VTl meddelande
Nr 708 - 1993
Armering och stabilisering av sand i bärlager vid förstärkning av väg
Prov vid Sunne 1988
Einar Lindh och Håkan Carlsson
VTI meddelande
Nr 708 - 1993
Armering och stabilisering av sand i bärlager vid förstärkning av väg
Prov vid Sunne 1988
Utgivare: Publikation:
VTI MEDDELANDE 708 Utgivningsår: Projeknummer:
1993 4141602-5 Väg- och transport- Projektnnamn:
Åforskningsinstitutet Armerade och/eller bundna lager av
581 95 Linköping sand. Prov vid Sunne 1988
Författare: Uppdragsgivare:
Einar Lindh och Håkan Carlsson Vägverket (VV)
Titel:
Armering och stabilisering av sand i bärlager vid förstärkning av väg Prov vid Sunne 1988
Referat (bakgrund, syfte, metod, resultat) max 200 ord:
På väg 881 vid Sunne i Värmland har VTT på Vägverkets uppdrag genomfört prov med sand i bärlager. Syftet med provet har varit att undersöka om sand i vissa fall kan användas närmare vägytan än vad som tillåts enligt Vägverkets byggnadsanvisningar, BYA, och då framför allt de anvisningar som gällde 1988 när provet startade. Motivet för att söka ny eller utökad användning av sand är att det i många fall finns överskott av sand exempelvis som följd av sandavskiljning vid framtagning av grus som ska hålla viss kornstorleksfördelning.
Tidigare provade metoder som stabilisering med cement och bitumen har provats parallellt med försök att armera bärlagerdelen med plastnät, geotextilduk samt korta (4 cm) plastfibrer. För att minska cementbehovet har också prov gjorts att blanda in en restprodukt från Skoghalls Sulfatfabrik kallad Mesa, bestående av kalciumkarbonat. Även s k mekanisk stabilisering har använts genom att i sanden blanda in ett annat material, i detta fall stenmjöl.
Resultaten visar att på vägar med låg trafikbelastning och relativt små tjälrörelser, den undre halvan av ett 20 cm tjockt bärlager kan utgöras av sand. Med samma korngradering i sanden som den vid Sunne provade och vid samma trafik- och klimatpåkänningar är det enligt provresultaten inte nödvändigt att sanden binds eller armeras för att undvika spårbildning. Stabilisering av sanden med cement och bitumen ökade som väntat avsevärt sandens bärighetsegenskaper uttryckta som lagermodul E, . bildningar i det
(f_ementstabiliserade
lagret bedöms vara orsak till att lagermodulen senare gått ner där. Aven det
bitumen-stabiliserade lagrets E-värde har gått ner, men de båda bitumen-stabiliserade sträckornas E, -värden
var efter fyra års trafik- och klimatpåverkan betydligt högre än referenssträckan med
ostabiliserad sand (sträcka 2).
Armering i, respektive omedelbart under, bärlagret med plastnät, geotextilduk eller korta
plastfibrer gav ej några mätbara fördelar. Däremot erhölls god effekt av Mesa (restprodukt
av kalciumkarbonat) tillsammans med cement. Inblandning av 25 % stenmjöl i sanden gav
inte någon höjd lagerstyvhet. Huruvida den förbättrade stabiliteten ger mindre spårbildning
än enbart sand kan ej utläsas ännu.
'
Kompletterande prov med i första hand sand med annan kornstorleksgradering som undre
bärlagerdel föreslås.
Publisher: Publication: vT] MEDDELANDE 708
vi Swedish Road and
Project
Published:
Project code:
1993
4141602-5
Transport Research Institute
Reinforced and/or bound layers of sand
S-581 95 Linköping Sweden
Test at Sunne 1988
Author:
Sponsor:
Einar Lindh and Håkan Carlsson
Swedish National Road Administration
Title: Reinforcement and stabilisation of sand in a roadbase
An experiment in Värmland, western Sweden 1988
Abstract (background,aims, methods, results) max 200 words:
At the request of the National Road Administration, the VTT has conducted an experiment using
sand in the roadbase of Road 881 in Värmland, western Sweden. The aim of the experiment was
to investigate whether it is possible in certain cases to use sand nearer the road surface than
hitherto permitted in the road construction directives of the National Road Administration,
BYA, in particular those applying in 1988 when the experiment started. The reason for studying
new or increased usage of sand is that in many cases there is a surplus of this material, often as
a result of sand separation in the production of gravel with a specified grain size distribution.
Earlier tried methods such as stabilisation with cement and bitumen have been tested parallel
to the tests with reinforcing the roadbase with plastic grids, geotextiles and short (4 cm) plastic
fibres. To reduce the cement requirement, tests have also been made with the addition of a waste
product, "Mesa", consisting of calcium carbonate from a sulphate plant. Also mechanical
stabilisation has been used when mixing in another material, in this case rock flour.
The results show that on roads with low traffic load and relatively small frost heave movements,
sand can be used as the lower half of a 20 cm thick roadbase. The results indicate that with the
same grain size distribution of the sand as that tested in Värmland and the same traffic and
climate stresses, it is not necessary for the sand to be bound orreinforced in order to avoid rutting.
As expected, stabilisation of the sand with cement and bitumen increased the bearing properties
of the sand expressed as layer modulus E,. Crack formation in the cement stabilised layer is
considered to be the cause of the subsequent decrease in the layer modulus there. Also the E,
value of the bitumen stabilised layer has decreased, but after four years influence by traffic and
climate, the E, values of the two stabilised layers were considerably higher than on the control
section with unstabilised sand (section 2).
Reinforcement within and immediately beneath the roadbase, respectively, with plastic grids,
geotextiles or short plastic fibres produced no measurable advantages. On the other hand, good
results were obtained with Mesa when mixed with cement.
Mixing in 25 % rock flour in the sand resulted in no increase in layer stiffness. Whether the
improved stability leads to reduced rutting compared to sand alone cannot yet be determined.
Further tests are proposed, primarily with sand of a different grain size distribution as the lower
part of the roadbase.
FÖRORD
På väg 881 vid Sunne utfördes sommaren 1988 förstärkning av den befintliga vägen och i samband därmed anlades ett antal provsträckor med ett lager av sand som armerats eller bundits med filler och bindemedel. Planering, byggnadsarbete samt provningar och mätresultat har redovisats i byggnadsrapport och lägesrapport (VTI Meddelande nr 587 och 651). I den här föreliggande rapporten sammanfattas och tolkas provningsresultaten och görs en generalisering av resultaten.
Den föreliggande rapporten har författats av undertecknad som projektledare. Håkan Carlsson, VTT har ansvarat för bearbetning av mätningsresultaten och sam-manställt dessa. Bearbetning av mätresultat har förutom av Håkan Carlsson utförts av Lennart Carlbom och Björn Björnsson. Sammanställningsarbete har utförts av Monica Dahlberg och rapportutskrift har Gunilla Sjöberg svarat för.
Vägverkets kontaktman för projektet har varit Sten Pettersson, VBv.
Provsträckorna är belägna inom Vägverkets arbetsområde Ao 15 i Sunne där väg-mästare Hans Lundgren och biträdande vägväg-mästaren Per Svensson har gett all be-hövlig assistans i samband med mätningar.
Linköping i juni 1993
SAMMANFATTNING SUMMARY 1 2 3 4 4.1 4.2 5 5.1 5.2 5.3 5.4 6 6.1 6.1.2 6.2 6.3 6.4 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 INLEDNING UNDERSÖKNINGENS SYFTE TIDIGARE RAPPORTER PROVSTRÄCKOR Läge Beskrivning av provsträckorna
UTFÖRDA MÄTNINGAR OCH INSPEKTIONER Bärighetsmätningar
Registrering av vägytans tvärprofil Avvägningar
Skaderegistrering
RESULTAT AV MÄTNINGAR OCH OBSERVATIONER Fallviktsresultat (Bärighetstillstånd)
Bärlagrets lagermodul Ej Vägytans jämnhet i tvärled Tjällyftningarnas storlek Skador
PROVETS RESULTAT, BEDÖMNINGAR OCH SLUT-SATSER
Bärlager av 20 cm grus jämfört med bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand
Bärlager av 10 cm grus på under bärlager av 10 cm sand stabiliserad med bitumenemulsion + 1,5 % cement Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand stabiliserad med "Mesa" + 4 % cement
Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand "mekaniskt" stabiliserad med stenmjöl
Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand som armerats med korta plastfibrer
Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand med armering av geonät över alternativt under sandlagret
Sida IV 29 32 35 37 40 43
INNEHÅLLSFÖRTECKNING (forts) Sida
7.7 Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand 46 med armering av geotextilduk med hög draghållfasthet
7.8 Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand 49 med armering av geotextilduk som omvirats runt
sand-lagret
7.9 Bärlager av nominellt 20 cm sand som stabiliserats med 51 alternativt bitumenemulsion + cement, stenmjöl, + cement,
"Mesa" + cement
8 LITTERATURREFERENSER 54
BILAGA 1: Foto av fallvikt och Primalmätare
BILAGA 2: Mätresultat från fallviktsmätningar som ej
redo-BILAGA 3:
BILAGA 4:
BILAGA 5: BILAGA 6:
visats i tidigare rapporter
Tvärprofiler registrerade med lasermätare "Primalmätare", 1992-09
Spårdjup, max, min samt spårarea 1988-09 - 1990-10 och 1992
Spårdjup. Sammanställning av maximalt spårdjup Observationsprotokoll 1992
Armering och stabilisering av sand i bärlager vid förstärkning av väg
Prov vid Sunne 1988
av Einar Lindh och Håkan Carlsson
Statens Väg- och Transportforskningsinstitut (VTT) 581 95 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
I föreliggande rapport redovisas resultatet av en undersökning om användning av sand i överbyggnadslager vid förstärkning av väg 881 vid Sunne i Värmland. Un-dersökningen har utförts av VTI på Vägverkets uppdrag.
