VT notat
Nummer : V 182 Datum: 1992-04-14
Titel: Mätningar med Dynamic Cone Penetrometer (DCP) och Clegg på del av ny sträckning för väg 60 vid Lindesberg
Författare: Hans G Johansson
Avdelning: Vägavdelningens vägkonstruktionssektion
Projektnummer: _41046-4
Projektnamn: Teknisk geologi
Uppdragsgivare: Egen FoU
Distribution: Fri
div
Väg- och
1 INLEDNING
DCP och Clegg är fältutrustningar för mätning av bärighet/pack-ning hos undergrund och vägöverbyggnadsmaterial. Utrustbärighet/pack-ningarna används i många länder där varierande CBR (California §earing gatio) används som standard vid dimensionering av vägöverbygg-nad. Utrustningarna betingar relativt låga inköpskostnader och har en enkel mätprocedur. DCP kräver emellertid vanligtvis tre personers medverkan. Mätning med Clegg-cylindern klaras av en person.
Utrustningarna har testats på en delsträcka av väg 60 sydväst om Lindesberg i Örebro län. Delsträckan, Lilla Mon-Rya, byggs för närvarande och skall vara klar hösten 1992. Sträckan 9/400-9/900 används för flera olika försök där förutom test med nämnda appa-rater varierande konstruktioner i överbyggnaden följs upp. Pack-ningskontroll med olika mätmetoder genomförs också.
Undersökningarna med DCP och Clegg har gjorts på färdig terrass. Clegg har emellertid även använts på provsträckor med olika för-stärkningslager.
2 SYFTE
Undersökningarna har genomförts för att testa två utrustningar för mätning av bärighet/packning. De har ej använts tidigarei större omfattning i Sverige. Samtidigt bedöms möjligheten att använda utrustningarna för rutinmässigt, praktiskt bruk.
3 UTRUSTNING
För mätning av bärighet och packning används flera olika utrust-ningar med varierande teknisk konstruktion. Viss utrustning ex-empelvis Fallvikt är tekniskt sett mycket avancerad. DCP och Clegg är mycket enkla utrustningar.
3.1 DCP
Den kompletta DCP-utrustningen framgår av figur 1.
Iggy; 5 7 5 m :Su: com: mer: 60° 20.0 _i_ .-1
]<- "NVIL (RODS GCRD-l TOCZTHER)
a b o ut [ G a b o n HERSURING ROD
u- 16- die. STEEL ROD
Figur 1.
Mätningen sker genom att "hejaren" släpps från bestämd höjd mot städet. Resultatet av nedträngningen observeras på mätlinjalen. Följande slagserie (tabell 1) används vanligtvis.
Tabell 1. Slag Hedtrângning,:mm/slag >10 5-10 2-5 1-2 <1 N l -l C > C > U ' l l \ ) l -I
Protokoll över mätresultaten förs manuellt. Exempel på ett pro-tokoll ses i figur 2.
___I_ . __ ___.____,-_"__ __-_-_____________.___-__-___*_________._-_______--__o--___________ .--_____-_-____=-_---____-_---___--_________---_-_________--___--______-__
?RRL Dynamic Cone Penetrometer Data file rv6086
.3/04/92
Site LINDESBERG Date 910617
Section no. 6 Start layer FORMATION
"est no. 1 Condition CUT
Zhainage 9+580 Zero error (mm) 61
irection/lane RHS Surf thick (mm) 0
*osition/offset 2M CL Extens © line 0
Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng 1 61 i 11 27 339 : 21 57 556 i 31 87 711 . 41 123 948 . 2 1 104 i 12 30 363 : 22 60 574 2 32 90 723 1 42 126 970 : 3 3 147 2 13 33 385 i 23 63 590 i 33 95 747 I 43 129 993 : 4 6 177 2 14 36 406 i 24 66 607 i 34 100 784 i 44 132 1017 i 5 9 205 1 15 39 426 : 25 69 622 : 35 105 823 i 45 . 6 12 228 2 16 42 443 : 26 72 639 i 36 108 844 i 46 i 7 15 248 i 17 45 460 : 27 75 654 i 37 111 864 i 47 i 8 18 269 i 18 48 479 : 28 78 672 : 38 114 885 i 48 1 9 21 291 : 19 51 504 i 29 81 685 i 39 117 906 i 49 i 10 24 315 : 20 54 529 : 30 84 698 i 40 120 926 . 50 . 51 i 61 2 71 i 81 i 91 i 52 i 62 i 72 i 82 i 92 i 53 i 63 i 73 i 83 . 93 i 54 i 64 i 74 i 84 . 94 . 55 i 65 : 75 i 85 . 95 . 56 i 66 i 76 i 86 . 9b . 57 i 67 : 77 : 87 . 97 i 58 : 68 1 78 a 2 88 . 98 59 2 69 i 79 I 89 . 99 . 60 2 70 : 80 i 90 .100 . 1 8.00 E2 8.00 E3 8.00 E4 5.00 EM 0 70
Layer Strength CBR Thick Depth
mm/blow me nu.
