zie hiervoor CROW publicatie 81 ‘Gefundeerd op weg’).

In de regel zullen delen van het weglichaam moeten worden opgehoogd of ingegraven. De aardebaan omvat dus ook de daartoe noodzakelijke ophogingen ten opzichte van de natuurlijke ondergrond en is daarmee tevens een (verkeerstechnisch) ontwerpelement. De aardebaan wordt afgedekt met de fundering en verharding en met bekledingsgrond ter plaatse van de onverharde bermen om ondermeer erosie en inwateren te voorkomen.

Aardebanen kennen in principe twee constructietypen: het ‘vast gefundeerde’ en het ‘flexibel gefundeerde’ systeem. Beide typen zijn erop gericht de gevolgen van zettingen te voorkomen. Zettingen zijn vervorming van de ondergrond door de belasting van de aangebrachte wegconstructie en het verkeer. Bij het vast gefundeerde systeem wordt in het uiterste geval de constructie gefundeerd op palen zodat zetting van de constructie zeer gering is. Flexibel gefundeerde aardebanen worden aangelegd op of gedeeltelijk in de slappe lagen zonder dat het gewicht van de aardebaan door middel van stijve elementen op de diepere ondergrond wordt overgedragen. Bij dit type aardebaan is er steeds sprake van zetting. Er zijn verschillende technieken om deze restzetting te beperken, zoals het aanbrengen van een tijdelijke (extra) voorbelasting, toepassing van lichtgewicht materialen, zoals bijvoorbeeld schuimbeton of EPS-schuim, of diepe stabilisatie van de ondergrond. Met de twee constructietypen zijn vele variaties en combinaties mogelijk, afhankelijk van de gesteldheid van de natuurlijke ondergrond, de beschikbare hoeveelheden en soorten aanvul- en ophoogmaterialen en de gegeven tijdsperiode waarin de zettingen zich mogen voordoen. Door vooraf de grootte van de te verwachten zettingen te bepalen, kunnen reeds in de ontwerpfase uitvoeringstechnische maatregelen worden genomen.

Het grondverzet voor de aardebaan is veelal het meest omvangrijke en tijdrovende deel van de aanleg van een weg. Het is nodig vooraf een goede studie te maken van het ontwerp en het in te zetten materieel op basis van kosten en van de constructieve geschiktheid van de voorhanden zijnde grondsoorten. Wordt het tracé van een toekomstige weg geprojecteerd als lengteprofiel van de aslijn, dan blijkt waar ophogingen en ingravingen nodig zijn.
Vaak wordt er naar een gesloten grondbalans gestreefd. De bruikbaarheid van het vrijkomende materiaal als constructiemateriaal speelt hierbij een grote rol. Een volledig gesloten grondbalans is slechts mogelijk, als de ondergrond bestaat uit draagkrachtig en vorstongevoelig materiaal dat geschikt is voor de aardebaan. In een kleiof veengebied, zoals in West- en Noord-Nederland, moet het materiaal voor de aardebaan altijd van elders worden aangevoerd. In deze situatie wordt echter wel gestreefd naar een evenwicht in het overige grondverzet. De bij de ontgraving van het cunet vrijkomende voedselrijke bovenlaag is geschikt voor het inrichten van beplantingsvakken; de minder rijke ondergrond voor bijvoorbeeld de afwerking van grasbermen.

De weg moet een zodanige hoogteligging hebben dat de afvoer van het oppervlaktewater en de ontwatering voor de ontwerpsituatie zijn gewaarborgd. Het water op het wegdek wordt in een gebied met hoge grondwaterstand via de bermen afgevoerd naar de wegsloten. In een gebied met lage grondwaterstand zijn hiervoor (zak)greppels nodig. In beginsel vraagt deze afwatering geen andere voorzieningen dan het gebruikelijke afschot van wegdek, namelijk een dwarshelling van 2%, 2,5% en een dwarshelling van 5% in de berm. Met andere woorden: bij voldoende draagkrachtige ondergrond kan de weg nagenoeg op maaiveldhoogte worden aangelegd mits vorstindringing geen aanvullende eisen stelt. De hoogteligging van de weg moet zo zijn dat bij vorstindringing geen gevaar voor opvriezen en opdooi aanwezig is. Het materiaal tussen het wegoppervlak en het capillaire gebied behoort vorstongevoelig te zijn.