Bakgrunden till uppdraget var att Vägverket i vissa fall får överskott av sand exempelvis som restmaterial vid sandavskiljning.
Normalt tillåts enligt BYA, inte sand i överbyggnadslager vilket bidrar till svårig-heterna att finna tekniska och ekonomiskt godtagbara användningar av sanden.
Syftet med undersökningen var därför i första hand att undersöka och påvisa möj-liga användningar av sand i vägöverbyggnad och då främst undersöka om sand kan användas högre upp i vägöverbyggnaden än vad som BYA tillåter.
I uppdraget ingick också att om det visade sig möjligt även utnyttja armering och stabilisering som medel för att pröva nya lösningar för att nyttiggöra sand i väg-överbyggnad. Avsikten var att söka nya och okonventionella lösningar för detta syfte.
Förutsättningarna för att kunna dra generella slutsatser av provet begränsas dock starkt av provplatsens karaktär - vägen är bland annat starkt kuperad - vilket med-förde svårigheter att finna avsnitt med lika undergrund. Med tanke på de yttre geologiska förutsättningarna bör därför undersökningen betraktas som ett förprov.
Ett annat skäl till att det kan vara lämpligt att fortsätta undersökningarna under bättre betingelser för utvärdering är att trafikbelastningen visade sig för låg för att tydliga skillnader mellan provkonstruktionerna skulle uppstå.
II
Trots de bristfälliga yttre betingelserna för ett jämförande prov har detta ändå gett intressanta rön även av generellt viktig karaktär.
Mot bakgrund av syftet med undersökningen kan resultaten sammanfattas på följ-ande sätt:
e Vid den rådande trafikbelastningen (ÅDT ca 350 fordon varav ca 5-6 % tunga fordon) och relativt måttliga tjälrörelser kan vid förstärkning av väg en undre del av bärlagret utgöras av sand.
e Sanden behöver ej bindas med bindemedel för att det kombinerade bärlagret ska motstå trafik- och klimatpåkänningar av liknande storlek som på väg 881.
e Att använda ett bärlager som helt utgöres av sand som stabiliserats med cement eller bitumen medför sprickbildningar som kan medföra vatteninträngning i vägkroppen. Ett bitumenstabiliserat bärlager kan dock enligt provningsresulta-ten vara att föredra om hela bärlagret ska stabiliseras.
e Mot bakgrund av tidigare erfarenheter av helt cementbundna bärlager bör så-dana undvikas vid förstärkning av befintliga vägar där nämnvärda tjällyftningar förekommer och då speciellt om tjällyftningarna är ojämna.
e Stabilisering av en undre bärlagerdel av sand med bindemedel som cement och bitumen kan däremot ge en förstärkning till bärlagret som blir bestående och kan medföra att sprickbildningar i vägytan kan undvikas. Enbart cement bör dock helst undvikas vid stabilisering av ensartad sand på grund av sandens por-volym som medför behov av höga halter bindemedel för att uppfylla de i BYA ställda hållfasthetskraven, 5 MPa. Restmaterial som kan bidraga till att fylla porer kan minska behovet av stor cementmängd. Att stabilisera sand enbart med cement kräver normalt höga halter vilket kan medföra omfattande sprick-bildning.
e Armering av ett kombinerat bärlager av grus på sand medför ingen bärighets-mässig fördel utan medför att det sammansatta bärlagrets lagermodul, som är ett uttryck för lagrets styvhet och inre samverkan, försämras.
e Ett kombinerat bärlager av 10 cm grus på ett undre bärlager av sand ger högre lagermodul för det kombinerade bärlagret än om armering med geonät,
geotex-III
tilduk eller armering i sanden med korta plastfibrer används. Detta gäller inom det belastningsområde som här förekommit dvs under sandens inre stabilitets-brottgräns.
e Den relativt höga lagermodulen för ett kombinerat bärlager (grus på sand) be-ror med stor sannolikhet på samverkan grus-sand i gränsskiktet.
Den på väg 881 vid Sunne genomförda undersökningen har trots den låga trafikbe-lastningen gett ett flertal intressanta rön och erfarenheter. Med tillvaratagande av dessa bör undersökningar genomföras under vetenskapligt bättre kontrollerbara förhållanden för att erhålla generellt pålitliga anvisningar i BYA om användning av sand i bärlager vid förstärkning av vägar. Främst bör sandmaterial med olika korn-storleksfördelningar prövas som undre del i bärlager.
IV
Reinforcement and stabilisation of sand in a roadbase
An experiment in Värmland, western Sweden 1988
by Einar Lindh and Håkan Carlsson
Swedish Road and Transport Research Institute (VTT) S-581 95 LINKÖPING, Sweden
SUMMARY
This report describes the results of an experiment with sand as a roadbase layer when strengthening Road 881 in Värmland, western Sweden. The study was carried out by the VTI on behalf of the National Road Administration.
The background to the commission was that the National Road Administration in some cases has a surplus of sand, for example as a waste product in sand separation.
Normally, the Swedish road construction directives (BYA) do not allow the use of sand in road pavements. This contributes to the difficulties of finding technically and economically acceptable utilisation of the sand.
The purpose of the experiment was therefore primarily to study and demonstrate possible uses of the sand in a road pavement, in particular to investigate whether sand can be used higher up in the road pavement than previously allowed by the BYA rules.
The commission included studying the possibility of using strengthening and stabilisation in testing new solutions for utilising sand in a roadbase. The aim was to find new and unconventional solutions for this purpose.
However, the prospects of being able to draw general conclusions from the experiment are severely limited by the nature of the test section. The road is very hilly, which led to difficulties in finding sections with a similar roadbase. In view of the external geological conditions, the experiment should be regarded as a pilot test.
Another reason for continuing the investigations under better conditions for evaluation is that the traffic load proved too small to determine clear differences
Despite the unsatisfactory external conditions for a comparative experiment, this has provided interesting results which are also of a generally important nature.
In regard to the objective of the experiment, the results can be summarised as follows:
e With the prevailing traffic load (AADT about 350 vehicles, of which about 5-6 % were heavy vehicles) and relatively moderate frost heave movements, sand may be used as the lower part of the roadbase when strengthening a road.
e The sand need not contain binder for the combined roadbase to withstand traffic and climate stresses of a similar degree to those on road 881.
e Using a roadbase consisting wholly of sand stabilised with cement or bitumen leads to crack formation and possibly to water penetration of the road structure. However, the results of the experiment indicate that a bitumen stabi-lised roadbase may be preferable if the whole roadbase is to be stabistabi-lised.
e In view of earlier experience of cement bound roadbases, these should be avoided when strengthening existing roads where significant frost heave movements occur, especially if the movements are uneven.
e Stabilisation of the lower part of the roadbase with binders such as cement and bitumen may, on the other hand, produce a durable strengthening of the road-base and thus prevent crack formation in the road surface. However, cement alone should be avoided when stabilising sand, owing to the pore volume of the sand which demands high contents of binder. Waste products that can contribute to filling pores may eliminate the need for a large quantity of cement. Stabilising sand with cement alone requires high contents of cement, which may lead to extensive crack formation.
e Reinforcement of a combined roadbase of gravel on sand brings no advantage in bearing capacity but instead reduces the layer modulus of the combined roadbase, which is an expression of the layer flexural resistance and internal interaction.
VI
e A combined roadbase of 10 cm gravel on a lower roadbase of sand gives a higher layer modulus for the combined roadbase compared to strengthening with plastic grids, geotextiles or plastic fibres. This applies within the load range occurring in this experiment, i.e. below the internal stability failure limit of the sand.
e The relatively high layer modulus of a combined roadbase (gravel on sand) is very probably due to interaction between gravel and sand in the boundary layer.