Trans 32.25 6 86 86
1 6.74 37 870 956
leyn equation - 10910(CBR) = 2.632 - 1.28 * loglO(STRENGTH)
Figgr 2 .
De erhållna värdena kan antingen bearbetas manuellt eller i da-tor. TRRL i England har utvecklat ett datorprogram för beräkning av CBR (1). Ett exempel från mätningarna vid Lindesberg återges i figur 3.
[MT Q! F_ I LE 'ä 1"' ."E?::"fgf1
"Täwv uiük! - .r-;r .-:r rimma-..._.'-...' 5-' . ,.... .... | 0 _ 0 .I :tfn-'Ili...) .LJ .. ,_ ..____., :: *ut .,u:::7-. :z: 1' l "7.I L, . (#141...., Lau-F5_ 1-..."-1 __I 4- 1 1 5;: I k a n | I 4 .... .----....-...---....-...--_--.._'..-_...:.. I ..u a n | I I ----J---.| . . . . J . _ . . . I . . . a . _ . . . a . a _ . . . i _ a... I 1 U U I a, I n: a . D l - _0-_ n . . . --- . . . uI . . . i a . . . _ .... I ' n a I I 0 I 0 I I. | . I: c I 1 . . u u ..u---.-_--.._-....-..----.._----..-_... U I U l i 1 0 D' D _ _ . . u.--,.I----.---_-_..-i---_-lr- s 'I I ID U, , nu I D p d . H I._...-.----I.--_---_---0-:--4u-u .-a i I n ä u n i a a -I ' ,.. -..1 ... .. D I I 'I' l I . - H n _--.---.----.'---h--N---_.W U U . I i i II . . n . ...---.-...-..-r---...l..._.. ll . . . u-. _ -.o -m . _ . -.. .. -. . . n -M -Figgr 3. VTI NOTAT V 1823.2 Clegg
De mekaniska delarna i Clegg-apparaturen (figur 4) är i stort sett likartade med Proctorutrustningens. Clegg kompletteras med en piezometrisk accelerometer i övre delen av mätcylinderns handtag. D
:i .gig-,- 9'
en kopplas till en vidhängande mätdosa. §36; Figur 4. Clegg-apparat
Mätcylindern (4,5 kg) släpps från höjden 457 mm ingraverad på cylinderstången. Cylindern släpps 4 gånger på samma punkt, var-vid det fjärde värdet registreras som "Clegg Impact Value (CIV) . Erhållet värde omräknas med ekvationen K-CIV2 = CBR. Konstanten K varierar för olika jord- och materialtyper men i
litteraturen anges K = 0,07 som ett standardvärde för de flesta
jordmaterial (2). Värdet grundas dock på undersökningar i labo-ratorium under kontrollerade fukt- och packningsförhâllanden (se sid 10).
