Kornstorleksfördelning

Grusslitlager måste ha en speciell kornstorleksfördelning. Grusslitlager består av partiklar av olika storlekar. Den största kornstorlek som används till grusslitlagret bör inte överstiga 20 mm.

I grusslitlagersammanhang är det önskvärt att kornstorleksfördelningen är sådan att lagret får minsta möjliga hålrum. Noterbart är att det visat sig svårt att erhålla homogena blandningar vid normalt grusvägsunderhåll, medan laboratorietester förutsätter sådana (Höbeda, 1978).

Kornstorleksfördelningen påverkar skrymdensitet och hålrumshalt som i sin tur påverkar både de elastiska och plastiska egenskaperna (Lekarp, 1995). Den allmänna uppfattning är att skrymdensiteten och hålrumshalten har stor inverkan på resilienta egenskaper hos obundna granulära material.

Slitlagret måste anpassas efter väsentligen två önskemål. Dels full bärighet vid vattenövermättning och dels en kornstorleksfördelning i ytan, som ger största möjliga bundenhet vid torka och som dessutom tillåter effektiv mekanisk ytutjämning i form av hyvling (Beskow, 1934).

Hur slitlagergrusets kornstorleksfördelning bör vara och vilka krav som korn- storleksfördelning bör uppfylla kommer följande sju moment att behandla i den kommande texten:

•

Bärighet

•

Nötningsbeständighet

•

Kombination av kraven på bärighet och nötningsbeständighet

•

Finmaterial

•

Bindjordens egenskaper

•

Förändring av den ursprungliga kornstorleksfördelningen

•

Samband mellan kornstorleksfördelning och underhållskostnader

•

Bärighet

Bärigheten för grusvägar är särskilt viktigt vid vattenövermättningen. Med bärighet avses i detta sammanhang själva slitlagrets motståndsförmåga mot tryck, vilken främst är beroende av slitlagers kornstorleksfördelning, packningsgrad samt vattenkvot.

Beskow (1934) förklarar att påkänningen på en väg är störst i ytan, omedelbart under hjulens anliggningsyta, men avtar nedåt på grund av tryckspridningen. Deformationer är normalt lokaliserade till ytan. Härtill bidrar även den omständigheten, att uppmjukningen genom regn eller snösmältvatten börjar och blir störst i ytan.

Figur 6.5 nedan visar enligt Beskow (1934) hur gränskurvorna för slitlagergrus med goda bärighetsegenskaper förlöper. Han konstaterar att gränsens läge dock är något varierande, beroende på materialets största kornstorlek. Ju större denna är desto högre finjordshalt kan tillåtas och tvärt om.

Gränslinjen blir vridbar kring en viss punkt, och dess lutning beror i varje särskilt fall på utgångskornstorlek. Figur 6.5 visar de ytterlägen, som bärighetsgränsen normalt kan inta. Den heldragna kurvan är framförallt tillämplig för slitlagret.

Figur 6. 5 Gräns för bärig vägbanesammansättning (Beskow, 1934)

Bärighetsgränsen i figuren ovan är dragen så att slitlagergrusets sammansättningar som ligger under denna gräns med säkerhet ger full bärighet även under de svåraste förhållanden, dvs. under långvarig vattenövermättnad och hög trafikbelastning. Från denna gräns i riktning mot finkornigare sammansättning avtar bärigheten vid vattenmättad successivt.

Beskow (1940) sammanfattar de praktiska slutsatserna och anger att med hänsyn till bärigheten bör mängden av grovt material i vägbanan ökas. Mest verknings- fullt är material grövre än 4 mm. Fina gruspartiklar och mer sand får däremot betydligt mindre effekt. Endast om vägbanan är starkt lerig kan en mindre tillsats av fingrus och sand tillsammans med det grova materialet vara behövlig.

•

Nötningsbeständighet

Beskow (1934) anser att de krav som en vägbana ur denna synpunkt bör uppfylla är dammfrihet och jämnhet.

Dammfrihet kan uppnås genom, att vägbanan inte innehåller några partiklar av den storlek som bildar damm eller också genom att dessa partiklar hålls bundna och inte kan rivas loss av trafiken.