Despite the low traffic load, the experiment conducted on Road 881 has provided a number of interesting findings. These should be applied in performing investiga-tions under scientifically better controlled condiinvestiga-tions to obtain generally reliable BYA directives for using sand in roadbases when strengthening roads. In particular, sand materials with different grain size distributions should be tested in the lower part of roadbases.
1 INLEDNING
Sand som byggnadsmaterial finns ofta tillgängligt i stor utsträckning men kan ge-nom sina egenskaper inte användas högt upp i vägöverbyggnader. Det är sandens dåliga motståndskraft mot omlagring som gör att ett sandlager inte kan användas där höga krav ställs på inre stabilitet i lagret. Sand erhålls ofta som överskottsma-terial. Exempelvis har i samband med förbättring av sandiga grusmateial genom sandavskiljning detta medfört att sand erhållits som restmaterial och lagts i upplag. Man har ofta inte funnit acceptabel användning för denna sand.
För att söka nya användningsområden för sand gav Vägverket 1987 VTT i uppdrag att i ett forskningsprojekt undersöka om sand genom olika åtgärder kan användas högre upp i vägöverbyggnader på lågt trafikerade vägar än vad som nu tillåts enligt Vägverkets byggnadsanvisningar, BYA.
Olika metoder att stabilisera sand och då främst med cement och bitumen har redan tidigare provats, varför en grundläggande kunskap finns om fördelar och nackdelar med dessa metoder. Det nya projektet har syftat till att förutsättningslöst pröva om det finns andra metoder som förbättrar möjligheterna att använda sand i vägbygg-nad. I projektet förutsattes därför att förutom stabilisering av sanden genom in-blandning av filler med eller utan tillsats av bindemedel även prova att armera sanden eller armera konstruktionen med ingående sandlager.
På eftersommaren 1988 anlades tretton provsträckor på väg 881 vid Sunne. På fem av provsträckorna användes armering av olika slag, på sex sträckor stabiliserades sanden med filler och/eller bindemedel.
Två referenssträckor anlades varav den ena med enbart bärlagergrus och den andra med 10 cm bärlagergrus på 10 cm sand.
2 UNDERSÖKNINGENS SYFTE
Provsträckorna på väg 881 vid Sunne har utförts med syftet att visa om sand, ge-nom utnyttjande av förstärkande metoder som stabilisering och armering, på låg-trafikerade vägar kan användas högre upp i vägöverbyggnad, än vad som tillåts för obehandlad sand enligt Vägverkets byggnadsanvisningar, BYA.
3 TIDIGARE RAPPORTER
Redogörelse för förplanering, litteratursökning, förprovningar samt utförandet av provsträckorna har gjorts i byggnadsrapporten, VTI Meddelande nr 587, 1989.
4 PROVSTRÄCKOR
4.1 Läge
Provsträckorna är belägna på väg 881, Berga-Folkesgården, ca 1 mil söder om Sunne i Värmland. Se figur 1.
Sunne Väg 881 Folkesgården PROVSTRÄCKOR
]
Karlstad
Figur 1,
Provsträckornas läge.
Provsträckorna ingår som en del i förstärkning av den befintliga grusvägen.
För-stärkningen utgöres dels av att materialets sammansättning i vägen ytskikt
förbätt-rats genom infräsning av grövre material, makadam, till ett djup av ca 12 cm dels
en påläggning med ca 15 cm bärlagergrus. Efter förstärkningen har Y1G utförts
som slitlager.
Vägens tidigare uppbyggnad bestod enligt Vägverkets undersökning av från ytan
ca S cm slitlagergrus, sandigt-moigt C-material till ca 30 cm och därunder
lermaterial. Vägen har inom avsnitten för provsträckorna varit utsatt för
ytuppmjukning och ojämn tjällyftning. Tjällyftningen var vintern 1987/88 maximalt
ca 15 cm. Rustbäddar i vägen på vissa avsnitt tyder på starkare
bärighetsnedsättning under våren vissa år. Dessa avsnitt ligger dock utom
provsträckorna.
Dikning har utförts i samband med förstärkningsarbetena.
VTI MEDDELANDE 708
Trafikmängden på vägavsnittet var före 1988 ca 200 fordon per dygn (ÅDT). En trafikökning har skett sedan dess och anges 1993 vara 350 fordon per dygn (ÅDT) varav tung trafik (>3,5 ton) uppskattats till 5 å 6 %.
4.2 Beskrivning av provsträckorna
Totalt har 13 provsträckor utförts. Sträckorna 1-10 har anlagts mellan sektionerna 0/240-0/620 inom ett lågt och någorlunda horisontellt vägavsnitt inom den i övrigt starkt kuperade terrängen och vägen. Sträckorna 11-13 däremot är belägna inom ett högt beläget avsnitt mellan sektionerna 0/800-0/960. Det var svårt att i den starkt kuperade terrängen finna delar med likartad undergrund för de olika prov-sträckorna. De utvalda vägavsnitten bedömdes bäst motsvara kraven på lika förut-sättningar mellan provsträckorna.
I figur 2 visas en planskiss och profil över de aktuella vägavsnitten och i figur 3 en schematisk skiss över provsträckornas indelning. Tvärsektioner visas i figurerna 4 och 5. En mera detaljerad beskrivning av varje provsträcka visas i figur 6.
Provstr 12 -13 PROFIL &50 & 15 & 40 35 sov-$30 0/833 -__0/960 Sekt. 0/240 0/620 0/800 0/875
PROVSTRÄCKOR PÅ VÄG 881 BERGA - FOLKESGÅRDEN DEL 1. Provsträckorna 1-10.
m;LAGER 10cm BUNDET ELLEmmm BÄRLAGERGRUS
SAND BITUMENEMULS "MESA" 5% STENMJÖL 25% KRENIT GEOGR!D GEOTEXTILVÄV GEOTEXTIL ICKE KRENIT 20cm 10 cm 5S% *CEM1S%| *CEM. 4 % 0.5 VIKT+% UNDER UNDER UNDER UNDER VÄVD ÖVER a 0.25
BÄRLAG. SANDLAG.| BÄRLAG. SANDLAG./ UNDER SANDLAG./ VIKT-% (OMVIRAT) DEL 2. Provsträckorna 11-13.
' 40m | | 40 m | 40 m (
0, © ©
. _
LÄNGDERPÅPROVSTRÄCKORNA
uma
com
SAND20cm
SAND20cm SAND20em
+5% BITUMEN- +25% STEN: *5%"MESA"
EMULSION
MJÖL
*4%CEM.
*1.5%CEM.
*4% CEM.
Figur 3,
Schematisk indelning av provsträckor.
PROVSTR. 2 -10
Y1G
Färdig vägbredd 6m
Bärlagergrus 10 cm
E
egen
Sandlager 10 cm
Infräsning av makadam
till ca 12 cm djup i den
befintliga vägens ytskikt
igur 4
Tvärsektion provsträcka 2-10.
PROVSTR. 11-13
Färdig vägbredd 6
vagre m
Y1G
Stabiliserat sandlager
gom
Nominell tjocklek 20 cm
Infräsning av
mokndZnX
till ca 12 cm djup i den
befintliga vägens ytskikt
Figur
Tvärsektion provsträcka 11-13.
Referens str. q
ja 0 m Y1G
IoP o.d. .A.A.. '_b:
b, +, 8 03 2 3, 3 P . 20 cm bärlagergrus 1, PCs (Rs
| Makadam infräst i befintlig Cu V ") © vägs ytskikt.
å 20 m j Y1G
g ,'a_A;? :,:?Ö 10 cm bärlagergrus . ., 10 cm sand
F IM kadam infräst i befintligakadam infräst i befintli Gu O ,) C vägs ytskikt
1 40!" JY1G
!fb':
4 $".i
rå::]. 10 cm bärlagergrus
|________:| 10cm sand stab. med 5%
[22% -
'';"i bitumenemulsion + 15% cem
I
Makadam infräst i befintlig
(J O ,) C vägs ytskikt
proxy40 m 1 Y1G
fr e 9si 6 :m. i &Aq+ K:l10 cm bärlagergrus
'å'-"KK ÅRS"=",_! 10 cm sand stab. med 5 vikt-% "Mesa" i : -; (restprod. av 4% cem.
