Met honderdtwintig over piepschuim

Ir. Milan Duskov associeert piepschuim na bijna zeven jaar onderzoek met totaal andere toepassingen. De civieler promoveerde gisteren op de toepassing van expanded polystyrene (EPS) als onderlaag in de wegenbouw.

Duskov: ,,In de wegenbouwkundige wereld gebeurt weinig met nieuwe materialen. Maar wanneer er in de wegenbouw grote veranderingen optreden, wordt dit vaak veroorzaakt door toepassing van nieuwe materialen. Dit soort onderzoek heeft daardoor gewoon meer potentie dan onderzoek op het gebied van asfalt – daar zijn op de wereld al duizenden mensen mee bezig, tegen een handvol op mijn terrein.”

Dat terrein beslaat vooral het deel van de weg dat de voortkruipende forens liever niet ziet: de naakte onderlaag, het ongeasfalteerde weglichaam. Want een weg op slappe ondergrond leg je niet zomaar even neer. Het principe is eenvoudig: eerst graven en daarna de massa van de weggegraven grond vervangen door eenzelfde massa. Dat lijkt niet moeilijk, toch kan een wegenbouwer niet als een toerist op Zandvoort aan de slag. Doordat de toplagen van asfalt veel zwaarder zijn dan zand of klei, moet er ergens anders gewicht bespaard worden. En dat kan door de onderlaag van EPS te voorzien.

Polystyreen heeft namelijk een onwaarschijnlijk lage dichtheid, is ongevoelig voor weersinvloeden en heeft een lage elasticiteitsmodulus. EPS is al ruim vijfentwintig jaar geleden in Noorwegen ontwikkeld om wegen tegen de invloed van smeltwater te beschermen. En daardoor een bewezen technologie: ,,Ik heb een blok EPS dat vijfentwintig jaar onder een weg in Noorwegen in de grond heeft gezeten en daar is absoluut niets mee aan de hand”, vertelt Duskov.
Zandduinen

Tot op de dag van vandaag wordt in Nederland een nieuwe weg aangelegd door eerst een enorm zandlichaam als voorbelasting aan te brengen. In sommige gevallen zakken er meerdere meters zand weg, voordat de bodem zich heeft ingesteld op het gewicht van een nieuwe weg. De kilometers lange zandduinen die filerijders jarenlang langs de snelweg zien liggen zouden met EPS dus tot het verleden kunnen behoren.

Een EPS-laag is niets anders dan een met mensenhanden gestapelde laag piepschuimblokken. Hierbij moet de wegenbouwer oppassen voor groeven tussen de blokken en zorgen voor eengoede afsluiting aan de randen. Er bestaan namelijk voorbeelden van wegen waar dat niet gebeurt is – het asfalt ging scheuren op de naden en de weg gleed naar de zijkanten af.

,,Negatieve effecten van de voegen in de kunststoflaag kunnen voorkomen worden door een betonlaag op het EPS aan te leggen. In Nederland werd altijd met ongebonden, dus losse lagen bovenop het EPS gewerkt, maar met computermodellen is nu aangetoond dat bij een groot verkeersaanbod een betonlaag noodzakelijk is”, aldus Duskov.

Een belangrijk resultaat van zijn onderzoek is dat hij ontdekte dat ook goedkopere EPS-soorten prima als onderlaag voldoen. De wegenbouwkundig ingenieurs zijn altijd te voorzichtig geweest: ,,Je hebt EPS in verschillende dichtheden, met evenredig hoge prijzen. Tot op heden werd met behulp van engineering judgement de te gebruiken EPS-soort gekozen. In mijn onderzoek is aangetoond dat EPS-soorten met een lage dichtheid nauwelijks slechter presteren dan die met een hogere dichtheid. Wanneer een hele snelweg met een goedkoper EPS aangelegd wordt, praten we al snel over een besparing van enkele tonnen. Je moet het natuurlijk wel durven toe te passen. En met de nu verzamelde kennis is dat eigenlijk zonder risico mogelijk.”
Drijven

Bovenop de laag piepschuim moet er toch altijd nog een aantal lagen met voldoende gewicht komen. Dit om te voorkomen dat het EPS bij een hoge grondwaterstand wegdrijft. ,,Dat is in de praktijk nog nooit gebeurt”, haast Duskov te zeggen.