Jämnheten hos en vägbana störs framförallt av korrugering. Den viktigaste orsaken till korrugering är att materialet i grusvägytan antingen från början är löst eller rives loss av trafiken och detta lösa material fördelas i vågor tvärs över vägen.

Beskow (1934) och (1940) konstaterar att det mest korrugeringskänsliga gruset har medelkornstorleken 1 mm. Figuren 6.6 nedan redovisar Beskows resultat av några siktanalyser av grusprov från korrugerade vägbanor.

Figur 6.6 Variationsområde för grus av olika korrugeringskänslighet (Beskow, 1934)

Det tätstreckade centrala är den zon, inom vilken de flesta analyskurvorna av korrugerat grus faller.

Beskow (1934) konstaterar att det lättaste sättet att uppnå en korrugeringsfri vägyta är behandling med hygroskopiskt salt eller annat dammbindningsmedel. För att slitlagret skall hållas fast och bundet genom saltning krävs, enligt Beskow, ingen särskild sammansättning på det grövre materialet, utan detta kan tillåtas variera mycket om halten 0,125/16 är tillräckligt hög, dvs. minst 13 viktprocent. Normalt behöver inte finjord tillföras utan under trafikens och hyvlingens inverkan bildas tillräcklig finjordsmängd.

Beskow (1940) sammanfattar de praktiska slutsatserna och anger att för de flesta vägar, och särskilt de mera trafikerade, är inte bärigheten utan motståndskraften mot korrugering avgörande. Det värt att notera att trafiken idag är helt annat än 1940, t.ex. mycket tyngre lastbilar.

•

Kombination av kraven på bärighet och nötningsbeständighet

Ett resultat av Beskows undersökningar var framtagandet av en ideal gruszon. Beskow (1934) anger att variationsområdet vid vattenövermättnad för bärig vägbana och variationsområdet för fast, bunden och korrugeringsresistent vägbana har ganska olika läge. De kan dock delvis täcka varandra så att det finns en gemensam zon, där kornstorleksfördelningen uppfyller såväl kravet på full bärighet vid vattenövermättnad som kravet på en väl bunden, mot korrugering motståndskraftig vägyta.

Det grus vars kornfördelningskurva faller inom denna zon, kan enligt Beskow betecknas som det ideala väggruset eller s.k. universalgrus. Idealgruszonen är

enligt Beskow (1934) den gemensamma zonen mellan den övre gränsen för bärigt material och undre gränsen för bundet material, se figur 6.7.

Figur 6.7 Det ideala väggruset eller s.k. universalgrus (Beskow, 1934)

I en s.k. idealgrusbana, bör det finnas ungefär 60% grovt material, material större än 4 mm, 25% material mellan 4 och 0,125 mm och 15% fint material. Höbeda (1978) konstaterar att utomlands tillåts ibland något grövre partiklar än i svenskt ”ideal grus”.

Om det finns för litet grovt material får slitlagret dålig bärighet och styrka. Är det för mycket grovt material håller inte de grova partiklarna ihop, de lossnar och kastas bort. Finns det för litet finmaterial håller inte heller slitlagret ihop, på grund av att det är finmaterialet som är bindämnet i slitlagret. Finmaterialet brukar också kallas bindjord. Finns det för mycket finmaterial i vägen blir den inte tillräckligt bärig då det är vått, den blir spårig. Sommartid kan det om det inte regnar för mycket dock vara en fördel med en aning för mycket finmaterial. Slitlagret blir då, om det är väl dammbundet, slät och jämnt som ett cementgolv. På hösten och vintern blir det dock mycket sämre, om man inte tillför grovt material.

Om slitlagret innehåller för mycket material mellan 0,125 och 4 mm, sand, blir det lätt korrugerat. Förutsättningen för att det skall kunna uppstå korrugering är just överskott på sand. Redan ett obetydligt överskott, några få procent, kan vara tillräckligt för att slitlagret skall bli vad man kallar korrugeringskänsligt. Sanden ansamlas i korrugeringsryggarna, medan det däremot i stenrika, öppna partier bildas potthål.