IMakadam infräst i befintlig vägs ( I O O C ytskikt
Jo= LOm | Y1G
ity*
alsr;_l' 10 cm bärlagergrus
lg J tt
:! 10 cm sand mek. stab. med 25% stenmjöl
| L,
Ö r)C l Makadam i befintlig vägs ytskikt
forsen
aAa....:-b.:.._._.d. .Ajdl
j Y1G
| p324123.d
|10 cm bärlagergrus
ki
21 10125 + De,
10 cm sand armerad med kort
| mbt er ca 0.5 vikt-% arg (9
(, Q f) C Måäuffm infräst i befintlig vägs
4
33.2;fh_f;2iBAlwcm bärlagergrus
galen,
%Armermg med geogrid0 ©m um s D I . l ' * e *
:,ZÄ.-".l5i'*.""-:1.53!
*"; 10 cm sand
j Makadam infräst i befintlig vägs Cu V O C ytskikt
-- 252 nuo
1';;S92:44 444 4.9.'N 10 cm bärlagergrus i ' 1 10cm sand
--- Armering med geogrid
(J &) ,) Cj Makadam infräst i befintlig vägs ytskikt Figur och längder. © D © f
nilsent iP:
451':. 10 cm bärlagergrus
[-. 8
VA-. ; Ag; A+ %, B. A
..
.
| f 1 rmering med vävd geotextil t tec1: 10 cm sand1
CJO r) (x lMukadgnåLntft ösfi befintlig
vägs ytski
| 25 m _ Y1G rat tt at tr At 2
låf-'AÖ_'-.-AÄ_'Å3 al:A '4'!10cm bärlagergrus Kl, "2" ---1 10 cm sand ) +-
Jl Armering med geotextil
! Cl Ö O C Mukadgruwgmshbefmtlig
vägs ytski
L
ÅOm i Y1G4.5 1 at 2. 14] 1204 220; 4]
il:
ZA; :p:_?
art
j 10cm bärlagergrus
f '.::'_
| 10 cm sand armerad med två lager
geotextil (nonvoven)
g Qf) C Mukknggm infräst i befintlig vägs
20 m
J Y1G
-a2
F Få 28 +
"LATÅ:i|10cm bärlagergrus
?
| 10 cm sand armerad med korta4 (4cm) fibrer, 0.25 vikt-% ' I Makadam infräst i befintlig vägs
('IO ,) C ytskikt _ _ o _ _ . . _ . o n 00 > 4 * 3 . .
-") 20 cm (nom.) sandstabiliserad med
:':© 5% bitumenemulsion + 1.5 %cement
.GOm
Makadam infräst i befintligvägs ytskikt
sama VTG
:. :':'-1 20 cm(nom.) sand stabiliserad med 25 vikt-% stenmjöl + 4% cement
Makadaminfräst i befintlig vägs
ytskikt
soc Sms
/ 20 cm (nom.) sand stabiliserad med
ätt rf ert r5[-: 5%"Mesa" +4%cement
"Ty O D © Makadaminfrästibefintlig vägs !
ytskikt
5 UTFÖRDA MÄTNINGAR OCH INSPEKTIONER
För att jämföra provsträckorna inbördes och med referenssträckor har bärighets-mätningar gjorts med fallvikt (se bild 1 i bilaga 1) och för registrering av tvär-profilens förändringar (främst spårbildning) har använts VTlIs "Primal" -mätare (se bild 2 i bilaga 1). Dessutom har avvägningar gjorts i tvärprofilernas ändpunk-ter för kontroll av deras höjdlägen men också vid ett tillfälle vinändpunk-tertid för att undersöka tjällyftningarnas storlek och variation mellan sträckorna. Registrering av skador och sprickbildningar i vägytan har gjorts vid ett par tillfällen årligen.
5.1 Bärighetsmätningar
Med VTIs fallviktsutrustningar har nedböjningen i vägytan under en dynamisk last uppmätts i centrum av belastningsplattan samt på vissa avstånd från centrum. Mätningar har gjorts, dels på den ursprungliga grusvägytan före förstärkningsarbete -nas påbörjande, dels på vägytan efter inblandning av makadam i vägens ytskikt före förstärkning med nytt bärlager samt slutligen också på vägytan efter färdig för-stärkning och beläggning med Y1G.
Mätningarna på den förstärkta vägens yta har utförts på våren under och i slut-skedet av tjällossningsperiod samt under sensommar-tidig höst då högsta bärig-heten förväntats.
Resultaten redovisas här i form av elasticitetsvärden av tre slag, E, Ej samt E>-värden eller -moduler.
Em-värdet är baserat på vägytans nedböjning i centrum av belastningsplattan och är ett mått på hela konstruktionens styvhet och motstånd mot nedböjning i vägytan vid belastning.
Ej-värdet är baserat på förhållandet mellan vägytans nedböjning i centrum av be-lastningsplattan och nedböjningen i en punkt på ett visst avstånd från centrum vilket här valts till 45 cm. Ej-värdet är ett mått på bärlagrets styvhet eller böjmot-stånd.
E-värdet är ett mått på underlagets-undergrundens fasthet och framräknas tillsam-mans med Ej-värdet genom passningsberäkning på grundval av mätresultaten och med hjälp av ett datorprogram (Chevron).
5.2 Registrering av vägytans tvärprofil
Med "Primal"-mätaren har vägytans avvikelser från ett laserplan uppmätts och ge-nom inbördes jämförelser mellan olika mättillfällen har eventuella förändringar i tvärprofilen registrerats. Mätningar har utförts vår och höst med start omedelbart efter byggandet av provsträckorna.
De uppritade tvärprofilerna från de sist utförda mätningarna 1992-09 visas i bilaga 3. Tidigare resultat har rapporterats i lägesrapporten 1992-10 (VTI Meddelande nr 651). Från de uppritade tvärprofilerna har maximalt spårdjup uppmätts.
5.3 Avvägningar
Avvägning för registrering av tjällyftningar gjordes vintern 1989-90 och har redo-visats i lägesrapport 1991-10 (VTI Meddelande nr 651). Tjällyftningarna uppmättes i mars 1990 i relation till vägens höjdnivå 1989-10 och återgången efter vintern genom ny avvägning 1990-10. Tjällyftningarna varierade mellan 0 och ca 15 cm.
5.4 Skaderegistrering
Granskning av vägytans utseende och registrering av skador och sprickor samt ev andra iakttagelser har gjorts vid ett flertal tillfällen, företrädesvis i samband med tvärprofilregistrering. Resultat från skaderegistreringar sommaren 1992 framgår av bilaga 4.
10
6 RESULTAT AV MÄTNINGAR OCH OBSERVATIONER
Redovisningen av mätresultat och observationer görs i det följande under rubriker-na "Fallviktsresultat" (6.1), "Tvärprofil" (6.2) och "Observationer" (6.3). Utvärde-ring av undersökningsresultat mot bakgrund av syftet med provet görs under rubri-ken "Undersökningens resultat" i kapitel 6.
6.1 Fallviktsresultat (Bärighetstillstånd)
Fallviktsresultaten avses visa förbättringar i vägkroppens fasthet och styvhet (här betecknat E,) på grund av förstärkningen. De avses också visa det förstärkande nya bärlagrets fasthet och styvhet (här betecknat E;) och skillnader mellan prov-sträckor i detta hänseende. Slutligen avses resultaten också visa skillnader i samma egenskaper i underlaget under bärlagret (här betecknat E) dvs den gamla vägkroppen och undergrunden.
Fallviktsresultaten avser att visa bärighetstillståndet dels före förstärkningen, dels efter den förberedande förstärkningsåtgärden som bestod i inblandning av makadam i den befintliga vägens ytskikt, dels omedelbart efter förstärkningen med nytt bärlager samt slutligen tillståndet kortare och längre tid efter för-stärkningen uppdelat i tillstånd under vårperiod respektive eftersommar/höst.
Bärighetstillståndet före förstärkningen har undersökts vid ett tillfälle under våren 1988 i slutskedet av tjällossningen (9 maj) och i augusti 1988, omedelbart före påförandet av det nya bärlagret men efter inblandningen av makadam i vägens ytskikt. Mätresultaten från dessa två mättillfällen har redovisats i byggnadsrappor-ten (VTT Meddelande nr 587). De visas också här i tabellform i tabell 1.
Mest intressant är att konstatera om resultaten visar några tydliga skillnader i Ey (=medelmodulen för vägkroppen och undergrunden) skillnader som kan inverka på jämförelser av det nya bärlagret på olika provsträckor. I tabell 1 visas därför me-delmodulen E,, per blivande provsträcka. Som synes är skillnaderna i E,-värde mellan flertalet sträckor ganska små. Största avvikelserna är på sträckorna 3, 6, 7A, 9, 10 samt sträcka 11. Högsta och lägsta värde är 110-54 vid vårmätningar och 141-59 vid augustimätningen. Provsträckorna 10-13 tillkom under ett sent skede i planeringen, vilket är orsak till att värden saknas där vid ett mättillfälle var-dera.