Omdat de vorstindringing een jaarlijks variërende grootte heeft, kan aan de hand van waarnemingen een maatgevende vorstindringingsdiepte worden vastgelegd. Afhankelijk van de betekenis van de weg en de beschikbare gelden kan bij deze keuze een zeker risico worden ingecalculeerd dat vergelijkbaar is met de keuze van de kruinhoogte van een dijk. Een indicatie voor de vorstvrije diepte is 0,6 m boven de capillaire zone (freatisch vlak). In praktijk betekent dit dat vanwege de capillaire opstijging in zand, die ongeveer 0,3 m groot is, meestal een afstand van 0,9 m tot 1,1 m tot de vrije grondwaterspiegel moet worden aangehouden.

Water in de aardebaan kan het draagvermogen doen afnemen. Eventuele wateroverlast kan worden veroorzaakt door stijging van de grondwaterstand, infiltratie van bermwater of onvoldoende doorlatendheid van de ondergrond. Regulatie van de grondwaterstand is een eerste vereiste voor handhaving van het draagvermogen. De infiltratie van bermwater kan worden verminderd door toepassing van een bermafdekking met geringe doorlatendheid en/of door het toepassen van goten en riolering langs het wegdek.

Bij onvoldoende doorlatendheid van de ondergrond zal een horizontaal drainagesysteem moeten worden aangebracht. Dat beoogt een kunstmatige interne vochtregulering, gekoppeld aan de hoogte van de grondwaterstand. Voor drainage worden meestal van kunststof vervaardigde buizen gebruikt. De plaats, de diameter en de onderlinge afstand van dergelijke drains zijn afhankelijk van het type van de aan te leggen weg, van de grondslag en van de langshelling van de cunetbodem.

Fundering
In veel gevallen worden in een wegconstructie funderingen toegepast. In principe komen drie soorten materialen in aanmerking:

• ongebonden steen of steenachtig materiaal: onder andere lavasteen, kalksteen, fosforslak, metselwerkgranulaat;
• licht gebonden steen of steenachtig materiaal: onder andere menggranulaat, betongranulaat, slakken;
• gebonden materiaal: onder andere asfaltgranulaatcement, zandcement.

Afhankelijk van de gewenste functionele toepassing, zoals werkweg, constructieve laag en drainage en omgevingsfactoren, zoals zettingsverschillen, zal hieruit een keuze moeten worden gemaakt.

Een wegfundering heeft de volgende functies:

• Constructieve laag. Hierin worden de door de verkeersbelasting optredende horizontale vervorming onder in de wegconstructie en de verticale spanningen boven in het zandbed en/of de ondergrond verlaagd en vindt tevens reductie van de benodigde dikte van de bovenliggende verhardingslaag plaats.
• Tijdelijke werkweg tijdens de uitvoering.
• Werkvloer tijdens het aanbrengen van de eerste lagen asfalt, praktisch voor het verkrijgen van een goede verdichting.

IIn specifieke gevallen verbetering van de drainage van het weglichaam.

Met name (licht) gebonden materialen hebben een aanzienlijke constructieve bijdrage, waardoor de dikte van de benodigde verhardingslagen kan worden beperkt.
Aangezien funderingsmateriaal goedkoper is dan verhardingsmateriaal, zal uit economische overwegingen vaak worden overgegaan tot het toepassen van een dikkere funderingslaag. Funderingslagen dikker dan 0,30 m dragen overigens weinig extra bij aan de reductie van de benodigde verhardingsdikte.

Een groot aantal secundaire materialen kan in de funderingslaag, al dan niet in gebonden vorm, worden toegepast. Bij het toepassen van secundaire materialen in de funderingslaag zal altijd voldaan moeten worden aan de eisen zoals gesteld in het Bouwstoffenbesluit.

Verharding
De verharding voor een weg is meestal een uit verschillende lagen bestaande constructie die de verkeersbelasting overbrengt op de ondergrond en een vlak oppervlak moet vormen waarover het verkeer zich veilig en comfortabel kan voortbewegen.

