Doorgaan naar hoofdcontent

Temperature fluctuations and concrete pavements

Temperature fluctuations and concrete pavements
Pavements are used everywhere, and are of a major importance in the infrastructure. However, conditions for which these pavements are designed for and built in are rapidly changing due to climate change. The trends observed in the Netherlands suggest a maximum temperature increase of 3 degrees Celsius and an increase of the average difference between day and night temperatures of 0,6 degrees Celsius in the coming 60 years. Rigid (concrete) pavements will be influenced by this change, since temperature gradients, caused by temperature variations, exert a normal force. This normal force can manifest itself through tensile stresses in the pavement construction, due to the pavements shrinking while cooling down and expanding while warming up. These temperature related tensile stresses combined with the tensile stresses exerted by the traffic on the pavement are dealt with in different ways depending on the type of rigid pavement that is used. Jointed concrete pavements give room for pavements to marginally expand and shrink in the joints between the different plates, while reinforced concrete pavements use reinforcement to counteract the tensile stresses. For highways a continuous pavement is often used for highways, since it eliminates joints which improves riding comfort and it almost does not require any maintenance, avoiding construction works over almost the entirety of its designed lifetime. These longer stretches of pavement however do need reinforcement to restrain the tensile stresses, which yields the name Continuously Reinforced Concrete Pavement. During construction, the development of the tensile stresses and tensile strength of the pavement is crucial in forming the cracking pattern that arises when the tensile stresses exceed the tensile strength of the pavement. Lower temperatures can result in a slower development of the tensile strength, resulting in more cracks since the tensile stresses will more often exceed the tensile strength, while higher temperatures could result in the opposite effect. The higher the tensile strength and stiffness of the concrete is when cracking, the bigger the crack width will be. Controlling this crack width is of high importance, because otherwise the pavement could become vulnerable to for example chemicals penetrating into the pavement construction. Several methods are used to design continuously reinforced concrete pavements. FLOOR 3.0 is an example of a design method that is mostly focused on concrete floors inside buildings, while VENCON 2.0 is an example for the construction of highways. In these methods, all the variables used to calculate the pavement thickness can be categorized in five different categories: - Traffic loads - Traffic stresses - Temperature stresses - Materials properties - Foundation The traffic loads and foundation are used to calculate the expected axle load repetitions that a pavement needs to be designed for. The traffic stresses, temperature stresses, materials used and foundation are used to calculate the allowed axle load repetitions. These are then combined to make sure the pavement meets the requirements. Temperatures are accounted for in the design using temperature gradients, from the top of the pavement to the bottom and cause a tensile stress. Several temperature gradients, which all occur at different frequencies, are used to represent reality. In other words, small gradients occur more often than large gradients, and both are considered in the design. The relationship between temperature gradients, caused by daily temperature fluctuations, and pavement thickness is analyzed using a developed model based on VENCON 2.0, which is deemed to be most applicable in this thesis. Both an increase in temperature gradient as an adjustment for the frequency distribution, making bigger gradients occur more often and smaller gradients less, cause the pavement thickness to increase. A direct relationship is not found between daily temperature fluctuations and temperature gradients, but if the established trend of the temperature fluctuations occurs for the used standard temperature gradient as well, the pavement thickness will increase by 1-2 millimeter. However, if the standard temperature gradient, used in the model, is not representative, then the increase of thickness could be bigger. Additionally, extreme combinations of traffic and temperature stresses could increase the minimum thickness of pavement constructions as well, since extreme conditions are bound by a boundary condition. This condition requires the pavement thickness to be increased if the ratio between the maximum stresses and bending tensile strength gets too large. This minimum thickness primarily occurs for pavements with less than 1*107 axle load repetitions.

