Provväg med helt bituminös överbyggnad (HBÖ) vid Vendelsö 1974 (Test road with full depth bituminous pavement at Vendelsö 1974)

Sr

DE |

Nr 344 o 1983 Statens väg- och trafikinstitut (VT!) * 581 01 Linköping ISSN 0347-5049 Swedish Road and Traffic Research Institute * S-581 01 Linköping * Sweden

Provväg med helt bituminös överbyggnad (HBO) vid Vendelsö 1974

Nr 344 0 1983 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) 0 581 01 Linköping

ISSN 0347-6049 Swedish Road and Traffic Research Institute 0 S-581 01 Linköping 0 Sweden

Progväg med helt bituminös överbyggnad

(HBO) vid Vendelsö 19'24

väg- och trafikinstitutet. benämnt Helt

bitumen-bunden överbyggnad, HBÖ",

har tre provvägar

ut-förts, Ystad -70, Örebro -72 och Vendelsö -74.

Den sistnämnda. provvägen. slutrapporteras i.

före-liggande rapport.

Vendelsöprovvägen kun' utförts i. samarbete mellan

Vägverket (VV), Svenska

byggnadsentreprenörföre-ningens (SBEFs) vägforskningsgrupp samt väg- och

trafikinstitutet (VTI).

Vägverkets kontaktmän har varit Erik Ström,

Göran Ringström, Jan Eurenius och Ingemar

Olofsson.

SBEFs utredningsman har varit Tord Lindahl.

VTIs projektledare har varit undertecknad och vid

utförandet av provvägen har från VTI

huvudsak-ligen deltagit Einar Lindh, Sven-Olof Hjalmarsson

och Björn Björnsson. Mätningar på provvägen har

utförts av personal från VTI. Erfarenheterna från

provvägens utförande har tidigarer publicerats av

Lindahl och Lindh i SBEFs rapport Nr 13, "Provväg

med HB-överbyggnad". Leif Wiman har tillsammans

med undertecknad författat delrapporten "Tjocka

asfaltbeläggningars temperaturer och deras

an-vändning vid analytisk dimensionering" (VTI

Med-delande 138).

Linköping i september 1983

Björn Örbom

I N N E H A L L s F Ö R T E C K N I N G REFERAT

ABSTRACT

SAMMANFATTNING

1 BAKGRUND

2 SYFTET MED PROVVÄGEN

3 TIDIGARE RAPPORTER ou PROVVÃGEN 4 BESKRIVNING AV PROVVÄGEN

4.1 Läge

4.2 Vägtyp och trafikmängd

4.3 Provsträckor

4.3.1 Undergrund

4.3.2 Underbyggnad och undergrund

4.3.3

Överbyggnad

5 UTFÖRANDET AV PROVVÄGEN 6 UTFÖRDA PROVNINGAR

7 UTFÖRDA MÄTNINGAR OCH OBSERVAr TIONER

7.1 Mätning av lagertjocklekar med

"Stratotest"

Bärighetsmätningar

Jämnhetsmätning i vägens längsled Jämnhetsmätning i vägens tvärled Tjälobservationer

Bestämning av tjällvftningar och

sättningar genom avvägning

VTI MEDDELANDE 344 Sida III k o xl xl m m a s p 10 10 11 11 12 12 12 12 13

7.7 Mätning av temperatur i olika skikt i överbyggnaden genom

kontinuerlig registrering 13

7.8 Skaderegistrering 13

8

RESULTAT AV MÄTNINGAR OCH

OBSERVATIONER 13

BÄRIGHET

14

9.1 Undergrundens (underbyggnadens)

elastiska egenskaper 15

9.2 Vägkroppens medelmodul under resp

efter HB-överbyggnadens utförande 19

9.3 Lagermodulen hos de successivt

färdigställda BG-lagren samt

mot-svarande medelmodul för

under-lass:

23

9.4 Analys av erhållna lagermoduler

för det fullt färdiga BG-lagret 25

9.4.1 Temperaturkorrektion 27

9.4.2 BG-lagrets tjocklek 30

10

VÃGYTANS JÄMNHET I LÄNGSLED (PSI)

OCH TVÄRLED (BIFROST) (INKL

IN-VERKAN AV TJÄLE OCH SÄTTNINGAR

40

10.1 Förändringar i vägens längsled

.15.22.

40

INNEHÅLLSFÖRTECKNING (Fortsättning)

10.11 10.12 10.13 10.14 10.15 10.2 10.21 10.22 11 12 12.1 12.11 12.12 12.2 12.3 13 14

Förändringarna före det slutliga

slitlagrets anbringande i juni

1976 (dvs icke-trafik-perioden)

avses

Långsiktiga förändringar under

hittillsvarande trafikeringsperiod

(från 76.06328 till 82.05)

Finns bland tänkbara parametrar

någon som styr zÄPSI för den otjälade vägen?

De längsgående jämnhetsvärdena vid tjälat tillstånd

Jämförelser mellan utvecklingen

hos de längsgående ojämnheterna

före och efter trafikinsläppet

(76.06)

Förändringarna i tvärled

(BIFROST) före det slutliga topp-lagrets anbringande

Under andra perioden, dvs efter trafiköppningen (76.06)

SYNLIGA SKADOR

DISKUSSION AV RESULTAT OCH OBSERr VATIONER

Bärighetsmässiga resultat

Inverkan av kalkstabilisering

Det tjocka BG-lagrets bärighet

Försämringar i vägytans jämnhet i längsled (PSI) och tvärled

(BI-FROST) som ett tecken på

fort-gående nedbrytning av HB-lagren Synliga skador

REFERENSER

FÖRTECKNING öVER BILAGOR

VTI MEDDELANDE 344 Sida 40 42 44 50 52 53 53 57 59 60 62 62 64 66 70 71 73

Statens Väg- och Trafikinstitut (VTI)

581 01 LINKÖPING

REFERAT

I rapporten redovisas och sammanfattas resultat

från en provväg med helt bitumenbunden (HB)

över-byggnad byggd 1974 på väg 601 cirka 2 mil söder om Stockholm och benämnd Vendelsö -74.

Provvägen har planerats och utförts i samråd

mellan vägverket, SBEFs vägforskningsgrupp och

VTI (på uppdrag av vägverket).

Syftet har varit att, dels göra en teknisk och

eko-nomisk jämförelse mellan olika produktionsmetoder

vid utförandet av vägar rmai helt bituminös

över-byggnad, dels att undersöka vilka krav som måste ställas på undergrundens bärighet och vilken tjocklek som skall väljas för helt bitumenbunden överbyggnad vid viss bärighet hos undergrunden och aktuell trafikbelastning.

Resultaten från ;provvägenr har rapporterats

fort-löpande.

SBEFs utredningsdel har publicerats i rapport nr 13 i SBEFs serie.

VII har genom lägesrapporter rapporterat resultat

från mätningar. I en utredningsrapport har

redo-gjorts för tjocka asfaltbeläggningars

tempera-turer och deras användning vid analytisk

II

sionering. I föreliggande slutrapport sammanfattas

resultat från mätningar och observationer. Samband

visas mellan HB-överbyggnaders tjocklek och lager-modul inom ett par temperaturintervall samt mellan HB-överbyggnadens tjocklek och vägens bärighet

(Els-modul) vid taxa olika temperaturintervall och

vid de aktuella undergrundsförhållandena.

De utförda överbyggnadstjocklekarna 29-242 cm har hittills visat sig tillräckliga för att tdbehâlla jämnhet och motstå tjälens inverkan på

väg-kroppen vid de undergrundsmaterial som förekommer

på provvägen och under de klimatiska förhållanden som råder på orten.

Test road with full depth bituminous pavement at Vendelsö 1974

by Björn Örbom and Einar Lindh

National Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI)

8-581 01

LINKÖPING, Sweden

ABSTRACT

The report describes and summarises results from a test road with full depth bituminous pavement built in 1974 on route 601 about 20 km south of Stockholm and designated Vendelsö 1974.

The test road has been planned and built in

consul-tation with the National Road Administration, the

Road Research Group of the Swedish Association of Construction Companies (SBEF) and the VTI (on com-mission from the National Road Administration).

The objective has been partly to make a technical

and economic comparison between different

produc-tion methods in the construcproduc-tion of roads with full

depth bituminous pavements and partly to determine

the requirements that must be set (nu the bearing

capacity of the subgrade and the thickness that must be selected for a full depth bituminous pavement at a certain bearing capacity of the subgrade under the particular traffic conditions.

The results from the test road from time to time

have been reported otherwise.

The part of the study carried out by the SBEF has been published in Report No. 13 in the SBEF series.

IV

The institute has published the results from the

measurements in pmogress reports. Temperatures of

thick asphalt surfacings and the use of these

sur-facings in analytic pavement design have been

described in a study report.

This final report summarises results from

measure-ments and observations. Interaction is demonstrated

between the thickness of the full depth bituminous pavement and the course modulus within two tempera-ture ranges and also between the thickness of such a

pavement and the bearing capacity of the road

(ElS-modulus) in different temperature ranges under the particular subgrade conditions.