11
Tabell 1 Medelvärde E,, av medelmodulen per sträcka , MPa.
Före utläggning av nytt bärlager.
Mättillfälle
Prov- Planerat bärlager 88-05-09 88-08-23 str
Före förstärkning Makadam infräst i ytskiktet 1 Ref bärlagergrus 110 136 2 Ref sand 96 101 3 Asfaltemulsion 74 67 4 mesa + cement 94 95 5 Stenmjöl 102 95 6 Krenit - 0,5 % 83 108 JA Geogrid, över 79 135 7B Geogrid, under 108 141 SA Geotextil, över 103 87 SB Geotextil, under 100 94 9 Icke vävd, runt 96 69 10 Krenit - 0,25 % 54 11 Asfaltemulsion 59 12 Stenmjöl + cement 85 13 mesa + cement 102
Bärighetstillståndet efter den förberedande förstärkningsåtgärden framgår också av tabell 1 med mätresultat från 23/8-88. Av jämförelsen mellan resultaten från majmätningen och augustimätningen framgår att inblandningen av makadam i ytskiktet för att förbättra kornstorleksgraderingen inte gett någon tydlig höjning av Em-värdet. Detta är inte heller vad man bör vänta sig då ju inblandningen av maka-dam knappast höjer styvheten i ytlagret nämnvärt utan främst är avsett att ge den effekten att materialet efter makadaminblandningen ska vara mindre vattenkänsligt. Infräsningen och uppluckringen av ytskiktet har tydligen verkat i motsatt riktning på Em-värdet genom att den av trafiken tidigare hårdpackade ytan efter åtgärden inte blivit lika fast och hård.
Inblandningen av makadam tillhör ej provet, men har utförts även på provsträckor-na för att skapa lika förutsättningar med vägen i övrigt. Syftet med inblandningen av makadam är att erhålla en förbättring av materialets kornkurva i befintlig vägs ytskikt. En närmare undersökning och bedömning av effekten är dock önskvärd.
12
Skillnaderna i Ej-moduler mellan mättillfällena visas också i diagrammet i figur 7. Där finns dock inte sträckorna 10, 11, 12 och 13 med på grund av att de ännu inte fanns med planeringen 1988-05. Som framgår av figur 7 så är det bara på sträc-korna 1 och 6 samt 7A-7B som höjningar av E erhållits.
E m, f ö r ä n d r i n g ( M P a ) Sträcka 1-9
Figur 7, E-modul MPa. Förändring från mätning 1988-05-09 (före åtgärd) till mätning 1988-08-23 = efter inblandning av makadam i grus-vägens ytskikt.
Bärighetshöjningen genom förstärkningen med nytt påfört bärlager framgår av figur 8 som visar förändringen i E,-värde från mätningen strax före utlägg-ningen av det nya bärlagret.
Av figuren framgår, som väntat, tydligt skillnaden i effekt på mellan bundna och obundna bärlager i de fall cement använts (str 4, 12 och 13). Däremot visar inte sträckorna med asfaltemulsion (str 3 och 11) någon stor höjning av E-modulen utöver den höjning som även alla obundna provsträckor och referens-sträckorna 1 och 2 erhållit på grund av det nya bärlagret. Den minsta höjningen har erhållits på sträcka 7A med geonät (geogrid) i gränsskiktet mellan den övre bär-lagerdelen av 10 cm grus och den undre delen av 10 cm sand. Men att resultaten bör tolkas med försiktighet antyds av att referenssträcka 1 med 20 cm bärlagergrus erhållit mindre höjning av E;-värdet än referenssträcka 2 med 10 cm bärlagergrus på undre bärlagerdel av 10 cm sand.
13 200 180 160 140 120 00 Q Q Q = E m , för ä n d r i n g ( M P a ) & t Sträcka 1-13
Figur 8, Förändring av E,-värden efter utläggning av nytt bärlager. Förändring från 1988-08-23 (= på makadaminblandad grusvägsyta) till 1988-09-29 (= på nytt bärlager).
Bärighetstillståndet kortare respektive längre tid efter förstärkningen framgår av tabellerna 2 och 3. Tabell 2 visar resultat från höstmätningar (eftersommar/höst) och tabell 3 resultat från vårmätningar. Uppdelningen har gjorts för att tydligare visa tillstånd och förändringar under jämförbara yttre förhållanden. Under vårperioden är ju E-värdena starkt föränderliga beroende främst på tjälens verkningar i undergrunden och den frigjorda vattenmängden i materialen. Det är därför svårare att jämföra från olika år om man blandar vår- och höstmätningar. De senare visar vanligen en stabil utveckling beroende på att materialen i vägkroppen (främst undergrunden) återtagit sin ofrusna struktur och vatteninnehållet utjämnats och sjunkit till en lägre halt som ej dominerar lagrens bärighetsegenskaper i samma utsträckning som på våren.
Tabell 2 visar bärighetstillståndet (E,) dels före, dels omedelbart efter förstärk-ningen (88-09-29) dels en månad senare när bindemedel som cement och bitumen fått längre tid på sig att reagera. Därefter har som framgår av tabellen mätningar gjorts i oktober -90 och september -91.
Som framgår av tabellen avviker resultaten från mätningen 89-10-11 tydligt från övriga resultat. Orsaken är av allt att döma låg nattemperatur och nattfrost som på-verkat fallviktsresultaten. I övrigt antyder resultaten att asfalternulsionen på sträck-orna 3 och 11 härdat färdigt ganska sent (efter 88-09-29).
14
En tydlig försämring i E,-värden har skett på sträckorna 12 och 13 med helt cementstabiliserat bärlager av sand med nominellt 20 cm lagertjocklek. Sänkningen av Em-värdet beror troligen på sprickbildningar i lagren (de cementbundna). Även synligt på vägytan fanns redan på ett tidigt stadium längsgående sprickor vilka indikerar ytterligare sprickbildning, vilket påverkat E, negativt.
Tabell 2, Bärighetstillstånd i E-värde på provsträckorna vid mätningar eftersommar-höstperiod.
Provsträcka Sunne -88 Höstmätningar
E» medelvärde per provsträcka, MPa
Mättillfälle Datum och temperatur
880823 880929 891011 901003 920901
Prov- Provtyp 13-18%*C 12-19*C
str
Före för- Efter förstärkning stärkning med nytt bärlager men efter makadam-infräsning 1 Ref bärl. 136 170 237 177 164 2 Ref sand 101 150 227 169 166 3 Asfaltermulsion 67 139 245 169 164 4 Mesa + cement 95 232 269 221 211 5 Stenmjöl 95 151 233 169 168 6 Krenit - 0,5 % 108 138 218 158 168 JA Geogrid, över 135 149 229 190 178 7B Geogrid, under 141 177 254 212 199 SA Geotextil, över 87 144 211 180 171 SB Geotextil, under 94 131 207 177 170 9 Icke vävd, runt 69 91 136 117 115 10 Krenit - 0,25 % 83 139 110 111 11 Asfaltemulsion 59 115 177 147 138 12 Stenmjöl + cement 85 237 236 180 176 13 Mesa + cement 102 284 289 185 187 920901 = FWD 91 Ovriga = FWD 76
Vissa förändringar i har enligt resultaten i tabell 2 skett under de gång-na tre åren och även om enstaka mätresultat bör bedömas med försiktighet så kan
15
man skönja några förändringar som av allt att döma verkligen har skett. För att de ska framträda tydligare har i figur 9, E från mätningen 880929 satts till 0 och E-värden från höstmätningarna därefter beräknats som skillnader till mät-ningen 880929. I figur 9 har dock utelämnats mätresultaten från 891011 då de be-döms vara alltför osäkra och ge en felaktig bild av utvecklingen.
Som framgår av figur 9 har det på vissa sträckor skett tydliga förändringar efter första mättillfället 880929.
Om man betraktar resultaten från mätningarna 901003 och 920901 så visar dessa sinsemellan god överensstämmelse och bör kunna anses vara representativa för förändringar i Ey-värden efter 880929. Då framgår att provsträckorna med cement (4, 12 och 13) har ett lägre E,-värde både 901003 och 920901 vilket visar att en nedgång i lagrets hållfasthet skett. Däremot har provsträckorna med asfalt-emulsion bibehållit eller ökat sitt E-värde. Övriga provsträckor visar också något högre E-värden, vilket troligen beror på en viss efterpackning trots att detta, som det längre fram i rapporten ska visa sig, inte gett utslag i tvärprofilen där man vid en efterpackning kan vänta sig viss spårbildning.