Om slitlagret har en för hög finjordshalt kommer dammbindning med emulsion att misslyckas på grund av att emulsionen måste binda en mycket större kornyta än om slitlagret har rätt kornfördelning.

Isemo och Johansson (1976) fastställer att normalt innehåller grusvägar för lite fin- och grovmaterial dvs. har ofta ett betydande sandöverskott. Sandöverskottet ökar med tiden på grund av nedkrossning, damning, vintersandning, m.m.

Grusslitlager bör inte innehålla alltför grov sten för att göra underhåll genom hyvling möjligt (Höbeda, 1978).

•

Finmaterial

Finmaterial definieras som material som passerar 0,075 mm enligt svensk standard (Lekarp, 1995).

Ett annat uttryck är finjord som är ett sammanfattande namn på mineraljordens fraktionerna silt och lera, dvs. material som är mindre än 0,063 alternativ 0,075 mm (VÄG 94).

Guidelines for cost effective use and application of dust palliatives (1987) anger en figur som visar tre olika stenmaterial med inget finmaterial, lagom mängd finmaterial och för mycket finmaterial, se figur 6.8.

Finmaterialet i slitlagret bör även ha vissa plastiska egenskaper. Vid alltför låg vattenkvot efter en torr period börjar det nämligen bli sprött och det börjar uppträda sprickor i slitlagret vilket leder till ökad vattengenomsläpplighet. Partiklarna börjar släppa och kastas ut till vägkanterna av trafiken. Bindjorden börjar även damma bort. Vid alltför hög vattenkvot går däremot kohesionen förlorad i slitlagret och leran börjar verka som smörjmedel med bärighetsproblem som följd (Höbeda, 1978).

Lekarp (1995) refererar till Barksdale (1972) och noterar att:

•

Välgraderade fraktioner har större motstånd mot permanenta deformationer jämfört med ensgraderade fraktioner.

•

Tilltagande finmaterialhalt medför ökad permanent töjning, se figur 6.9.

Figur 6.9 Effekt av finmaterialhalt på permanenta töjningar i bärlager av krossad gnejs- granit efter 105 belastningar (Lekarp, 1995)

•

Bindjordens egenskaper

Det finns ingen klar definition av ordet ”bindjord”. Enligt AASHTO M 147 definieras ”bindjord” som material passerande 0,425 mm maskvidd.

Bergström Grebacken (1995) påpekar dock att vid grusvägsunderhåll kallas fraktion 0-0,125 mm bindjord eftersom den binder övriga partiklar till en hållbar slitbana.

Bindjordens uppgift i slitlagret är dels att fungera som filler och minska hålrummen, dels att ge kohesion åt stenskelettet, dvs. verka som bindemedel. Nedbrytningen i grusslitlagret minskar påtagligt om en viss kohesion föreligger så att gruspartiklarna binds mekaniskt och inte omlagras under trafikens inverkan. En annan uppgift hos bindjorden är att täta slitlagret mot nederbörd och förhindra uppmjukning (Höbeda, 1978).

I princip innebär också ”bindjord” ett material som tillsätts så att slitlager- gruskurvan uppfylls. Detta innebär att materialet måste innehålla en viss mängd lera. Denna mängd beror på hur det ursprungliga materialet ser ut. I många fall används ren lera som bindjord. Höbeda (1978) anger att lera utgör det vanligaste bindemedlet i grusvägbanor men dess stora svaghet är vattenkänsligheten. Slitlagret måste vara fuktigt, men ej vattenmättat för att binda finmaterialet och hålla lerbeståndsdelarna vid lämplig konsistens för god kohesion.

Morän med hög lerhalt lämpar sig även som bindmaterial i slitlager medan morän med hög halt av finmo och mjäla (silt) bör undvikas i synnerhet vid väg, behandlad med salt eller annat bindemedel (Höbeda, 1978).

•

Förändring av den ursprungliga sammansättningen

Enligt Beskow (1934) förändras den ursprungliga sammansättningen hos grusslitlagret med tiden genom följande tre faktorer:

In document Drift och underhåll av grusvägar : litteraturstudie (Page 82-89)