With the particular subgrade materials and local

climatic conditions prevailing, the pavement thick-nesses of 29-42 cm which were applied on the test road have so far proved sufficient to maintain a

critical evenness and to resist the effects of frost

heave on the road structure.

Statens Väg- och Trafikinstitut (VTI)

581 01 LINKÖPING

SAWANFATTNING

Målet

för

HBÖ-provvägen

Vendelsövägen

-74

var

mångfacetterat. Ett av problemen var att studera och

ge svar på frågorna hur och med vilka hjälpmedel

ett svagt underlag (huvudsakligen jordartsgrupp E

enligt BYA) skulle beredas för att ge den önskade

kvaliten hos ovanliggande BG-lager, som utgör så

att säga själva ryggraden i. en HBÖ-konstruktion.

Detta har redogjorts för i SBEFs Rapport Nr 13

(Lindahl-Lindh). Vidare har temperaturfördelningen

i vertikalled hos en efter svenska förhållanden

mycket tjock asfaltbeläggning registrerats och

studerats och dess användning för analytisk

di-mensionering föreslagits i VTIs Meddelande 138

(Örbom-Wiman).

Slutligen kun: den. långsiktiga.

bä-righeten, och provsträckorna där med

sammanhäng-ande fortgående s k strukturella nedbrytning,

stu-derats med hjälp av diverse mätningar.

Det är resultat av den sistnämnda målstudien (om

bärighetens utveckling hos HBÖ-konstruktioner på

svaga underlag), som här lämnas en första samman-fattande rapport om.

Av avgörande betydelse för bärighetens framtida

utveckling är vilken tjocklek, som väljes för

BG-lagret. med tillhörande toppbeläggning fin: det

aktuella trafikfallet cxüi underlaget

VI

ringen). I den senaste upplagan av BYA (1976-06)

re-kommenderas ingen särskild sammanlagd tjocklek

för AB + BG-beläggning för det fall att

under-laget har en låg styrka, motsvarande undergrund E.

För den vid Vendelsövägen aktuella trafikklassen

(IV) kan den enligt BYA lämpliga dimensioneringen

bedömas vara :400 mm vid undergrund E. Den enligt

internationella regler och erfarenheter bedömda

erforderliga tjockleken projekterades av VTI vid

provvägens planeringvara 230 till 300 mm (inkl

30 mm toppbeläggning), således avsevärt tunnare

än BYAs ungefärliga rekommendation. Ytojämnheten

hos BG-lagret visade sig emellertid vid

'utföran-det - trots uppdelningen i två skikt vid lägg-ningen - bli så stor att ett extra avjämningslager (tjocklek genomsnittligt = 70 mm) av BG + AB måste

utföras, innan den slutliga toppbeläggningen

ut-lades i juni 1976. Tjockleken hos den slutliga

HBÖ-konstruktionen blev således nominellt 300 till

370 mm, vilket som sagt är 70 mm större än den

'ursprungligen tänkta, rmui dock fortfarande mindre

än den i BYA antydda rekommendationen (2400 mm). Trots denna "underdimensionering" av

HBÖ-konstruk-tionerna har de av trafiken och miljön åstadkomna

förändringarna hos bärigheten, och därigenom de

synliga tecknen på nedbrytning, hittills varit

obe-tydliga. En av slutsatserna av de hittillSvarande

bärighetsstudierna

på

HBÖ-provvägen

Vendelsö-vägen -74 har därför blivit, att de bör

ut-sträckas 8-10 år i 'tiden. JMätningsfrekvensen. bör dock från och med nu kunna minskas till en

vårmät-ning och en sommar-höstmätning i genomsnitt vart

3:e år, under förutsättning att inte

vägför-valtningen företar sig något, som kan rubba

bärig-heten eller ytans geometri.

De viktigaste mätnings- och. observationsresul-taten, som framkommit före resp efter vägens

slut-liga färdigställande och öppnande för allmän trafik i juni 1976 har återgivits nedan.

Frågan, hur en kalkstabilisering av det i detta

fallet leriga underlaget inverkar på HBÖ-konstruk-tionens bärighet, har behandlats relativt ingående

*vhd denna undersökning. Svaret är :i korthet, att

markens bärighet, bestämd som umdelmodul,

visser-ligen steg till det dubbla värdet vid en ordinär stabilisering, men att detta är för litet för att ge utslag på de långsiktiga förändringarna hos

vägytans jämnhet, vilket skulle ha varit av

av-görande betydelse. En stor förbättring hos

be-läggningsytans förmåga att bibehålla ytans

jämn-het uppkom däremot på den sträcka, där underlaget

bestod av mycket lös (vattenhaltig) lera och där

denna behandlades genom kalkstabilisering till

större djup och med större kalkhalt än normalt.

Lerundergrunden reagerade på denna sträcka genom

att själv så småningom utveckla en mycket hög

medelmodul.

Medelmodulen. hos (han färdiga. konstruktionen. (som

således omfattar såväl asfaltbeläggningens som underlagets E-moduler) ökade med hela 70%, då

as-faltbeläggningens tjocklek i juni 1976 ökades

från 320 mm till 410 mm (från provsträcksgrupp A

till C och D). Teoretiskt borde ökningen ha blivit

20%. Detta kan inte förklaras på annat sätt än

att asfaltbeläggningens egen E-modul

(lagermodu-len) ökat, när beläggningstjockleken ökat.

Detta bestyrks f ö en! de från 2-punktsmätningarna

under försökets senare del härledda

lagermodu-lerna hos asfaltbeläggningen, vilka visar, att

VIII

dess E-modul (förutom av rådande temperatur) varit

beroende en; beläggningstjockleken. Härutinnan har

således rått regeln, att ;MJ tjockare beläggning,

desto högre E-modul (lagermodul). Dock har

E-modu-len för den sammanlagda beläggningen, genom den

förhållandevis låga kvaliten hos det först lagda

BG-skiktet, icke i något fall i praktiken kommit upp

i de värden, som brukar redovisas för

laboratorie-framställda massors E-modul.

Ett resultat av viss praktiskt. nytta åh: att. en verkblandad CG kunde ersätta det först utlagda

(understa) BG-lagret i det bundna bärlagret, utan

att några genomsnittliga ändringar i bärigheten

(eller i något annat avseende) kunde konstateras.

Mätningarna på beläggningsytan av

försämringar-na hos beläggningens jämnhet i längsled visar att

dessa var förhållandevis .stora under inverkan av

sättningarna och byggnadstrafiken fram till juni

1976. Sedan sättningarna från denna tid upphört

och vägen öppnats för allmän trafik har

emeller-tid jämnhetsförsämringarna minskat till mycket små värden och eftersom de anses utgöra ett

resul-tat av i första hand ett strukturellt nedbrytande

av överbyggnaden, måste man tolka de uppnådda små jämnhetsförsämringarna som ett tecken på att de

utförda HBÖ-konstruktionerna kommer enü: få mycket

stor livslängd.

Av de parametrar, som påverkar

jämnhetsförsäm-ringarna, är det framför allt frågan om sträckan

ligger på bank och i skärning, som är av vikt.

Be-lägenhet i skärning gav statistiskt en så pass

stor försämring av vägytans jämnhet i

längs-led, att det 13h: kompensation härav fordrades ca

IX

50 mm ökning av beläggningens tjocklek för att

beläggningens jämnhet skulle hålla. sig på samma nivå som på banksträckorna.

Tjällyftningar förekom även på provsträckorna,

men var tämligen moderata till storleken (max 50 mm

lyftning har uppmätts genomsnittligt på en

prov-sträcka). Trots detta uppkom en tillfällig

för-sämring under tjällossningstiden av vägytans längsgående jämnhet på så mycket som drygt 1 PSI-enhet (som. mest). Tjällyftningens ojämnhet

(statistiska spridning) gav även upphov till en

viss, (mindre) kvarstående jämnhetsförsämring hos ytan på längre sikt.

Jämnheten hos beläggningsytan i tvärled

(spår-bildningstendenserna) har studerats genom

bestäm-ning av spårdjupets statistiska spridning under

byggnadstiden (före juni 1976) och genom

bestäm-ning av det s k Minnesotaspårdjupet efter denna tid-punkt.

Den statistiska spridningen hos jämnheten i

tvär-led försämrades - liksom jämnheten i

längs-led - betydligt snabbare med tiden för

skärnings-sträckor än för banksträckor. Kalkstabilisering

av undergrunden dämpade jämnhetsvärdenas

sprid-ning i tvärled (banksträckor). Även efter juni 1976 har för Minnesotaspårdjupet gällt att

för-sämringenm med tiden varit större för

skärnings-sträckorna än för banksträckorna. Under denna

del av observationstiden ndnskade försämringen av

Minnesotaspårdjupet något med ökande

beläggnings-tjocklek.

l BAKGRUND

Metoden att utföra vägöverbyggnader helt av

bi-tuminösa material är för vårt land en relativt ny

metod och var vid Vendelsöprovvägens planering

ännu obetydligt provad under svenska

förhållan-den.

Försök

med

helbituminös

överbyggnad

(HBÖ)

hade påbörjats här i liten skala först 1968-69.