JÄMFÖRELSER MED Em-VÄRDEN 1988-09-29 SOM SATTS = 0
å
50
To
0
mm%%mmmwmmm#,
8=
- K e
m©4m4mao_'
t
[J 90-10-03
"©
å -50
IM 92-09-01
=
H _100
Sträcka 1-13
Figur 9,
Jämförelser mellan E,,-värden från tre mättidpunkter, 1988-09-29
(=omedelbart efter förstärkning) och efter två respektive fyra års
trafik- och klimatpåkänningar.
16
Bärighetstillståndet under vårperiod och eventuella förändringar i detta med tiden efter förstärkningen visas i tabell 3 och figur 10. Av tabell 3 framgår E,-värden 1988-05-09, före förstärkningen och värden uppmätta på provsträckorna följande vårsäsonger efter förstärkning. Avsaknaden av E,-värden för provsträckorna 11-13 vid mätningen 88-05 beror på att dessa tillkom efter den första planeringen av provsträckorna och därför inte mättes 88-05. Under 1989 har bärighetsförändring-arna under tjällossningen följts genom en hel mätserie medan vid de andra mät-tillfällena mättidpunkten valts för att representera lägsta bärighet respektive år.
Tabell 3
Provsträckor Sunne -88 Vårmätningar
E medelvärden per sträcka, MPa
Mättillfälle
880509 890315 890410 890424 890508 900326 920413
Prov- Provtyp Före Efter förstärkning
str
för- stärk-ning
1 Ref bärlager 110 218 225 187 235 146 151
2 Ref sand + bärlager 96 179 215 190 207 133 142
3 Asfaltemulsion 74 160 195 168 204 127 131 4 "Mesa" + cement 94 233 254 232 303 174 167 5 Stenmjöl 102 187 186 167 194 131 130 6 Krenit -0,5 % 83 123 173 177 186 125 126 7 Geonät: A Över sandlagret 79 166 169 170 212 137 149 B Under sandlagret 108 224 201 207 240 153 160 8 Geotextil: A Över sandlagret 103 166 166 180 217 138 148 B Under sandlagret 100 144 187 191 214 128 144 9 Geotextil:
Virad runt sand]. 96 117 144 127 180 94 105
10 Krenit -0,25 % 54 120 129 110 162 83 92 11 Asfaltemulsion 119 130 121 174 98 104 12 Stenmjöl + cement 168 187 193 231 133 138 13 "Mesa" + cement 212 221 204 286 155 169 920413 = FWD 91 Övriga = FWD 76
17
I figur 10 visas E-värden under vårsäsongerna 1989-92 jämförda med värden vid mätning 1988-09 dvs strax efter förstärkningen men ändå alltså en höstmätning. Em-värden 1988-09 har satts till 0 för att underlätta jämförelserna. Endast mät-serier med lägsta vårvärden respektive år har medtagits i figur 10. Figur 10 visar bland annat svårigheten att få jämförbara värden mellan olika provsträckor när tjäl-lossningen befinner sig i olika stadier beroende på undergrund och olika skadlighet.
Det framgår av figur 10 och tabellerna 2 och 3 att E-värdena under våren 1989 var lika höga eller högre än i september 1988 på de flesta provsträckorna vid respektive mättillfällen. Enda undantagen var som synes provsträckorna 11 och 12 med cement samt vid ett tillfälle provsträcka 6 med Krenit. Under vårperioderna 1990 och -91 var dock E-värdena lägre än 1988-09.
JÄMFÖRELSER MED Em- VÄRDEN 1988-09-29 SOM SATTS = 0
M 89-03-15 EB 90-03-26 92-04-13 v E y e s Em , fö rä nd ri ng (M Pa ) -120 -140 : 2 3 : 3 3 : 2 3 2 2 2 8 2 2 : : : : å ä ä å å å m Sträcka 1-13
Figur 10, Jämförelser mellan E,,-värden 1988-09-29 (omedelbart efter
för-stärkning) och E-värden uppmätta vid tre mättillfällen under vår-perioder 1989-1992.
18
6.1.2 Bärlagrets lagermodul Ej
Om man vid fallviktsmätningen förutom vägytans nedböjning (sjunkningen) under centrum av belastningsplattan även registrerar nedböjningen på lämpligt avstånd från centrum kan med datorprogram och passningsberäkning bärlagrets lagermodul Ej och underlagets bärighetsvärde E beräknas.
Genom att jämföra kan effekten av förstärkningen på vägens allmänna bärighetstillstånd visas. Provsträckorna har dock utförts främst för att jämföra olika lösningar beträffande det påförda nya bärlagret och det är därför intressant att försöka få fram ett mått på bärlagrets styvhet eller lagermodul E; vilken vanligen har ett direkt samband med lagrets förstärkningseffekt och förmågan att motstå spårbildning. Däremot är det inte självklart att det alltid innebär att ett lager med hög lagermodul ger den optimalt bästa effekten på vägens bärighet definierad som vägens förmåga att motstå trafikbelastning och klimatpåverkan med bibehållen jämnhet på vägytan. Om undergrundens bärighetsvärde E> är lågt under vårperio-den kan exempelvis cementbundna lager brytas ner genom sprickbildningar och ge ojämnheter i vägytan. Det kan också i vissa fall i samband med ojämna tjällyft-ningar under vintern ge en kvarstående ojämn vägyta beroende på den dåliga eller obefintliga flexibiliteten i det cementbundna lagret.
För att visa medelvärden per provsträcka av de olika bärlagrens framräknade lager-moduler Ej; har dessa sammanställts i tabell 4 för höstmätningar och i tabell 5 för vårmätningar.
Mätresultaten från 1989-10 har redan tidigare bedömts ha blivit påverkade av ned-kylning och frost i vägytan natt före mätning trots att det i efterhand är svårt att påvisa då de närmaste väderuppgifter som kunnat erhållas från SMHI avser Arvika som är beläget ca 3 mil från provplatsen. Vid mätningen var dock temperaturen på plussidan enligt redovisning i tabell 4. Men referenssträckorna, sträcka 1 och 2, visar även de en omotiverad hög lagermodul jämfört med övriga mättillfällen, vilket starkt antyder allt för höga värden 1989-10-11.
19 Tabell 4 Provväg Sunne -88 Höstmätningar Lagermoduler för bärlagret. Ej, MPa Mättillfälle
Datum och temperatur vid mätning.
88-09-29 89-10-11 90-10-03 92-09-01
13-18%C 12-199C
Prov Prov typ str. 1 Ref bärlager 478 707 465 480 2 Ref 374 610 416 468 sand+bärlager 3 Asfaltemulsion 504 978 607 640 4 "Mesa"+cement 1101 1030 845 934 5 Stenmjöl 292 546 379 421 6 Krenit-0,5% 240 410 320 350 7 Geonät: A Över sandlagret 238 387 366 339 B Under sandlagret 275 471 424 376 8 Geotextil: A Över sandlagret 225 324 313 310 B Under sandlagret 272 472 465 453 9 Geotextil:
Virad runt sandl. 157 240 220 216
10 Krenit-0,25% 155 277 216 231 11 Asfaltemulsion 401 581 489 479 12 Stenmjöl+cement 2230 1238 732 827 13 "Mesa"+cement 2155 1513 857 952 92-09-01 = FWD 91 Övriga = FWD 76
20 Tabell 5 Provväg Sunne -88 Vårmätningar Lagermoduler för bärlagret. Ej, MPa Mättillfälle Datum och temperatur
89-03-15 89-04-10 89-04-24 89-05-08 90-03-26 92-04-13 Prov- Provtyp 89 C 7*C 12*C 9-12*C 5-9%C str 1 Ref bärlager 608 763 587 915 372 405 2 Ref 409 667 569 690 283 345 sand+bärlager 3 Asfaltemulsion 373 959 698 1034 469 468 4 "Mesa" 1086 1562 1238 2314 706 641 5 Stenmjöl 469 422 385 512 253 270 6 Krenit-0,5% 168 386 428 455 231 236 7 Geonät: A Över sandlagret 295 286 337 544 244 279 B Under sandlagret 426 355 433 531 263 278 8 Geotextil: A Över sandlagret 217 275 329 515 249 272 B Under sandlagret 227 393 507 715 282 343 9 Geotextil:
Virad runt sandl. 161 264 238 590 176 194
10 Krenit-0,25% 190 259 225 622 153 185 11 Asfaltemulsion 434 499 435 1487 329 371 12 Stenmjöl+cement 924 1128 1319 2303 620 575 13 "Mesa"+cement 1040 1324 1233 2700 751 765 920901 = FWD 91 Övriga = FWD 76
Förändringarna i E;j-värden vid jämförelse med mättidpunkten 1988-09-29 visas i figur 11 för höstmätningar och figur 12 för vårmätningar. I figur 12 har av vår-mätningsresultaten 1989 endast 89-03-15 medtagits.