'Ilning
9/400
4 UNDERGRDND
Väg 60 delen Lilla Mon-Rya sydväst om Lindesberg i Örebro län
har en mycket variationsrik undergrund. Förutom korta stråk med berg förekommer grus, sand, silt, lera och siltig sandmorän med växlande utbredning längs vägsträckan. Eftersom området är
belä-get under den högsta kustlinjen dvs den nivå dit Östersjön en
gång nått, har krönpartier av åsar och moränhöjder utsatts för vågors påverkan, som omlagrat ursprungliga jordarter. Därvid har
svallsediment bl a överlagrat lera (se nedan).
Den del av vägsträckan, där mätningarna med DCP och Clegg har utförts, löper längs den östra basen av en stor rullstensås. Mätsträckan, 9/400-9/900, består därför av både isälvssand och
svallsand på lera. En profil över undergrundsförhållandena ses i figur 5.
Tbrrass
Sand Lera Sand Fyllning
Sand Lera
9/500 9/600 9/700 9/800
Figur 5. Undergrunden i schematisk längsprofil
5 HÃTNINGAR DCP OCH CLEGG
Mätningarna genomfördes på färdig terrass under tre dagar i mit-ten av juni 1991. Prov togs av terrassmaterialet för klassifice-ring av jordart och bedömning av vattenkvot vid aktuell tid-punkt.
VTI NOTAT V 182
5.1 DCPamåtningar
Mätningar med DCPutfördes i punkter med 20 meters avstånd från sektion 9/420 till 9/980. Varje punkt var belägen 2 meter från vägmitt på höger sida dvs i nordlig riktning. Punkternas läge är desamma som utnyttjats för mätningar med andra apparater (Fall-vikt, Loadman m fl).
Erhållna CBR-värden redovisas i figur 6. Värden över 10 har av-rundats till närmaste 5-tal.
TERRASS 25 m 15 15 _7_ g .2. 7 __ m 25 m - ZZ __ E; li W __ _i m _12 _ _ 20 35 10 _ 20 i 10 15 __ m m få 5 55
m
._.
m
7;
__
55
I;
"
7'
33
-
"
- 5 2: __ '- 45 __-15
_23
--
-
E
_
_
.l°.
_
- _
_'3
-
_å_ lå
I l l | I 91400 9/500 9/600 9/700 9/800 Figgr 6. DCP-CBRUnder 10 redovisas beräknat reellt värde. Av resultaten kan
föl-jande slutsatser dras:
* Terrassen består av en undergrund som är skiktad.
* Förutom ett par punkter med låga CBR-värden finns tendens till låg bärighet mellan 9/780 och 9/880. Bärigheten är emellertid inte alarmerande låg!
* Högsta CBR-värden registrerades för djupare nivåer på prov-sträckans mellersta del dvs där den utgörs av silt, sand och grus i växellagring. Detta motsvarar en östlig utlöpare av rullstensåsen (se sid 6).
* Fyllningen i provsträckans norra del var något sämre packad än resterande del (jämför dock nästa sida).
5.2 Cleggamätningar
Mätningarna med Clegg har skett omedelbart bredvid den punkt som mättes med DCP. Erhållna CIV (Clegg Impact Value) har omräknats till CBR med den allmängiltiga ekvation som beskrivits tidigare. Häri ligger en klar felkälla eftersom olika vattenkvoter i just denna typ av undersökta sediment torde vara vanligt och därmed av avgörande betydelse för beräkningarna av CBR. Därför erford-ras många flera mätningar på sådana finkorniga sediment med va-rierande vattenkvoter för att säkra beräkningar och resultat skall kunna erhållas för varje typ av sediment.
Det måste understrykas att de värden som erhålls med Clegg en-dast ger bärighetsmåttet för den översta delen av terrassen. Clegg ger således ett CBR för 15-20 cm ytlager.
Beräknade CBR-värden framgår av figur 7. Följande slutsatser kan
dras av resultaten:
* Leran har CBR-värdet 7-8 * Sand har CBR-värdet 14
* Fyllningsmassorna bestående av siltig sand har CBR-värdet 11-12
* Ett par höga CBR-värden, 27 respektive 40, tyder på fläckar med fastare fyllning eller mera troligt synbara inslaget av hårda, stora lerkörtlar.