Metoden avviker starkt från de byggnadsmetoder, som

normalt användes vid utförande av ordinära

överbyggnader, då huvudsakligen obundna material

används. Dels ställs större krav på det underlag, som de bituminösa massorna ska läggas på, dels

er-fordras en annan utläggningsteknik. Metodens even-tuella lönsamhet skall grunda sig på att

kostnads-besparingarna på grund av att de obundna bär- resp

förstärkningslagren ej behöver utföras vid

denna metod minst skall uppväga de ökade

kostna-derna för det erforderliga tjockare bituminösa

bärlagret och ev erforderlig preparering av

under-lagets översta skikt. (t ex: genom. stabilisering).

En nödvändig förutsättning för att lönsam-heten med HB-metoden skall kunna bedömas är såle-des att det kan klarläggas vilka lagertjocklekar en

HB-överbyggnad kräver för att vara likvärdig

med en viss överbyggnad av ordinärt slag ur

bä-righets- och andra synpunkter. En av de frågor, som

skulle behandlas vid denna undersökning, var

därför sambandet. mellan trafik- och

klimatpåver-kan å ena sidan och erforderlig överbyggnadstjock-lek å den andra.

Oljekrisen 1973-74 och de sedan följande

asfalt-prisökningarna har medfört att HB-metoden häm-mats och inte har vunnit någon stor utbredning. Den

Vid tiden för Vendelsöprovvägens planering och

utförande var dock HB-överbyggnader fortfarande

ett i. hög grad intressant. alternatiV' till, andra

överbyggnadskonstruktioner. Detta :medförde ett behov hos såväl vägverket som byggnadsentrepre-nörerna att utreda utförande och konstruktions-frågor i samband med HB-överbyggnader.

Det var LH? denna synpunkt naturligt att

HB-prov-vägen vendelsö 1974 utfördes sann ett samprojekt

mellan vägverket (VV), Svenska

byggnadsentrepre-nörföreningens (SBEF) vägforskningsgrupp samt

väg- och trafikinstitutet (VTI). Vägverket har

byggt provvägen och SBEF:s vägforskningsgrupp har

under utförandet studerat produktionSmetoder ur

teknisk och ekonomisk synpunkt. VTI har på uppdrag

av och i samråd med VV och SBEF planerat provvägen, utfört markundersökning, kontrollerat vissa

ar-betsmoment vid utförandet samt utfört

provtag-ningar och mätprovtag-ningar i samband med utförandet samt

efter färdigställandet i syfte att ta fram objek-tiva jämförelsedata mellan olika

överbyggnads-konstruktioner.

SBEF:s vägforskningsgrupps projektdel, som gällde teknisk och ekonomisk jämförelse mellan olika produktionsmetoder, genomfördes under byggandet av

provvägen och resultaten har redovisats i rapport

Nr 13 i SBEF:s rapportserie (1975).

VTI har dels medverkat i ovannämnda rapport genom

redovisning av resultat från förprovningar och

från provtagningar under* utförandet, dels i

lägesrapporter redovisat mätresultat från

vägen efter färdigställandet samt på några

prov-sträckor

utfört

en

studie

över

temperaturför-delningen :i tjocka asfaltbeläggningar, avsedd att vara tillämpbar för svenska förhållanden.

En värdering av HB-konstruktionernas förmåga på

provvägen att bibehålla bärighet och jämnhet under inverkan en; trafik och klimat kräver nöd-vändigtvis uppföljning genom mätningar och

ob-servationer under flera år. Vendelsöprovvägen har

därför följts upp av *VTI genom rutinmässa mät-ningar och observationer under perioden 1974-1981. Senaste inspektionen gjordes i augusti 1981.

Resultaten av pmovvägen beträffande den

konstruk-tiva utformningen inverkan på funktionsdugligheten hos de olika HB-överbyggnaderna, redovisas i denna rapport.

2 SYFTET MED PROVVÄGEN

Metoden att utföra vägöverbyggnader helt av

bi-tuminösa naterial än: som framgått en relativt ny metod i vårt land och syftet med provvägen har därför varit dels att studera alternativa bygg-nadsmetoder för HB-överbyggnader ur teknisk och

ekonomisk synpunkt, dels ann: studera

HB-överbygg-naders bärighetsmässiga funktion på olika typer

av undergrund eller underbyggnad som basdata för

Vägverkets byggnadstekniska anvisningar (BYA).

Så-dana byggnadstekniska anvisningar kun: under

upp-vföljningsperioden för provvägen fastställts av

VV, delvis mot bakgrund av erfarenheterna från

provvägen (BYA 1976-06, kap 351.5.l.7).

nad".

b) VTI, Internrapport nr 248: "Lägesrapport 1976-03".

0) VTI, Meddelande nr 20: "Lägesrapport 1976-12". d) VTI, Meddelande nr 78: "Lägesrapport 1978-01". e) VTI, Meddelande nr 127: "Lägesrapport 1978-11".

f) VTI, Meddelande nr 138: "Vendelsö -74 -tjocka

asfaltbeläggningars temperaturer cxüu deras

an-vändning vid analytisk dimensionering".

g) VTI, Meddelande nr 213: "Lägesrapport 1980-05".

4 BESKRIVNING AV PROVVÄGEN

4.1 Läge

Provvägen är belägen på väg 601 (Gudöbroleden) i Haninge kommun ca 2 mil söder om Stockholm (figur 1).

Figur 1. _{HB-provvägens läge.}

4.2 Vägtyp och trafikmängd

Väg 601 hade 1978 inom provvägsdelen ett trafik-flöde (ÅMD) av 5440 fordon. Provvägsdelen Öppna-des för allmän trafik 1 juli 1976.

4.3 Provsträckor

Provvägen är uppdelad i 10 delsträckor plus en

referenssträcka med konventionell överbyggnad. De

10 pmovsträckornas (MH) referenssträckans

uppbygg-nad framgår av schematisk skiss i figur 2.

PROWÅG VENDELSÖ - 71. '2 E '2 g Q E I! Q 42 R m 8* m :1 a: 00 (O 0 5 N N N N 01 C to a 0) o 1 i 2 I 3 *T 1. f' 5 . 5 T 7 i' e 9 i' 10 100 HAp 16t. UTFÖRD JUNI 1976

mm. BG +A

BG BG

,0 cm BG BG BG sç 7cm 15 cm BG BG BG

10+10 cm' 10+1O cm 12 +11 cm BG LAGGARE LÄGGARE 124-15 cm 10+100m 12+11cm BG 12+15 cm

BERG- LÄGGARE LÄGGARE LÄGGARE 27 cm +30 zoom CG LÄGGARE LÄGGAFEE __ áLAGGARE

KROSS HYVEL HYVEL 15 cm 'W

CA KALK - KALK - KALK_ __ HWEL _

KALK-50 cm STAB. STAB. STAB SKARNING STAB. KALK- KALKSTAB. 20 cm 20 cm 20 cr'n n KALK- 20 cm STAB. v. SIDA

'- STAB. LERlGT- LERIGT- 20 cm 20 cm BANK n LSKARNlNG

M m SKÄRNWG CA 30cm MOlGT MOIGT SKÄRNWG n &ROX Hsu)

/// m MATERlAL MATERlAL . /BANK 11

1.7 cm 50 cm LERAPED -' SAND i-ÖGVÄUEN' _ HALT CA 20 cm 20 cm Wåø 77,7271177137325

BANK II BAN< II BANK II UNMRGRUND AV LERA

LÄNGDSKALA 1: 50m

Figur 2. Schematisk längdprofil av provvägen.

Nominella lagertjocklekar. O=referenssträcka.

4.3.1 Undergrund (se figur 2)

Undergrunden består enligt markundersökningen av

lera i varierande tjocklek från ca 25 cm till ca 85

cm. Därunder förekommer något grövre sediment av

varierande sammansättning och lagertjocklekar.

På skärningssträckorna 2 cxüi 3 har undergrundsma-terialet karaktäriserats som tillhörigt tjälfar-lighetsgrupp III medan underlaget för övriga

skärningssträckor (4, 8 och 9) klassats i

tjäl-farlighetsgrupp II.

4.3.2 Underbyggnad och undergrund (se figur 2)

Materialet i terrassens ytskikt har, enligt prov-tagning under byggskedet följande sammansättning:

På provsträckorna 1, 2, 3 och 4 består materialet i terrassens ytskikt av finlera av den typ som

repre-senteras av de i bilaga 1 redovisade materialen med lokala inslag av sand, mo och mjäla. På de ytor som

senare kalkstabiliserades, eftersträvades vid

underbyggnadens utförande ett 20 cm tjockt ytskikt av finlera utan inblandning av andra material.

På provsträcka 5 valdes av provningsskäl en

under-byggnad av finlera med hög vattenkvot (VTI 62082 i

bilaga 2), som i ytskiktet (15-20 cm) kalkstabili-serats med ca 15% osläckt kalk, sedan skiktet

där-under, 5-10 á 15 cm, stabiliserats genom

grovin-blandning med ca 7% kalk. Omedelbart före utlägg-ningen visade leran ca 50% vattenkvot.