I båda figurerna har mätningen närmast efter förstärkningen (1988-09-29) satts till 0.
21
Av figur 11 framgår tydligt hur de cementbundna bärlagrens lagermodul försämrats redan första året efter förstärkningen. Nivån på E1-värdena från 891011 är tydligt avvikande för de flesta av provsträckorna varför tolkningen av dessa bör göras med försiktighet.
JÄMFÖRELSE MED El-VÄRDEN 1988-09-29 SOM SATTS = 0. HÖSTMÄTNINGAR. © 89-10-11 90-10-03 M 92-09-01 -1200 -1400 -1600 La ge rm od ul E1 fö rä nd ri ng (M Pa ) Sträcka 1-13
Figur 11, Bärlagrets lagermodul Ej. Förändringar från mätning 1988-09-29. Medelvärden per provsträcka.
Av figur 12 framgår att Ej -värdena även från vårmätningarna har sjunkit på sträckor med cement jämfört med första mättillfället 1988-09.
JÄMFÖRELSER MED E1-VÄRDEN 1988-09-29 SOM SATTS = 0. VÅRMÄTNINGAR. 200 -200 -400 M 89-03-15 EH 90-03-26 92-04-13 -800 -1000 -1200 -1400 -1600 -1800 La ge rm od ul E1 fö rä nd ri ng (M Pa ) Sträcka 1-13
22
Undergrundens bärighetstillstånd vid olika mättillfällen, framräknat som E>-värden genom passningsberäkningar (Chevron-programmet) ur mätresultat från fallvikts-mätningar på vägytan, framgår av tabellerna 6 och 7.
I tabell 6 visas E>-värden från höstmätningar med början 1988-09 dvs omedelbart efter förstärkningen.
Tabell
Provsträckor Sunne -88 Höstmätningar
E», MPa för undergrunden
Mättillfälle
Datum och temperaturer
88-09-29 89-10-11 90-10-03 92-09-01 13-18%C 4-13%*C 10-14%*C 12-19*C Provsträckor Nr Typ 1 Ref bärlager 93 121 102 86 2 Ref 88 121 102 90 sand+bärlager 3 Asfaltemulsion 65 105 82 76 4 "Mesa"+cement 92 112 102 89 5 Stenmjöl 105 136 109 101 6 Krenit-0,5% 105 142 108 110 7 Geonät: A Över sandlagret 124 171 135 128 B Under sandlagret 146 181 148 143 8 Geotextil: A Över sandlagret 119 170 141 125 B Under sandlagret 88 126 102 99 9 Geotextil:
Virad runt sandl. 67 98 85 79
10 Krenit-0,25% 59 86 77 73 11 Asfaltemulsion 55 86 74 68 12 Stenmjöl+cement 62 85 81 72 13 "Mesa"+cement 79 104 77 72 920901 = FWD 91 Övriga = FWD 76
23
I tabell 7 visas E>-värden från vårmätningar. Som framgår av tabellen är varia-tionerna i E>-värden små, vilket är något oväntat mot bakgrund av att undergrun-den innehåller tjälkänsligt material och avvägningar visat ojämna tjällyftningar.
Tabell 7
Provsträckor Sunne -88 Vårmätningar
E», MPa för undergrunden
Mättillfälle
Datum och temperaturer
89-03-15 89-04-10 89-04-24 89-05-08 90-03-26 92-04-13 8*C 7*C 12*C 9-12*C 5-9%C Prov sträcka Nr Typ 1 Ref bärlager 84 88 93 102 86 82 2 Ref 80 88 93 99 88 85 sand+bärlager 3 Asfaltemulsion 70 62 71 76 60 63 4 "Mesa"+cement 74 73 85 91 78 73 5 Stenmjöl 88 45 102 105 93 87 6 Krenit-0,5% 79 91 102 105 93 92 7 Geonät: A Över sandlagret 91 108 116 117 105 108 B Under sandlagret 117 121 130 142 120 124 8 Geotextil: A Över sandlagret 128 108 120 121 105 106 B Under sandlagret 95 99 102 99 84 88 9 Geotextil:
Virad runt sandl. 72 78 79 84 69 71
10 Krenit-0,25% 66 68 71 71 61 63 11 Asfaltemulsion 42 50 57 54 49 51 12 Stenmjöl+cement 45 55 60 63 55 59 13 "Mesa"+cement 62 64 70 70 63 70 920413 = FWD 91 Övriga = FWD 76
Förändringarna i E>-värden visas tydligare i figurerna 13 och 14, där i båda fallen förändringarna relaterats till E>-värden 1988-09-29 som satts till 0.
24
I figur 13 visas förändringar i under eftersommar/höst i jämförelse med motsvarande värden 1988-09-29 som satts till 0. 1989-10-11 har ej medtagits.
JÄMFÖRELSER MEDEZ-VÄRDEN 1988-09-29 SOM SATTS = 0. HÖSTMÄTNINGAR. 20 a +- TH - 90-10-03 11
||: I 92-09-01
århi T U V V 000 T L t: 4 all 3 = 1 1 0 1 2 1 1 8 B L a g e r m o d u 1 E 2 f ö r ä n d r i n g ( M P a ) Sträcka 1-13igur 1 Underbyggnadens och undergrundens fasthet och styvhet angett i
E-värden. Förändringar i jämförelse med värden 1988-09-29.
Medelvärden per provsträcka. Höstmätningar.
I figur 14 visas förändringar i E>-värden under vårperioder i förhållande till nivån
1988-09-29 som satts till 0. Figuren visar som redan framgick av tabell 7 att
för-ändringarna varit små.
JÄMFÖRELSER MED E2-VÄRDEN 1988-09-29 SOM
SATTS = 0. VÅRMÄTNINGAR. & 30 ec S bl Eg 20 [M] 89-04-24 8 a
=
18
TE
rr eg ur)] E" E
EB 90-03-26
-V3-E 5
E
,,
Q
'2 -10 ; 87-77-28 | (A- Z a S 2 4 © 2 92-04-13 5 5 -20 ä -30 Sträcka 1-13Figur Underbyggnadens och undergrundens fasthet och styvhet angett i E>-värden. Förändringar i jämförelse med värden 1988-09-29. Medelvärden per provsträcka. Vårmätningar.
25
6.2 Vägytans jämnhet i tvärled
Mätningarna på provsträckorna syftar genomgående till att påvisa skillnader i bä-righet mellan provsträckor av olika slag inbördes samt i jämförelse med referens-sträckor. Bärigheten har redan definierats som vägkonstruktionens förmåga att bära trafiklasten och motstå klimatets påverkan utan att skadas eller försämras med avseende på vägytans jämnhet så att reparationsåtgärd erfordras. Bärigheten kan på ett tidigt stadium momentant bedömas på grundval av bärighetsmätningar med fallvikt men den slutliga bekräftelsen på konstruktionens bärighet i förhållande till rådande trafikbelastning och periodens klimatpåverkan erhålls ur registrering av skador och försämringar i vägens jämnhet dels i längsled dels i tvärled där eventuell spårbildning är det tydligaste måttet på försämring.
Av flera skäl har på provsträckorna på väg 881 ingen jämnhetsmätning utförts i vägens längsled. De två viktigaste skälen är dels svårigheterna att mäta på en Y1G-yta med den s k Chloe-mätaren som normalt användes på provsträckor av det här aktuella slaget, dels att provsträckorna är korta (20-40 m).
Det ur åtgärdssynpunkt viktigaste uttrycket för förändringar i vägytans jämnhet är spårbildning. Därigenom är också registrering av eventuella förändringar i tvärpro-filen den viktigaste mätkontrollen.
På provsträckorna på väg 881 har registrering av tvärprofilens utseende gjorts på vägytan av Y1G dels omedelbart efter förstärkningen i början av september 1988 dels i november samma år samt därefter vår och höst 1989, 1990 samt 1992.
Resultaten av tvärprofilmätningarna har redovisats i bilagorna 3-5. Förändringarna i tvärprofilen har visat sig vara mycket små, vilket också redovisats i läges-rapporten 1991-10 (VTI Meddelande nr 651). I bilaga 3 har därför endast redo-visats jämförelse mellan tvärprofiler uppmätta 1988-09 och 1992-09-01. I bilaga 4 redovisas ur tvärprofilerna uppmätta spårdjup angivet som medelvärden för var-dera väghalvan ur de fem tvärprofilerna per provsträcka av max- och min-spårdjup samt spårets tvärsnittsarea. I bilaga 5 redovisas enbart maximalt spårdjup per tvär-sektion vid olika mättillfällen. Alla spårdjup har beräknats från en linje mellan hög-sta punkterna på vardera väghalvan (trådprincipen).