,,Het belangrijkste van mijn onderzoek is dat er nu een ontwerpcriterium voor EPS ontwikkeld is. Wanneer de elastische vervorming beperkt blijft tot 0,4 procent, zal er geen permanente vervorming door de verkeersbelastig optreden. Dat is een nieuwe vuistregel.”

Al vanaf het begin van het onderzoek was het de opzet om vooral met bruikbare resultaten te komen. Duskov: ,,De sponsors wilden dat. De rode draad tijdens het onderzoek, tijdens alle metingen en proeven, was altijd om met een praktisch toepasbaar resultaat te komen.” Een belangrijk hoofdstuk uit zijn proefschrift bestaat dan ook uit ontwerprichtlijnen en aanbevelingen. Zijn huidige adviserende functie bij ingenieursbureau Oranjewoud is hiervan een logisch vervolg: ,,Ik kan nu mijn meer theoretische kennis in de praktijk toepassen.”

Overigens is polystyreen niet alleen geschikt om snelwegen mee aan te leggen. Ook de eeuwig verzakkende woonerven in polderdorpen of uit de grond gestapte nieuwbouwwijken kunnen van een EPS-ondergrond voorzien worden. Duskov: ,,Dat soort straten hoeven dan niet meer om de zoveel jaar opgehoogd en herbestraat te worden, maar kunnen zeker twintig jaar blijven liggen.”

Na zijn langdurig onderzoek is de in Belgrado geboren civieler overtuigd van de positieve eigenschappen van EPS. Nu de rest van de wegenbouwers nog: ,,Het is heel erg belangrijk om de buitenwereld duidelijk te maken dat de manier waarop een weg nu wordt aangelegd, niet het optimum is. Wij hebben bewezen dat het met dezelfde randvoorwaarden mogelijk is om eensterke, minder zware en ook onderhoudsarmere weg te ontwerpen. De enige manier om op de slappe Hollandse bodem in een paar maanden een snelweg aan te leggen, is door gebruik te maken van EPS.”

In Nederland bestaat een groot deel van de bodem uit zompige klei en veengrond. Eigenlijk ongeschikt om wegen op te bouwen. Toch gebeurt dat wel. Gevolg: wegzakkende wegen, scheurend asfalt, langdurige wegwerkzaamheden en files. Het kan ook anders. Met polystyreen, oftewel piepschuim.

Iedereen die weleens een nieuwe radio, TV of videorecorder heeft gekocht, kent het materiaal. Polystyreen is als bescherming rond vrijwel ieder kwetsbaar product te vinden. En in korrelvorm een gegarandeerde knaller als surprisevulling. De witte bolletjes komen jaren later nog uit het tapijt tevoorschijn.

Ir. Milan Duskov associeert piepschuim na bijna zeven jaar onderzoek met totaal andere toepassingen. De civieler promoveerde gisteren op de toepassing van expanded polystyrene (EPS) als onderlaag in de wegenbouw.

Duskov: ,,In de wegenbouwkundige wereld gebeurt weinig met nieuwe materialen. Maar wanneer er in de wegenbouw grote veranderingen optreden, wordt dit vaak veroorzaakt door toepassing van nieuwe materialen. Dit soort onderzoek heeft daardoor gewoon meer potentie dan onderzoek op het gebied van asfalt – daar zijn op de wereld al duizenden mensen mee bezig, tegen een handvol op mijn terrein.”

Dat terrein beslaat vooral het deel van de weg dat de voortkruipende forens liever niet ziet: de naakte onderlaag, het ongeasfalteerde weglichaam. Want een weg op slappe ondergrond leg je niet zomaar even neer. Het principe is eenvoudig: eerst graven en daarna de massa van de weggegraven grond vervangen door eenzelfde massa. Dat lijkt niet moeilijk, toch kan een wegenbouwer niet als een toerist op Zandvoort aan de slag. Doordat de toplagen van asfalt veel zwaarder zijn dan zand of klei, moet er ergens anders gewicht bespaard worden. En dat kan door de onderlaag van EPS te voorzien.