Inom provsträckorna 6 och 7 består terrassen av: 2/715 - 2/770, finlera (VTI 62103, bilaga 2),

62107, bilaga 2),

2/870 - 2/895, höger väghalva, finlera

2/875 - 2/895, vänster väghalva, blandat moigt,

lerigt material.

Att inte samma terrassmaterial utlagts på hela

sträckorna 6 och 7 berodde på att de tillgängliga täkterna av resp material var alltför små.

På provsträckorna 8 cxüi 9, höger väghalva, ligger

terrassen i skärning och materialet består av: 2/895 - 2/935, finlera (VTI 61896, bilaga 2),

2/935 - 2/980, finlera i ca 60 cm bankfyllning,

delvis på bergbotten tätad med skärv (bergklack nådde från sidan

in i vägkroppen),

2/980 - 3/035, finlera såväl i skärningen (VTI

61896) som på, bankfyllnadsområdet

(VTI 62083).

På provsträcka 10 har bankfyllningen i huvudsak

ut-förts med finlera (VTI 62083).

Jordmaterialet i. terrassen kun: stabiliserats ^med

kalk på provsträckorna l, 2, 3, 5, 8, 9 på hela

vägbredden och på provsträcka 10 på vänster väg-halva. På höger väghalva på sträcka 10 har ter-rassmaterialet stabiliserats med 'Merolit bindeme-del' från AB Merox, Oxelösund (malen hyttsand med aktiveringsmedel).

4.3.3

Överbyggnad (se figur 2)

På provsträcka 6 finns i överbyggnaden ett undre bärlager av cementstabiliserat grus (nominellt 15 cm. I övrigt består överbyggnaden på alla prov-sträckor helt. av bituminösa. material. Underifrån räknat består överbyggnaden av IMS med tjocklekar från nominellt 20 till 27 cm. På BG-lagren ligger

först ett mycket tunt (O,6-3,6 cm)

avjämnings-lager av AB-material. Ovanpå detta finns sedan ett tjockare avjämningslager av BG + AB-material med varierande tjocklekar från ca 3 om till 6 cm. Som slitlager är slutligen utfört 100 HAB 16T.

Refe-renssträckans uppbyggnad framgår av figur 2.

De ovan nämnda överbyggnadstjocklekarna är som

nämnts nominellan 'Verkliga tjocklekar framgår av tabell 1 nedan. Värdena är uppmätta på utborrade

prov hösten 1974 (beträffande *BG-lagren. och den

första tunna avjämningen) samt på avvägningar på

vägytan. före cxüi efter slitlagrets utförande i

juni 1976 (beträffande egentlig avjämning och

beläggning).

Tabell 1. HB-överbyggnadens totala tjocklek uppmätt på borrkärnor av de sommaren 1974 utförda

BG-lagren + tunn (0,6-3,6 cm) avjämning

med AB-massa (se bilaga 19 och 21 i /1/)

resp uppmätt genom avvägning före och

efter den sommaren 1976 utförda nya

av-jämningen med BG och AB-material +

slit-lager med 100 HAB (se bilaga 2 i /3/).

Prov- Lagertjocklekar Tjocklek hos den Total överbygg- Total över-str enl borrkärnor 2:a avjämningen, nadstjocklek byggnads-nr BG + 1:a av- utförd sommaren (HB) min. och tjocklek,

jämn (från 1976 och upp- max. vid mät- avrundat bil 19 och 21 mätt genom ning på borr- medelvärde

i /l/)

avvägning

kärnor

per provstr.

Mdv

§

Mdv

§

Min

Max

Mdv

cm cm an cm cm 1 21,7 2,9 7,0 2,6 25,8 :31,6 29 2 25,4 3,2 7,8 1,5 30,0 34,2 33 3 25,7 2,8 8,3 1,0 31,2 36,8 34

4

33,0

4,7

9,2

2,5

37,5

46,9

42

5 30,4 4,1 10,0 1,7 36,3 44,5 40

-6

16,4

1,3

9,3

2,0

24,4

27,0

26 + 15 C

7 30,7 2,5 9,0 1,7 37,2 42,2 40 8 21,6 2,0 8,7 1,5 28,3 32,3 30 9 23,3 1,2 7,9 1,6 30,0 132,4 31 10 27,2 1,2 7,1 2,4 33,1 35,5 34

5

UTFÖRANDET AV PROVVÄGEN

En utförlig beskrivning över byggandet av

prov-vägen har gjorts i SBEF:s rapport nr 13 /l/.

6 UTFÖRDA PROVNINGAR

Förprovningar samt provtagningar under

byggnads-skedet och senare har redovisats i SBEF:s rapport Nr

13 /l/och i lägesrapport, VTI Meddelande 20 /4/.

11

7 UTFÖRDA MÄTNINGAR OCH OBSERVATIONER Mätlinjer och mätpunkter framgår av bilaga 3.

7.1 Mätning av lagertjocklekar med

"Strato-test"

I avsikt att efter utläggning av de olika lagren av

bituminösa material kunna mäta lagertjocklekar

och kunna följa eventuella formförändringar i

själva BG-lagren beroende på trafikbelastningarna, lades i samband med byggandet ut remsor av

alumi-niumfolie i tvärsektioner på olika nivåer i

över-byggnaden. Meningen var att i samma sektioner göra

tvärprofilmätningar på vägytan med Bifrost

(VTI:s tvärprofilometer) och genom jämförelser

kunna spåra i vilket eller vilka lager eventuell formförändring uppstått.

Mätningar mitt över folierna gjordes med

"Strato-test"-apparat. Mätprincipen är att en mätplatta

ställs på vägytan i mätsektionen och att i

mät-plattan bildas ett elektromagnetiskt fält vars

styrka beror på avståndet mellan. mätplattan och aluminiumfolien. Fältstyrkan registreras på ett visarinstrument som är kalibrerat så att det direkt anger avståndet till aluminiumfolien från vägytan. Mätningar gjordes vid två tillfällen, nämligen

dels efter utläggning av ZBG-lagren dels ett år

efter byggandet och då i samband med mätning av

vägytans tvärprofil med "Bifrost"-mätaren.

Mätningarna visade sig dock ge osäkra resultat och mätmetoden övergavs därför.

12

De utförda mätningarna har redovisats i VTI:s internrapport nr 248, /3/.

7.2 Bärighetsmätningar

Vägens bärighetsegenskaper /9/ har regelbundet

utvärderats genom dynamisk provbelastning med

fallviktsutrustning och tillfälligt.:i nâgra punk-ter också med vågutbredningsutrustning. Vid fall-viktsmätningarna har den maximala belastningen varit 50 ldq på platta med d=30 cm, vilket ger ett

motsvarande anliggningstryck av 0,7 MPa.

Mätningar har gjorts under byggnadsskedet 1974 på terrassen och därefter på olika lager i överbygg-naden. Mätningar på vägytan har gjorts f o m juni

1976, t o m augusti 1980.

7.3 Jämnhetsmätning i vägens längsled

Mätningar har utförts med 'VTI:s. CHLOE-mätare på

vägytan första gången före trafikering 1976 och

därefter varje år t o m 1982 (undantag 1980).

7.4 Jämnhetsmätning i vägens tvärled

Mätningar har gjorts med VTI:s tvärprofilograf "BIFROST" ,CHM/ på vägytan. Första mätningen gjordes 1976 före trafikpåsläpp och mätningarna har sedan upprepats varje är t o m 1980.

7.5 Tjälobservationer

Tjälens fortlöpande nedträngning och upptining har registrerats med tjälgränsmätare under två

vintersäsonger 1975-76 och 1976-77. Maximalt

_tjäldjup bestämdes 1979.

13

7.6 Bestämning av tjällyftningar och

sätt-ningar genom avvägning

Tjällyftningar och sättningar har uppmätts genom

avvägning på den avjämnade BG-ytan i november

1974, mars 1975, juli 1975 samt i februari 1976 och

maj 1976.

7.7 Mätning av temperatur i olika skikt i

överbyggnaden genom kontinuerlig

regi-strering

Kontinuerlig registrering av temperaturen i olika

skikt :i överbyggnaden samt :i underbyggnadens

ytskikt. har <gjorts under perioden. november 1974

-september 1977. Totalt har använts 12

temperatur-givare anslutna till en 12-kanals skrivare. Av

givarna har 11 varit inmonterade i vägkroppen i två sektioner på provsträckorna 7 och 8, medan den 12:e

givaren registrerat lufttemperaturen. En närmare

beskrivnimg av givarna och deras placering i

väg-kroppen ges i /7/.

7.8 Skaderegistrering

Registrering av observerade skador på den avjämna-de BG-ytan gjordes 1975 och på färdig vägyta i

augusti 1978, augusti 1979 samt i augusti 1981.

8 RESULTAT AV MÄTNINGAR OCH OBSERVATIONER '

Redovisningen av mätningsresultat och

observa-tioner görs i det följande under rubrikerna (9)

Bärighet och (10) Vägytans jämnhet (inkl

kan av tjäle och sättningar) samt (11) Synliga skador och (12) Diskussioner.