Kunstwerk over de Sluiskiltunnel
North Sea Port heeft samen met een groot aantal stakeholders in de regio het project Rail Ghent-Terneuzen in gang gezet. Een onderdeel binnen het project is de Zuidoostboog nabij de Sluiskilbrug. De nieuw aan te leggen spoorboog kruist het tracé van de Sluiskiltunnel, uit vooronderzoek blijkt dat de tunnelconstructie niet in staat is de belasting van een extra spoor en baanlichaam af te dragen, daarom wil men een kunstwerk over de Sluiskiltunnel realiseren. In dit afstudeeronderzoek is gekeken naar de uitwerking van de meest geschikte variant voor de bovenbouw van dit spoorkunstwerk. Dit is gedaan in opdracht van North Sea Port en bij advies- en ingenieursbureau Sweco. Het doel van het onderzoek is het selecteren van het meest geschikte ontwerp voor het kunstwerk over de Sluiskiltunnel. Dit wordt gedaan aan de hand van de volgende hoofdvraag: 'Wat is het meest geschikte ontwerp voor de bovenbouw van het kunstwerk over de Sluiskiltunnel in het infra-element de Zuidoostboog wat het kruisen van het spoortracé en de Sluiskiltunnel constructief mogelijk maakt?' Er is een voorstudie gedaan waarin de randvoorwaarden, beperkingen en het programma van eisen zijn vastgesteld. Tot slot zijn er twee potentiële varianten geselecteerd voor verdere uitwerking. Dit is gedaan op basis van literatuuronderzoek en in overleg met experts. De geselecteerde varianten voor het kunstwerk zijn een trogbrug en staal-betonbrug. Om de hoofdvraag te kunnen beantwoorden zijn de twee varianten verder uitgewerkt. Allereerst is er een globaal ontwerp samengesteld aan de hand van de eisen en voorschriften. Dit ontwerp is op globaal niveau constructief uitgewerkt en getoetst volgens de Eurocode. Vervolgens is in een variantenstudie aan de hand van een multicriteria-analyse de meest geschikte variant geselecteerd. Dit is gedaan op basis van bouwkosten, duurzaamheid en de uitvoerbaarheid. Uit de variantenstudie blijkt dat de kosten voor de staalbetonbrug het hoogst zijn. Daarentegen is de milieu-impact van de trogbrug hoger dan bij staal-beton. Tot slot is de uitvoerbaarheid vastgesteld, daaruit volgt dat de uitvoeringstijd en kwaliteit bij de prefab staalbetonbrug gunstiger is dan bij de in het werk gestorte trogbrug. Uit de multicriteria-analyse volgt op basis van afweging van de criteria dat de staal-betonbrug de hoogste score behaald, waarmee tevens de hoofdvraag wordt beantwoord. Deze definitieve variant is vervolgens uitgewerkt op een constructieve tekening. In dit onderzoek is enkel het scenario beschouwd waarin de Sluiskiltunnel niet belast kan worden, een globale berekening heeft indicatief aangegeven dat dit niet mogelijk is. Aanbevolen wordt dan ook om de mogelijkheid tot het belasten van de tunnel uitgebreid en volledig te onderzoeken. Verder wordt aanbevolen naast de drie beschouwde criteria ook andere relevante criteria zoals veiligheid en onderhoud mee te nemen.

Modelling soil cutting processes in a modular structured program (Dynamic soil cutting)
Currently, the cutting forces themselves are only roughly estimated by a Specific Cutting Energy assumption. Throughout literature, many assumptions are made about different parameters, the condition in which the cutting process is taking place, and in specific cases, some parameters are not even considered in the calculation process. This is usually done to simplify and provide results that can be verified through experiments or previous literature. One example of this would be, (S. Miedema, 2015) which provides extensive research and equations to calculate the cutting forces and the cutting energy. However, he calculate these forces based on the forces equilibrium principle, when in reality, the entire cutting process is constantly dynamic (This is explained in detail in the Theoretical Framework chapter). As a result, Damen is looking for a more elaborate module that will calculate the expected cutting forces along the trajectory depending on the circumstances at each momentary position of the teeth there. Thus, in this project, the cutting forces of saturated sand is studied to gain the insight and knowledge required to create a MATLAB module that in principle should provide an outcome that takes into account the rotary trajectory of the cutting process. What is the relation between the movement of cutter head's teeth of the CSD through the sediment and effort it takes? From the main research question, sub-questions can be imposed to be able to obtain a good answer for the main question. These sub-questions are: 1. What function needs to be provided to be able to model the dynamic cutting of sand in MATLAB? 2. How will the parameters needed for the forces calculation be defined and obtained? 3. How will the results from the MATLAB module be verified? 4. What methods are going to be utilized to achieve the final objective? 5. How does the rotary trajectory differ from a straight trajectory?

Reisblog: Studenten van Terra gaan op onderzoek uit
Wat beweegt Nederlandse veehouders om te emigreren naar…? In april hebben de eerstejaars studenten van Terra 8 ondernemers bezocht die deze stap hebben genomen.

Bekijk hier het opleidingsprofiel Produceren, Installeren en Energie bij ROC Rivor!

Actueel onderwijsnieuws in jouw mailbox ontvangen?
Direct het hele artikel lezen? Meld je aan voor de nieuwsbrief.