Polystyreen heeft namelijk een onwaarschijnlijk lage dichtheid, is ongevoelig voor weersinvloeden en heeft een lage elasticiteitsmodulus. EPS is al ruim vijfentwintig jaar geleden in Noorwegen ontwikkeld om wegen tegen de invloed van smeltwater te beschermen. En daardoor een bewezen technologie: ,,Ik heb een blok EPS dat vijfentwintig jaar onder een weg in Noorwegen in de grond heeft gezeten en daar is absoluut niets mee aan de hand”, vertelt Duskov.
Zandduinen

Tot op de dag van vandaag wordt in Nederland een nieuwe weg aangelegd door eerst een enorm zandlichaam als voorbelasting aan te brengen. In sommige gevallen zakken er meerdere meters zand weg, voordat de bodem zich heeft ingesteld op het gewicht van een nieuwe weg. De kilometers lange zandduinen die filerijders jarenlang langs de snelweg zien liggen zouden met EPS dus tot het verleden kunnen behoren.

Een EPS-laag is niets anders dan een met mensenhanden gestapelde laag piepschuimblokken. Hierbij moet de wegenbouwer oppassen voor groeven tussen de blokken en zorgen voor eengoede afsluiting aan de randen. Er bestaan namelijk voorbeelden van wegen waar dat niet gebeurt is – het asfalt ging scheuren op de naden en de weg gleed naar de zijkanten af.

,,Negatieve effecten van de voegen in de kunststoflaag kunnen voorkomen worden door een betonlaag op het EPS aan te leggen. In Nederland werd altijd met ongebonden, dus losse lagen bovenop het EPS gewerkt, maar met computermodellen is nu aangetoond dat bij een groot verkeersaanbod een betonlaag noodzakelijk is”, aldus Duskov.

Een belangrijk resultaat van zijn onderzoek is dat hij ontdekte dat ook goedkopere EPS-soorten prima als onderlaag voldoen. De wegenbouwkundig ingenieurs zijn altijd te voorzichtig geweest: ,,Je hebt EPS in verschillende dichtheden, met evenredig hoge prijzen. Tot op heden werd met behulp van engineering judgement de te gebruiken EPS-soort gekozen. In mijn onderzoek is aangetoond dat EPS-soorten met een lage dichtheid nauwelijks slechter presteren dan die met een hogere dichtheid. Wanneer een hele snelweg met een goedkoper EPS aangelegd wordt, praten we al snel over een besparing van enkele tonnen. Je moet het natuurlijk wel durven toe te passen. En met de nu verzamelde kennis is dat eigenlijk zonder risico mogelijk.”
Drijven

Bovenop de laag piepschuim moet er toch altijd nog een aantal lagen met voldoende gewicht komen. Dit om te voorkomen dat het EPS bij een hoge grondwaterstand wegdrijft. ,,Dat is in de praktijk nog nooit gebeurt”, haast Duskov te zeggen.

,,Het belangrijkste van mijn onderzoek is dat er nu een ontwerpcriterium voor EPS ontwikkeld is. Wanneer de elastische vervorming beperkt blijft tot 0,4 procent, zal er geen permanente vervorming door de verkeersbelastig optreden. Dat is een nieuwe vuistregel.”

Al vanaf het begin van het onderzoek was het de opzet om vooral met bruikbare resultaten te komen. Duskov: ,,De sponsors wilden dat. De rode draad tijdens het onderzoek, tijdens alle metingen en proeven, was altijd om met een praktisch toepasbaar resultaat te komen.” Een belangrijk hoofdstuk uit zijn proefschrift bestaat dan ook uit ontwerprichtlijnen en aanbevelingen. Zijn huidige adviserende functie bij ingenieursbureau Oranjewoud is hiervan een logisch vervolg: ,,Ik kan nu mijn meer theoretische kennis in de praktijk toepassen.”

Overigens is polystyreen niet alleen geschikt om snelwegen mee aan te leggen. Ook de eeuwig verzakkende woonerven in polderdorpen of uit de grond gestapte nieuwbouwwijken kunnen van een EPS-ondergrond voorzien worden. Duskov: ,,Dat soort straten hoeven dan niet meer om de zoveel jaar opgehoogd en herbestraat te worden, maar kunnen zeker twintig jaar blijven liggen.”

Na zijn langdurig onderzoek is de in Belgrado geboren civieler overtuigd van de positieve eigenschappen van EPS. Nu de rest van de wegenbouwers nog: ,,Het is heel erg belangrijk om de buitenwereld duidelijk te maken dat de manier waarop een weg nu wordt aangelegd, niet het optimum is. Wij hebben bewezen dat het met dezelfde randvoorwaarden mogelijk is om eensterke, minder zware en ook onderhoudsarmere weg te ontwerpen. De enige manier om op de slappe Hollandse bodem in een paar maanden een snelweg aan te leggen, is door gebruik te maken van EPS.”