9 BÄRIGHET

Under byggnadsprocessens olika stadier utfördes prov-belastningarfpåchasuccessivt.iordningställda lagrens ytor medbörjan på terrassen i juni 1974. Provbelast-ningarna har från denna tidpunkt fram till maj 1979 utförts på de olika överbyggnadslagren med

fall-viktsapparat med deformationsmätning enbart i

belast-ningscentrum. Vid. (ha två senaste mätningarna

(aug 1979 och aug 1980) har deformationsmätningarna

vid fallviktsprovningarna utförts i 2 punkter på

be-läggningsytan nämligen i belastningscentrum och i en

punkt på 600 mm avstånd från detta.

Med hjälp av mätningsresultaten har följande be-räkningar utförts:

1)

- Undergrundens (underbyggnadens) medelmodul .

Samband mellan undergrundsmodul och

trafikspän-ning (9.1).

- Medelmodulen hos vägkroppen bestämd vid

belast-ning på de olika beläggbelast-ningsskiktens ytor (9.2).

2)

- Lagermodulen hos de successivt färdigställda

BG-lagren samt motsvarande medelmodul för

under-laget (9.3).

- Analys av det fullt färdiga BG-lagret (9.4).

1) Med begreppet medelmodul avses E-modulen hos

ett tänkt, helt homogent materiallager med

obegränsad tjocklek, som vid provbelastning på samma sätt uppvisar en lika stor elastisk sjunkning som det belastade, mer eller mindre

skiktade lagret.

2) Med begreppet lagermodul avses E-modulen för

ett tänkt homogent lager av det aktuella

mate-rialet (i detta fall BG). i

15

9.1 Undergrundens (underbyggnadens) elastiska

egenskaper

För den senare utvärderingen av

provöverbyggna-dernas (HB-konstruktionernas) uppförande under in-verkan av trafikbelastningarna är det nödvändigt

att känna undergrundens (underbyggnadens)

elasti-ska egenelasti-skaper. Av denna anledning utfördes

prov-belastning med fallvikt dels i juni 1974 på den

färdigställda terrassen, dels i november samma

år, då första och (i förekommande fall) andra

BG-skiktet hade färdigställts. Härvid håltogs

BG-lagret, så att underlagets yta frilades för

be-lastningsplattan.

För att man vid provbelastningen med fallvikt skulle erhålla ett ungefärligt maximalt

anligg-ningstryck mot terrassytan en; samma

storleksord-ning, som uppkommer vid trafikering med 5t hjultryck

på den färdiga överbyggnadens yta, måste

stöt-kraften från fallviktsapparaten reduceras från den

normalt använda kraften fälldi till avsevärt

läg-re värdena 'Vid ;provningen i juni 1974 användes

därför den ursprungliga fallviktsmassan 150 kg,

men fallhöjden reducerades från 40 om (som ger ca

50 kN) till 5 resp 10 cm. Vid de senare mätningarna

(november 1974) lunke fallviktsapparaten utrustats

med en fallande vikt med massan reducerad till

25 kg. Med denna utrustning användes vid

prov-ningarna fallhöjderna, 15 resp 30 cm. 12 samtliga

fall användes en belastningsplatta med radien

15 cm.

De Lu: de elastiska sjunkningarna beräknade

medel-modulerna län: det stabiliserade resp obehandlade

underlaget, (E 5) har redovisats i. bilaga 5 (för

provsträcka 0 i bilaga 4). VTI MEDDELANDE 3 4 4

Värdena i bilaga 5 ligger, där stabilisering ej

utförts, på den nivå man kan vänta sig av de aktu-ella leriga jordarnad Den. stora spridningen. hos värdena är inte heller annat än man erfarenhets-mässigt kan vänta sig. Man kan vidare konstatera att de ytor, som stabiliserats med kalk resp Merolit bindemedel, uppvisade ett högre värde på E än samma ytor före stabiliseringen (str 8, 9 och 10). Även om det förhållandet, att terrassen vid

prov-ningen i november hade legat täckt med ett i stort

sett vattentätt BG-lager, givetvis kan ha bidragit

till den ökade terrassmodulen, så måste man

sanno-likt söka huvudförklaringen till den ökade ter-rassmodulen i det stabiliserade lagrets bärig-hetshöjande effekt. Vidare kan man av bilaga 5 se, att värdet på E för de stabiliserade ytorna

(str l, 2, 3, 5, 8, 9 och 10) ökat från den första

provningen i'jhnxi då stabiliseringarna endast var någon vecka gammal till i november, då

stabilise-ringarnas ålder var

ca 5 mån. Ökningen hos

E-modu-len var speciellt påtaglig för underlaget till provsträcka 5, (Eb: en mycket lös lera (vattenhalt 50-70%) stabiliserades med en större spec. mängd än som användes på andra kalkstabiliserade ytor (ca dubbla mängden). Stabiliseringen utfördes dessutom till större djup än på övriga sträckor

(nominellt 30 cm jämfört med 20 cm).

För beräkning av BG-lagrens moduler (lagermodu-ler) med hjälp av de senare utförda provbelast-ningarna på de olika BG-skiktens ytor för de fall då enbart deformationsmätning i belastningscentrum

har använts, är det nödvändigt att känna

under-,lagets E-modul (medelmodul). Eftersom dessa i detta

fall bestämts, skulle Imm1 kunna beräkna

lagermo-dulerna för senare pålagda. BG-skikt med

l7

ning av de i bilaga 5 redovisade värdena. Riktigare

värden på BG-skiktens lagermoduler får man emellerthâ om man tar hänsyn till att underlagets E-modul i själva verket icke är konstant, utan be-roende av den spänning som råder i underlaget vid deformationens uppmätning. För obundna

material-lager brukar man ange detta samband med formeln

E_s - c ((3 _v)n

där E är den mot rådande belastningsbetingade s

vertikalspänning ( OV) svarande medelmodulen för

underlaget (subgrade).

Möjligheter finns i detta fall att beräkna faktorn c och exponenten n eftersom provbelastningen på ter-rassen utförts med två olika anliggningstryck vid

många provningstillfällen.

Med utgång härifrån har följande formler för

karaktäriseringen av underlagens E-moduler

(medel-moduler) framtagits.

- För ostabiliserad terrass (str 4, 6 och 7) , 4

E_S = 25.2( 0 )_v (MPa)

- För stabiliserad terrass (str 1, :L 23, 8, 9 och

10)

- -0.97

E_s = 24.6( 0 _v) (MPa)

Formlerna ovan visar att underlagets E-modul avtar med ökande spänning, vilket torde vara det normala för kohesionsjordar. I figur 3 har variationen hos

E med den vertikala belastningsbetingade

spän-s

500

400

300

200

100

ningen åskådliggjorts grafiskt. Härav framgår att underlagets modul i hög grad varit beroende av tra-fikspänningen, _{dvs av styvheten hos ovanliggande} lager (vid konstant hjultryck).

Figur 3

QOS

_{0.10 MPa O;}

Samband :mellan. rådande vertikalspänning

ay trafiken och underlagets medelmodul

(Es) vid _{provvågen Vendelsö 74.}

Ostabi-liserat material består huvudsakligen av leriga, moiga jordar. _{Kalkstabiliserat} material består huvudsakligen anz leriga

jordar.

19

9.2 Vägkroppens medelmodul under resp efter

HB-överbyggnadens utförande

Även om kännedom om vägkroppens medelmodul vid

den ena eller andra tidpunkten har ett begränsat

värde, när det gäller att analysera orsakerna

till de trafikbetingade förändringarna i

bärig-heten, har de redovisats här, eftersom de kan

sägas översiktligt karaktärisera bärigheten hos

överbyggnaden och underlaget i samverkan.

Be-gränsningen :i medelmodulernas värde ligger :i att man ej kan klarlägga om en förändring från tid

till annan i den ur mätningsresultaten beräknade

medelmodulen beror på en förändring hos

över-byggnadens mekaniska egenskaper eller underlagets

eller eventuellt bägges.

För redovisningen har provsträckorna och

däri-från erhållna provningsresultat indelats i 4

grup-per, så att BG-lagrets tjocklek och underlagets

pre-parering är ung. likvärdiga inom varje grupp.

Grupp A: Total tjocklek hos färdig

HB-överbygg-nad ca 32 cm. Terrassen stabiliserad.

Om-fattar str l, 2, 3, 8, 9 och 10.

Grupp B: Total tjocklek hos färdig

HB-överbygg-nad ca 40 cm. Terrassen stabiliserad. Om-fattar str 5.

Grupp C: Total tjocklek hos färdig

HB-överbygg-nad ca 41 cm. Terrassen ej stabiliserad.

Omfattar str 4 och 7.

QSHBB_EÅ

TOtal thCklek hOS färdig

HB-överbygg-nad ca 41 cm varav ca 15 cm CG. Terrassen

ej stabiliserad. Omfattar str 6.

Eftersom vägkroppens medelmodul påverkas av

as-faltbeläggningens E-modul (lagermodul), som i. sin

tur är starkt avhängig av den vid provningen rå-dande temperaturen i beläggningen, har ett

för-sök gjorts att korrigera de framräknade

medelmo-dulerna vid varje mättillfälle till en och samma temperatur, nämligen +17OC. Avsikten härmed är att jämförelsen mellan bärigheten hos de olika

överbyggnadskonstruktionerna A-D ovan skall bli

mera rättvisande.