12 Fyllning
QMMJ
TERRASS
m /97/ H 7 8
, /åndz / Lara , I / Sand \ Lera \ \ Sand \ \ \
9/500 9/600 9/700 9/800
Figgr 7. Clegg-CBR
Mätningar med Clegg har även skett på utlagt förstärkningslager. Detta består av bergkross på 200 m av provsträckan ochokrossat naturgrus på resterande 300 m. Eftersom bergkrossprodukten inne-håller stor mängd grova partiklar är det meningslöst att använda Clegg på sådant material. Om den skall den användas på okrossat naturgrus måste stor varsamhet iakttas var Clegg-cylindern pla-ceras. Träff på stora partiklar ger otvivelaktigt höga
CBR-vär-den.
6 BESTÃMNING AV VATTENKVOI
Eftersom innehållet av vatten i jordarterna spelar en väsentlig roll för bärighetsvärdet togs ett antal jordprov för analys av vattenkvot.
(8-15 %)
lerkörtlar hade vattenkvoter på 10-15 %. Helt orörd
8-10 % vattenkvot. I det fall leran gick upp i terrassnivå var Generellt visar resultaten ganska höga vattenkvoter för samtliga material. Fyllningen av siltig sand med
sand hade vattenkvoten ca 14 %. VTI NOTAT V 182 12 Fyllning 11 9/900
10
7 KOMMENTARER.OH.APPARATUR OCH RESULTAT
DCP och Clegg är enkelt konstruerade utrustningar. De används runt om i världen, där krav på CBR-värden finns i dimensione-ringsnormer. DCP kräver tre personers medverkan, i nödfall två. Om utrustningen kan monteras på ett fordon och hejaren manövre-ras maskinellt bör den kunna vara ett alternativ till andra ut-rustningar för samma ändamål.
Clegg-utrustningen är till skillnad mot DCP hanterlig av en per-son. Den är dessutom.mindre skrymmande och ganska lätt att bära med sig.
Resultaten från de utförda undersökningarna på provsträckan vid Lindesberg är tvetydiga. Någon god korrelation mellan CBR-värden erhållna med DCP respektive Clegg har inte erhållits. Det bör emellertid erinras att Clegg mäter ett tunt ytlager. DCP-mät-ningen är å andra sidan mycket känslig för förändringar 1 pack-ningsgrad hos mycket tunna skikt. I en snabbt skiktväxlande jordlagerföljd har därför DCP betydligt bättre förutsättningar än Clegg att registera hållfasthetsförändringar.
När val av mätmetod skall göras är det således väsentligt att veta vilken noggrannhetsgrad man vill ha på sina undersöknings-resultat och hur långt ner i undergrunden/underbyggnaden pack-ningsgraden är intressant.
8 FORTSA'ITA UNDERSÖKNINGAR
De beskrivna undersökningarna har varit ett första försök att i Sverige använda och jämföra två enkla mätutrustningar för mät-ning av bärighet/packmät-ning. Eftersom svenska undergrundsförhål-landen skiljer sig väsentligt från de flesta andra länder kan resultaten inte direkt jämföras med vad som publicerats från likartade mätningar utmmlands.
Utrustningarna har för- och nackdelar vad avser både
11
tion och mätförfarande. De resultat som erhållits från detta första försök är alltför få för att rätt bedöma användningen som sådan och tillförlitligheten.
Det är därför betydelsefullt att göra flera jämförande studier. Främst bör flera vägterrasser mätas, vilka består av primära finkorniga jordarter (kohesionära sediment) eller bankfyllningar
med finmaterial.
Eftersom dessutom variationer i olika jordmaterials vatteninne-håll har stor betydelse för deras vatteninne-hållfasthet bör flera under-sökningar genomföras på samma typ av jordart men med olika vat-tenkvoter. Ett mer omfattande resultatunderlag måste insamlas för att fastställa möjligheterna för användning av utrustningar-na på finkorniga jordarter i Sverige.
9 LITTERATURREFERENS
(l) Overseas Road Note 8. A users manual for a program to ana-lyse dynamic cone penetrometer data. - Overseas Unit, TRRL, UK, 1990.