Het ontwerp van een wegverharding, dat wil zeggen de keuze van de toe te passen constructiematerialen en het bepalen van de dikte van de verschillende lagen, geschiedt in principe op dezelfde wijze als het ontwerp van elke andere constructie. Gestreefd moet worden naar minimalisatie van de totale kosten in de levenscyclus van aanleg, onderhoud, gebruik en sloop.

Voor de verharding komen drie soorten materiaal in aanmerking:

• Asfaltbeton. Dit is voor alle wegen toepasbaar. Door het semi-flexibele gedrag kan de verharding optredende zettingen goed volgen. Kabels en leidingen onder een dergelijke verharding zijn echter slecht bereikbaar. Voor de deklaag van autosnelwegen komen in principe drie mengsels in aanmerking. Dit zijn zeer open asfaltbeton, steenmastiek asfaltbeton en dicht asfaltbeton. De rijksoverheid voert een beleid om alle autosnelwegen in Nederland te voorzien van zeer open asfaltbeton (zoab).
• Ongewapend en doorgaand gewapend cementbeton. In gebieden waar sprake is van grote (ongelijkmatige) zettingen komt cementbeton minder in aanmerking. Het materiaal is zodanig stijf dat zettingen alleen door scheuren van het materiaal kunnen worden gevolgd. Zonder deze ongelijkmatige zettingen is het materiaal zeer duurzaam. Voor kabels en leidingen geldt dezelfde problematiek als voor asfaltverhardingen. Voor de deklaag kunnen cementbetonverhardingen voorzien worden van een overlaging van zeer open asfaltbeton of een epoxy oppervlakbehandeling. Beide hebben een geluidreducerende werking. Er wordt gepoogd een zeer open cementbetonverharding te ontwikkelen die min of meer dezelfde eigenschappen heeft als zeer open asfaltbeton.
• Elementen. Elementenverhardingen zijn goed toe te passen voor wegen met lagere verkeersintensiteiten. Bij toepassing van funderingslagen kunnen elementenverhardingen hoge aslasten dragen.
  Elementenverhardingen kunnen goed ongelijkmatige zettingen volgen. Kabels en leidingen onder elementenverhardingen zijn goed bereikbaar. Tegenwoordig worden veelal betonstraatstenen als elementenverharding gebruikt.

De ontwerper zal er rekening mee moeten houden dat de keuze voor één van deze materialen kostenconsequenties heeft zowel in de aanlegfase als in de beheer- en onderhoudsfase. Hiernaast zal bij sloop een goede verwerking van het vrijkomende materiaal moeten worden gevonden.

Zowel in asfalt- als in cementbeton kan tot op zekere hoogte een grote variëteit aan toeslagmaterialen, waaronder secundaire materialen, worden gebruikt. De materialen lenen zich ook voor immobilisatie van afvalstoffen (secundaire bouwstoffen) in het kader van Duurzaam Bouwen.

Voor het bepalen van de dikte van de verhardingslaag bestaat een veelheid aan dimensioneringsmethoden.

Wegverbredingen
Bij verbreding van wegen luistert het verhardingstechnisch ontwerp bijzonder nauw. Voorkomen moet worden dat het (rest-)zettingsgedrag van de wegverbreding afwijkt van het zettingsgedrag van de al bestaande weg. Is dit namelijk wel het geval, dan zullen onherroepelijk langsscheuren optreden en kunnen de hoogteverschillen tot gevaarlijke situaties leiden met negatieve invloeden op het voertuiggedrag.

Het is dus van groot belang vooraf voldoende geotechnisch onderzoek uit te voeren naar het te verwachten gedrag van de ondergrond, en het ontwerp en de uitvoeringsmethode op de resultaten daarvan aan te passen. Het zettings- en stijfheidsgedrag van de wegverbreding zal zoveel mogelijk gelijk moeten zijn aan dat van de bestaande verharding.

Naast de eventuele (rest)zettingen vraagt ook de situering van de naden van de wegverbreding tegen de bestaande verharding in het dwarsprofiel van de weg grote nauwgezetheid. Voorkomen moet worden dat deze zich in de (toekomstige) rijsporen of onder markeringen bevinden.

Voor wegverbredingen zijn de laatste tijd verschillende moderne technieken toegepast, waaronder het gebruik van geotextielen en lichtgewicht ophogingen, als EPS-schuim en schuimbeton.