Vid korrigeringen har värdena från byggnadsskedet

(t o m. 76-06-01) skiljts från värdena efter

76-06-22 då överbyggnaden Var helt färdigställd.

Vidare har antagits att medelmodulens temperaturbe-roende under den förra perioden, för åren 1974 och

-75, motsvarat vad som gäller för 1976. Eftersom

flera. :medelmodulvärden \Fü3 olika. temperaturer

föreligger från sistnämnda år (före 06-01), så

har ena sambandskurva nedelmodul-temperatur kunnat

konstrueras för detta år. På motsvarande sätt har

förfarits 'med 'värdena från. den senare jperioden,

varvid sambandskurvan medelmodul-temperatur från

1976 (efter 1976-06-22) använts som "styrkurva"

för korrigeringen av värdena från 1977, -79 och -80. De på så vis till ordinär sommartemperatur

normaliserade nedelmodulerna (här betecknade E15)

har redovisats grafiskt i figur 4.

Bedömningar av bärigheten hos de olika HB-kon-struktionerna enligt figur 4 bör ske mot

bakgrun-den av att de enskilda modulvärbakgrun-dena är korrigerade enligt ovan (i vissa fall är korrektionens storlek

avsevärd) och därför behäftade med en viss

osäkerhet. Detta gäller' framför allt värdena

från 1979. De säkraste värdena - generellt

21

Ar

-0

_{1974 ' 75 ' 76 ' 77 ' 78 ' 79 ' 80 ' 20a"}

åäö/åä-Figur 4 _{Ur de_olika mätningarna under resp år har} den Elg-modul, som motsvarar

yttempera-turen +l7OC i beläggningen beräknats

och angivits ovan.

sett - föreligger från konstruktionsgrupp .A, som

enligt ovan representeras av så många som 6 ;mov-sträckor, medan de övriga grupperna endast

repre-senteras av 1-2 provsträckor.

Om man med hjälp av figur 4 översiktligt bedömer bärigheten (medelmodulen) och dess utveckling, kan

man konstatera att

bärighetens utveckling från år till år varit

likformig för de 4 olika överbyggnadstyperna,

- de helt färdiga HB-konstruktionerna (efter

76-06) med tiden uppvisar en stigande bärighet

fram till 1979 varefter bärigheten avtagit

något under det senaste observationsåret,

- sistnämnda förhållande ej behöver tolkas som

tecken på begynnande sprickbildning hos

asfalt-beläggning - orsaken kan t ex vara att

under-lagets modul 1979 varit något högre och (eller)

1980 något lägre än tidigare,

- för att med någon grad av säkerhet kunna

be-döma bärighetens utveckling med tiden utifrån

medelmodulerna bör bärighetsprovningarna

upp-repas vid ytterligare ett par tillfällen. med

2-3 års tidsmellanrum,

- bärigheten (medelmodulen) genomsnittligt har

ökat. något. genom. pågläggningen. av BG och .AB

sommaren 1976, om man jämför perioden 74-76 med 76-80,

- sistnämnda bärighetsökning för exempelvis

grupp A uppgick till ca 15%, vilket kan synas

23

lite vid 9 cm ökning av beläggningstjockleken, men dock stämmer väl med en teoretisk beräk-ning enligt vilken bärighetsökningen endast

borde ha blivit obetydligt större (ca l7-20%).

Vidare visar en jämförelse mellan de olika

över-byggnadstyperna (A-D)

- att ett 15 cm tjockt lager av CG i botten av

HB-överbyggnaden bärighetsmässigt varit

lik-värdigt med samma tjocklek av IKS (D jämförd

med C)

- att den. mycket stora höjningen av terrassens bärighet, som erhölls vid kalkstabiliseringen

av den blöta lerundergrunden (str 5, bilaga 5),

medfört en ca 30-procentig ökning av

medelmo-dulen (B jämförd med C)

- att kalkstabiliseringen av leran på övriga ytor knappast återspeglat sig i något högre värde

hos medelmodulen jämfört. med :motsvarande .ytor

utan kalkstabiliserad terrass (A efter 1976

jämförd med C före 1976).

9.3 Lagermodulen hos de successivt

färdig-ställda BG-lagren samt motsvarande

medelmodul för underlaget

Ett av målen för bärighetsprovningarna vid denna

provväg är att försöka klarlägga

HB-överbygg-nadernas strukturella livslängd, dvs hur stor

ackumulerad trafikmängd, de kan utsättas för,

innan de brutits ned i sådan grad att ett första större underhållsarbete (t ex justering + nytt

slitlager) blir erforderligt för att vägytans

standard skall höjas till acceptabel trafikbarhet. Kännedom om den strukturella livslängden för olika utförda överbyggnader ger möjlighet att fastställa lämpliga dimensioner för HB-över-byggnadens lager för olika trafikmängder vid de på provvägen rådande yttre förhållandena och

detta - HB-överbyggnaders dimensionering vid svaga

underlag - var ett enl denna. undersöknings

huvud-mål.

Ett av tecknen på att en trafikerad väg närmar sig

det stadium, som kan betecknas som den strukturella

livstidens slut, är avtagande bärighet. EH]

väg-kropp med HB-överbyggnad hämtar sin bärighet

såväl från BG-lagret som från underlaget. Den

strukturella nedbrytningen bottnar i första hand i

att belastningsbetingade sprickor uppkommer i EM?

lagrets underkant, varvid BG-lagrets bidrag till

vägens bärighet givetvis ndnskar. Teoretiskt bör

detta leda till att vägens medelmodul, fastställd

genom provbelastning på vägytan, avtar. Genom att

utföra, periodiska. bestämningar' av själva.

BG-lag-rets E-modul (lagermodul) kan man emellertid få ett

avsevärt tydligare indicium på den begynnande

sprickbildningen i BG-lagret. Bestämning av

lager-modulen hos det övre lagret i.eai vägkonstruktion,

som kan betraktas som 2-skiktad, har sedan några år kunnat utföras bekvämt med hjälp av fallvikts-provning med s k 2-punktsmätning. Sådana prov-ningar har vid Vendelsövägen utförts samtidigt

som det övre lagrets E-modul analyserats

beträff-ande inverkan av temperaturen, lagertjockleken och

tiden (dvs ackumulerad trafikmängd). Resultaten

härav har redovisats i följande avsnitt (9.4).

25

9.4 Analys en; erhållna lagermoduler för det

fullt färdiga BG-lagret

Lagermodulerna för det fullt färdiga BG-lagret'

(fr 0 m 76-06-22) varierar med

- temperaturen

- lagertjockleken samt möjligen med

- tiden (ackumulerad trafikmängd)

Av dessa variationer är tidsvariationen den

centralaste. Frågan är alltså: "Kan man spåra någon nedgång' :i den genom fältprovning fastställda

effektiva lagermodulen för BG-lagret med det

öka-de antalet passerade fordon?" En sådan nedgång

skulle ;ni antyda (au begynnande, bärighetsbetingad

sprickbildning :i BG-lagret ti första hand i. dess

underkänt).

För att kunna studera E-modulens ev förändringar

med tiden måste E-modulerna vid (ha olika mättill-fällena återföras till en och samma temperatur.

Tabell 2 Materialets indelning under åren 1976-77 i fråga om E-modul och temperatur i ytan

resp i beläggningens centrum (c).

Prov- Temp i be- Temp i Provsträcka Mdv

nings- läggnings- belägg- (E-modul-MPa) för

datum ningens c ang.

temp. OC Ensk. mdv MPa Grupp 1, t 1330 cm

_1_

_8_

2

76.06 +38(32-45) +32,4 270 340 340 320 76.09 +11,5 +22,4 1145 1980 1655 1590 76.11 + 8,5 + 4,3 1890 3100 2500 2500 77.06 +22,5 +32,4 430 490 '460 460 77.08 +33,0 +29,1 390 465 415 425 Grupp 2, t *34 cm

2.

3.,

19

76.06 +38,0 +32,4 470 330' 430 410 76.09 +11,5 +22,4 1765 1385 2305 1820 76.11 + 8,5 + 4,3 3890 2340 3570 3270 77.06 +22,5 +32,4 600 470 550 540 77.08 +33,0 +29,1 580 440 540 520 Grupp 3, t 241 cm

4.

_7_

76.06 +38,0 +32,4 650 700 675 76.09 +11,5 +22,4 1765 2045 1905 76.11 + 8,5 + 4,3 3990 4390 4190 77.06 +22,5 +32,4 820 825 825 77.08 +33,0 +29,1 750 790 770 VTI MEDDELANDE 344

27

9.4.1 Temperaturkorrektion

Denna har utförts med hjälp av resultaten från 76 och 77

inom E-modul).

tidsperioden uppkomna förändringen

(varvid man således måste bortse från den

i

Provsträckorna har som synes i tabell 2 och 3 in-delats :i 3 grupper efter tjocklekarna. på .färdig

överbyggnad - ca 30 cm (str 1, 8 och 9) på 20 cm kalkstabili-sering ca 34 cm (str 2, sering 3 och 10) på 20 cm

kalkstabili-ca 41 cm (str 4 och 7) på ostabiliserad terrass.

Tabell 3 Materialets indelning under åren 1979-80 i fråga om E-modul och temperatur i ytan resp

i beläggningens centrum (c).

Prov- Temp i be- Temp i Provsträcka Mdv

nings- läggnings- belågg- (E-modul-MPa) för

datum ytan ningens c ang.

temp OC OC Ensk. mdv MPa Grupp 1, t=z30 cm

.1.

.8.

_9_

79.05 +23,0 +21,3 590 650 740 660 79.08 +25,5 +29,l 1350 1275 1520 1380 80.08 +13,5 +29,l 3580 3085 3550 3405 Grupp 2, t.z34 cm

.2.

_3_

.1.9

79.05 +23,0 +21,3 800 640 740 725 79.08 +25,5 +29,l 1615 1305 1520 1480 80.08 +13,5 +29,l 4000 3515 3550 3690 Grupp 3, t 41 cm

få

1

79.05 +23,0 +21,3 1370 1580 1475 79.08 +25,5 +29,l 1990 1890 1940 80.08 +13,5 +29,l 5550 4200 4875 VTI MEDDELANDE 3 4 4

I efterföljande diagram, figur 5 a-c, har

sam-bandskurvan yttemp/E-modul inlagts för åren

1976-77. I samma diagram har inlagts värdena från 1979 (maj + aug) och från 1980 (aug).

Som synes av figur 5 hamnar värdena från 1979 och

1980 ovanför sambandskurvan från 76-77, vilket

så-ledes antyder att trafiken gi haft någon bärighets-nedsättande inverkan på BG-lagret från 1976-77 fram till 1979-80. Lagermodulen har i stället ökat

tydligt. Flera verkliga eller skenbara orsaker till

detta förhållande kan tänkas:

- E-modulen har stigit genom trafikens

efterpack-ningseffekt på BG-lagret

- E-modulens ökning är skenbar och beror av att

nytt mätsystem (2-punktsmätning använts

1979-08 och 80-08).

Att förklaringen snarare är den senare tyder

vär-dena från 79-05 på. Dessa är beräknade på grundval

av l-punktsmätnimg på samma sätt som värdena från

1976-77. Att ökningen i E-modul från 79-05 till 79-08 på grund av förbättrad packning enligt ovan skulle kunna uppgå till visade värden (E-modulen

behöver för resp grupp öka ca 150%, ca 180% och

ca 70% från 79-05) förefaller mycket osannolikt.

29 58008 mm* 5 1 M% M) 2000. (a) f=30cm mm 879.08 mm mm -' 4,,,1976 77 7%)

o

(m)mm

0nmmnc

0 m m m m hmm pa 900.03 smm (MM mm-0979.00 mm< x 7905 _/'1976-77 .NI-o YTTEMP°C 0 m m m m mm._{pa e3000} aww ' Dä amm< (c)fzk1cm 2000' 097900 x 7905 1000-

_,

_/

1976-7

₇

GN* o YTTEMP°C 0 10 20 30 150

Figur 5(a-c) Sambandet mellan beläggningens

yt-temperatur och beräknade resp

upp-mätta E-modul (lagermodul) enl.

ta-bell 2 och 3.

9.4.2 BG-lagrets tjocklek

E-modulens beroende av BG-lagrets tjocklek har

åskådliggjorts i diagrammet, figur 6, för

yttempe-raturerna +100, +150, +20o och +300C. Värdena

hämtade från sambandskurvorna för 1976-77;

Som synes ökar E-modulen med

beläggningstjock-leken, speciellt vid lägre temperaturer, om man ser

till absoluta värden. I % räknat blir däremot

ökningen större vid högre temp (ökn. = 80% vid

+30°C och 50% vid +lOOC).

För framtida bruk torde det vid uppskattning av

BG--lagers E-moduler vara lämpligare att grunda dessa på resultaten av 2-punktsmätningar än på

resulta-ten av 'ul-punktsmätningar tillika med kännedom om

underlagets spänningsberoende E-modul. Av denna

anledning har kun: nedan konstruerats

sambandskur-vor (E-modul/yttemp), som grundar sig på värdena

från 2-punktsmätningarna (79-08 + 80-08), figur

7a-c. Härvid har det antagandet gjorts, att

lager-modulens temperaturberoende i det senare fallet

varit likformigt med sambandet framtaget m h a

värdena från 1976-77 (sambandskurvorna enligt

figur 5). I figur 6 har de vid denna provväg funna

sambanden redovisats och de avser sålunda

förhåll-andena vid svaga undergrunder.

31

EBG

themg._

AB

' BG

//ç//ê//Q//él : temp:

2000 -

.10°c

-: / C

.

<

45%/

_{o /.} 4'20 +30°C

'_-O

'

_{tjocklek (f) (cm)}

10

2'0

3b

40

Figur 6 Sambandet mellan BG-lagrets tjocklek och

dess modul vid olika yttemperatur.

E Hm amm (a) fz30cm zmm mm-(00) _/,_,1976'77 O m6) (06) YTTEMP°C 0 % ä i m mm-Mpu 8008 amm (b)f234cm zmm mm« x 72.05 _.N/r1976- 77 0 YTTEMP, °c 0 10 20 30 1.0

mm'

mm

MPO wm- ' v 3000. (c)_tngnggl 2000' 79.00 \ 1 79.05 1000 4 / 7976-77 0 YTTEMP °c 0 m m m w

Figur 7a-c Sambandskurvor E-modul-yttemperatur

för 1979-80 grundade på att samma förhållanden för yttemperaturen

råder som 1976-77.

33

Vid ovanstående analyser har som värde på

tempera-turen använts yttemperaturen i beläggningen.

Eftersom samband saknas mellan yttemperatur och

beläggningens medeltemperatur är det svårt att

ordna ett trovärdigt samband mellan E-modul och

beläggningens medeltemperatur, för att därur

er-hålla

E-modulens

årsvariation

vid

HBÖ-konstruk-tioner i aktuellt läge (i mellan- Sverige), vilket

bör vara huvudmålet för denna analys.

Vid de flesta mättillfällen har emellertid,

för-utom beläggningens yttemperatur, även angivits

rådande lufttemperatur. Eftersom samband tidigare

framtagits mellan luftens medeltemperatur och be_

läggningens medeltemperatur (Meddelande 138)

skulle den senare kunna härledas, om man

förut-sätter att den uppmätta lufttemperaturen vid

mätningen än: representativ* för luftens medeltemp

under dygnen före mätningen (Metod I). En annan

möjlighet, är att sätta beläggningstemp lika med

månadsmedelvärdet för lufttemp (kni aktuella.

mät-månaden Meddelande 138, tabell 2) och härur

er-hålla beläggningens :medelten$ enligt. den

statis-tiskt <grundade formeln. Uneddelande 138, sidan 20)

(Metod II).

Det angivna statistiska sambandet

T_B = 1.57 + 1.34 T_L

anges vara giltig för beläggningstjocklekar

230 cm.

Frågan är då, om den även är giltig för

belägg-ningstjockleken 41 cm som är aktuell vid analysen.

Formlerna för beläggningens medeltemp på olika djup (Meddelande 138, sidan 20) visar följande:

'rL antages = 100C

Djup under ytan: Medeltemp i belägg-ningsnivån: OC

2,5 cm 15,7

6,5cm 14,9

27,0 cm 15,1

33,0C1T1

Att utsträcka. den «generella formelns (ovan)

giltighet till beläggningar med tjockleken 41 cm kan således ej vara något nämnvärt fel. (Jfr f ö

Meddelande 138, figur 4).

I tabell 44 har beläggningstemp xxüi mätningstill-fällena härletts på bägge de sätt, som

diskute-rats ovan (Metod I resp II).

På samma sätt som tidigare har i nedanstående dia-gram (figur 8a-c) återgivits sambandet mellan

överbyggnadens lagermodul och temperatur med den

skillnaden, att temperaturen i detta fall icke avser

beläggningens yttemperatur vid

mätningstill-fället, utan beläggningens medeltemperatur, för

perioden 1976-77 beräknad enligt den ovannämnda

metoden med månadsmedelvärdet.

Eftersom beläggningens medeltemp vid varje mät-tillfälle praktiskt taget är oåtkomlig, kan detta

förfarande vara acceptabelt eftersom den på så vis

erhållna sambandskurvan grundar sig på många mät-värden från olika tider på året. Sambandskurvan kan

härigenom antas vara någon slags "medelkurva" för

den varma delen av året.

35

Tabell 4 Härledning av beläggningens

medeltempe-ratur enligt 2 metoder, som diskuterats

tidigare.

Mätnings- Angiven Bel:s Månadens Bel:s

tillfälle luft- medel- medelluft-

medel-temp

temp

templ)

temp

Met.I Met.II 0C 0C OC OC 74.06 +18,0 25,7 23,0 32,4 74.07 +18,0 25,7 21,4 30,3 74.10 + 5,0 8,3 8,1 12,5 75.07 - 21,4 30,3 76.04 + 6,5 10,3 4,2 7,2 76.06.01 +15,0 21,7 23,0 32,4 76.06.22 +24,0 33,8 23,0 32,4 76.09 + 9,0 13,7 15,5 22,4 76.11 +10 5 15,7 8.1-6=2 4,3 77.04 - 4,2 7,2 77.06 +17,0 24,4 23,0 32,4 77.08 - 20,5 29,1 79.05 +18,0 25,7 14,7 21,3 79.08 +20,0 28,4 20,5 29,1 80.08 +12,5 18,4 20,5 29,1

l) Medeltalsbildning för resp månad (med bortseende från årtalet) enligt tabell 2, Meddelande 138.

När det gäller värdena från 1979 och -80 kan

te-räkning enligt metod II ej vara lämplig (ett

försök att använda metod II leder till

svårför-klarliga diskontinuiteter i diagrammen). För de

tre värdena från 1979/80 har därför ett annat

förfarande använts, som utgår från den vid

mät-ningstillfällena registrerade yttemperaturen. I

bilaga 9 har utretts dels sambandet vid olika klock-slag mellan yttemperatur och beläggningens

medel-temperatur vid olika tidpunkter under sommaren,

dels det genomsnittliga sambandet mellan yttempera-tur och medeltemp under arbetsdagen (dvs mellan 8.00

och 16.00). Eftersom mätningarna utförts på olika sträckor vid olika tidpunkter på dagen och

sträck-orna senare grupperats i 3 grupper är det rimligt

att anta, att medelmodulen för varje grupp är hänförlig till den genomsnittliga

beläggnings-temperatur, som erhålles med hjälp av sistnämnda

samband mellan yttemp och medeltemp under arbets-dagen.

Härav erhålles med hjälp av kurvorna i PM:

För Grupp 1:

75.05.15-17

ty=23°c

t=23(l-0.06)=210,5

O

79.07.30-31-08.01

ty=23O,SOCC

E=25r5(l-0-12>=22 :5

80.08.22-24

ty=13,50C

t=13,5(l-0,04)=l30,0

För Grupp 2 och Grupp 3: D:o

Värdena från 79 (Mil 80 (3 st) har inlagts i dia' grammen figur 8a-c över sambanden mellan EBG och medeltemp för mätningstillfällena 1976-77. I

samma diagram har sambandskurvan E-modul för

BG/beläggningstemperaturen, framtagen genom

tidi-gare laboratorieförsök, inlagts. Ur diagrammet

kan följande slutsatser dras:

- Av värdena från 79 och 80 framgår att i varje

fall de två senaste (79.08 och 80.08) icke har

lägre värden än värdena från vägens

begyn-nelseskede (76-77). Någon begynnande

sprickbild-ning i BG-lagrets underkant p 9 a trafiken finns

det således gi skäl att anta under de första 5

åren av beläggningens tillvaro.

- Såväl begynnelsevärdena på EBG som värdena från 1979-80 ligger lägre än sambandskurvan

enligt laboratorieprovningar, vilket speciellt

gäller för tunnare beläggningar vid förhåll-andevis låga temperaturer.

E

37

MPO

/ BG (H=6.5°/o, 37% A120) LAB. KURVA

4000

-Medelfemp;

3000 -

7

AB

N 30 cm

0

. 35

7 // °//a-//§// *l/

_QIlJPQl

2000

-- =VÃRDEN FRÅN -

BE-GYNNELSESKEDET 1976-77

1000

-° I\

O

Medelfemp. i Del. °C

0

10

20

30

A0

4000

Medelfemp;

7

AB

6980.08

Namn

.

_ BG

\ |//\\// *0 WAV/I

3000-

\

_\

_6:0me

\

\

2000

-79.08\3\

1000

-x 79.05

\

0 \:

O

Medelfemp. i bei. °C

0

1b

2'0

30

40

VTI MEDDELANDE 3 4 4

Medelfempg_

4000-

₇

AB

N Man

₈₆

3000-

_...LUPILÅ

2000

1000

-VMedelfemp. i bel. °C

0 0

1b

2b

3b

40'

Figur 8 (a-c) _{Sambandet mellan medeltemp för}

be-läggningen och E-modul _beräknad

från _{2-punktsmätning 1979 och 80} samt från tidigare mätningar.

La-boratoriesambandet mellan E och

temp för tillverkade kärnor visat

(heldragen linje);

- _{I efterföljande sammanfattande diagram har}

sam-bandet mellan EBG vid olika temperatur och be-läggningstjocklek, grundat gå: nuvarande

"slut-värden" (från 1979-80) återgivits.

- _{Sistnämnda E-moduler bör t v kunna}

användas vid analytisk dimensionering en; överbyggnader,

där tjocka BG-lager vilande ;En svagt underlag ingår.

EBG

MPa

x1000 ;5;_'

10

-F U ' I O N \ J U 1 0 \ \ 1 0 3 \ O -5 Figur 9 39 för och sommar-E-modulen för BG (EBG) tjocka beläggningar (ca

vid olika förekommande

temperaturer (ca lOOC till 250C). Som

jämförelse har inlagts

laboratorievär-dena avseende enn specificerad svensk BG

under motsvarande yttre förhållanden.

gällande

20-40 cm) svenska

40

10 VÄGYTANS JÃMNHET I LÄNGSLED (PSI) OCH TVÄRLED (BIFROST) (INKL INVERKAN AV TJÄLE OCH SÄTTNINGAR)

10.1 Förändringarna i vägens längsled

PSI

10.11 Förändringarna före det slutliga

slit-lagrets anbringande i juni 1976 (dvs

icke- trafik-perioden) avses.

Representativa värden för utvecklingen antages

vara mätningsresultaten från 74.11, 75.11 och 76.06. Att resultatet från 76.06 är representativt för icke- tjälat tillstånd (liksom 74.11 och 75.11) grundar sig på de små observerade ändringar, som inträffade från 76.06.28 till 76.10.

För ovanstående .3 värden per provsträcka ut-föres linjär regressionsanalys varvid,

tidspara-metern uttryckes i veckor. Det värde, som bör vara

karaktäristiskt för den längsgående

vägjämn-hetens (PSI-värdets) utveckling under denna

inled-ningsperiod är skillnaden mellan

regressionsvär-det på PSI vid tidpunkterna 48 resp 126 veckor. Om

detta värde divideras med (126-48):52 erhålles

PSI-värdets sannolika nedgång räknat per år.

Värdena från samtliga pmovsträckor har återgivits i tabell 5.

41

Tabell 5 Årlig försämring av PSI ( APSI) jämte

tänkbara influerande faktorer.

Provsträcka 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bank(BJ B - - - B B B - - B Skärning (S) - S S S - - - S S -Aktuell lager-'Uockkä<(cnü 21,7 25,4 25,7 33,0 30,4 - 30,7 21,6 23,3 27,2

Årlig

försäm-ring av PSI-värde QSPSD: 0,53 0,76 0,45 0,43 0,40 1,03 0,83 0,93 0,71 1,22 Motsvarande korrelations-koeffkjenter(r) 1,00 0,96 0,96 0,97 0,99 0,99 0,96 0,97 0,97 0,99

En analys av resultaten enligt tabell 5 visar att jämnhetsförsämringen, APSI, under detta inled-ningsskede, då endast byggnadstrafik och

underlags-sättningar varit verksamma, varit beroende

dels av underlagets beskaffenhet (bank eller

skärning) i någon mån. Banksträckorna har härvid fått något större jämn-hetsförsämring genomsnittligt än

skärningssträckorna (APSI=O,8O resp

0,68).

dels av beläggningens (dåvarande) tjocklek, vilket är tydligast för

banksträckor-na, där regressionsekvationen (för

sträckor med stabilisering)

APSI = 2,66 -0,08ll t (r=0,785) där t är beläggn.tjockleken i cm

Sistnämnda resultat innebär eüü: den årliga

jämn-hetsförsämringen i inledningsskedet med en

be-läggningstjocklek av 25 cm skulle motsvara

APSI=O,63 (gäller för skärning, som är

kalk-stab).

10.12 Långsiktiga förändringar under hit-tillsvarande trafikeringsperiod (från 76.06.28 till 82.05)

PSI-värdets sannolika. utveckling under denna.

pe-riod har klarlagts med en linjär regressionsanalys

grundad på värdena från 76.06, 76.10, 77.11, 81.10,

82.05, således sommar-höst-värden. Analysen

vi-sar, att PSI-värdet i samtliga fall avtar med

tiden, men att minskningen är liten i samtliga fall (största PSI-minskningen per år åh: 0.077 enheter,

dvs ca 0,8 enheter pr 10 år).

Av de grafiska bilderna över PSI-värdenas

utveck-ling med tiden är det helt klart att PSI-värdena

vid tjällossningarna och tiden närmast därefter

vid de två tillfällen, då mätningar utförts

(77.03 och 79.03) varit lägre êhi hösten före och

sommaren efter mättillfällena. För att få de

sannolikaste värdena för PSI-nedsättningarna

under våren har skillnaden bildats mellan det

"lång-siktiga trendvärdet" enligt ovannämnda

regres-sionslinje vid (ha två vårmätningstillfällena. och

resp uppmätta vårvärde för PSI. Förfarandet har

illustrerats i figur 10. De erhållna resultaten har angivits i tabell 6.