26
6.3 Tjällyftningarnas storlek
Olikheter i tjällyftningarnas storlek i de olika mätpunkterna vintern 1989-90 har ti-digare redovisats i lägesrapporten 1991-10 (VTI Meddelande nr 651). Av denna framgår att lyftningarna då varierade mellan 0 och 20 cm men som medelvärde var av storleksordningen 7 å 8 cm. Största differensen i lyftning mellan olika sektioner i vägens längsled noterades i vägmitt och efter vänster vägkant sett i vägens längd-mätning (= samma riktning som ökande nummer på provsträckorna).
6.4 Skador
De vid inspektionen 1990-10 observerade skadorna i vägytan har redovisats i lägesrapporten 1991-10 (VTI Meddelande nr 651).
27
7 PROVETS RESULTAT. BEDÖMNINGAR OCH
SLUT-SATSER
För att sammanfatta provets resultat är det nödvändigt att jämföra problemformu-lering samt förutsättningar och syfte med provet och jämföra dessa med utfallet.
I byggnadsrapporten (VTI Meddelande nr 587) anges att Vägverket på grund av att sand inte tillåts i vägöverbyggnader får överskott av sand som man inte har funnit tekniska och ekonomiskt bra användningar för.
I BYA 84 kapitel 6:03 anges att material till förstärkningslager av jord och berg-material skall uppfylla fordringarna för berg-materialgrupp A eller B (definierat i kap. 4 i samma skrift). Det innebär för en väg med samma trafik som väg 881 att sand ej får förekomma närmare vägytan än 30 cm.
I den under utarbetande BYA 92 (klar för remiss i januari 1993) är kraven ytter-ligare skärpta.
Sammanfattningsvis är alltså den tillåtna användningen av sand i vägöverbyggnad starkt begränsad. Samtidigt uppstår i samband med framställning av normenligt byggnads- och underhållsmaterial (genom sandavskiljning) ett överskott av sand som blir överskottsmaterial och inte kan utnyttjas kostnadseffektivt motsvarande tillgången.
Detta var huvudmotiveringen för Vägverkets uppdrag till VTT
En andra motivering var att - om möjligt - utnyttja armering på olika sätt i väg-överbyggnaden och därigenom öka erfarenheterna inom detta område.
En tredje motivering för provet på väg 881 vid Sunne var att vägen skulle för-stärkas och låg på kort, (ca 10 km) avstånd från ett stort sandupplag som legat en längre tid utan att Vägverket funnit lämplig användning för materialet. Provplatsen var därför given på förhand med de begränsningar i val av provsträckor som detta medförde.
Som framgått av de två förstnämnda motiveringarna var förutsättningarna mycket öppna för provets utformning. Underförstått var dock givetvis att lösningarna i sin
28
förlängning skulle vara ekonomiskt försvarbara och användbara om än inte vid di-rekt tillämpning av samma lösningar som på provsträckorna.
Förutsättningarna för vilka åtgärder som skulle vidtas på provsträckorna var alltså vida och inför planeringen av provet drogs därför på VTI samman en grupp specia-lister inom olika områden som berörde problemområdet. Gruppens sammansättning har beskrivits i byggnadsrapporten (VTI Meddelande nr 587).
En översiktlig litteraturstudie genomfördes också och resultatet av denna har även den redovisats i byggnadsrapporten. Litteraturförteckning framgår av kapitel 7.
Avsikten var att i första hand prova nya och okonventionella lösningar för att an-vända sand i vägöverbyggnaden. För att göra dessa sinsemellan jämförbara skulle variationerna i provsträckornas behandling begränsas till sandlagret. Underlag och överliggande lager skulle vara lika för provsträckorna.
För detta syfte planerades provsträckorna 3-9 samt referenssträckorna 1 och 2. Senare tillkom en extra provsträcka inom denna del (provsträcka 10).
För att jämföra de nämnda provsträckorna med förut provade och relativt väl kända lösningar där hela bärlagret stabiliseras med bindemedel tillades provsträck-orna 11-13.
Som framgått var förutsättningarna för provets utformning vida vilket gav utrym-me för okonventionella lösningar utrym-men samtidigt var andra förutsättningar starkt be-gränsade genom den givna provplatsen, vägavsnittet på väg 881, vilket medförde svårigheter att hitta jämförligt underlag. Vid planeringen för provet var därför ut-gångspunkten att provet skulle ses som ett förprov för att senare efter gallring och val av intressanta lösningar prova dessa på annan plats med större trafikmängd och andel tung trafik.
Bedömning och slutsatser av provets resultat på respektive provsträcka görs i det följande under avsnitten 7.1 - 7.9.
29
7.1 Bärlager av 20 cm grus jämfört med bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand
Referens str. &0 m . 20 m I n - » [A. vt 2 tr g 058; ] W jla eb © [äl p 0 B Aff-kb | ; Gu J D © ' u o D 0
Figur 15, Referenssträcka 1 igur 1 Referenssträcka 2
Bärlager av 20 cm Övre bärlager av 10 cm grus bärlagergrus. Slit- Undre bärlager av 10 cm
lager av Y1G. sand.
Underlag: Infräst maka- Underlag: Infräst makadam i dam i befintlig vägs yt- befintlig vägs ytskikt.
skikt.
Åtgärder att prova sand i överbyggnaden begränsades denna gång till bärlagret och
effekten kunde därför direkt jämföras med en ordinarie konstruktion med samma
tjocklek, 20 cm bärlagergrus på "samma" underlag som provsträckorna.
Ordet "samma" har här satts inom citationstecken av den anledningen att
under-grunden av naturliga skäl varierar speciellt inom så kuperad terräng som inom
provavsnittet.
Att använda ostabiliserad sand närmare vägytan än 10 cm bedömdes vid
planering-en vara dömt att misslyckas. Ävplanering-en med ett skyddande och tryckutbredande lager
av grus med 10 cm tjocklek bedömdes konstruktionen med stor sannolikhet ge
spårbildning i vägytan relativt snart.
De två referenssträckorna 1 och 2 representerar därmed ytterligheterna av vad som
vid planeringen bedömdes klara trafikbelastningen. Den bedömningen gjordes
också att referenssträcka 2 med stor sannolikhet skulle erhålla spårbildning i
väg-ytan på grund av att det undre bärlagret av sand ej var bundet. Det visade sig
emel-lertid att de två referenssträckorna uppvisat ungefär samma E,-värden och
mot-ståndsförmåga mot spårbildning.
30
Nedan visas E-, Ej; och E7-värden ur tabell 2 men bara avseende referenssträc-korna 1 och 2.
Tabell 8
Provsträckor Sunne -88
Referenssträckorna 1 och 2. Jämförelser Ey, Ej; och E. Medelvärden, MPa, per sträcka. Höstmätni , Mätdatum Refe- 880823 880929 891011 901003 920901 rens-str nr För utl. På Y1G bärl. 1 EÅ MPa 136 170 237 177 164 2 Em MPa 101 150 227 169 166 1 Ej MPa 478 707 465 480 2 Ej MPa 374 610 416 468 1 E> MPa 93 121 102 86 2 E MPa 88 121 102 90
Vårmätningar; Före På Y1G
först. 880509 890315 890410 890424 890508 900326 920413 1000 Em MPa 110 218 225 187 235 146 151 2 Em MPa -_96 179 215 190 207 133 142 1 Ej MPa 608 763 587 915 372 405 2 Ej MPa 409 667 569 690 283 345 1 EÅ MPa ga 88 93 102 86 82 2 Ey MPa 80 88 93 99 88 85
Som framgår av tabell 8 visar mätresultaten att det inte är någon stor skillnad i E-värden mellan referenssträcka 1 och 2. Det är främst vid vårmätningarna som en skillnad framträder för lagermodulen Ej, som ska vara ett uttryck för bärlagrets
31
styvhet. Vid vårmätningarna har högre Ej -värden erhållits för sträcka 1. Resultaten visar dock att skillnaderna mellan sträckorna tenderat att minska. För att tydliggöra detta visas i figurerna 17A och 17B förändringarna i Ej-modul för sträckorna 1 och 2. Vid höstmätningarna har Ej -modulen ökat mer på sträcka 2 och vid vårmät-ningarna har den minskat mindre på sträcka 2. Resultaten antyder att en utjämning skett av skillnaden mellan bärlagrens lagerstyvhet som en funktion av tiden och då möjligen beroende på trafikens efterpackning.
E1. RELATTV FÖRÄNDRING FRÅN MÄTNING 1988-09-29, HÖSTMÄTNINGAR. __ 2 100 m S 3 Z 50 EZ 90-10-03 2 E
å 8
9
92-09-01
FE
2
2 _-59
Sträcka 1-2
Figur 17A, Referenssträckorna 1 och 2. Lagermodul Ej. Höstmätningar.
För-ändring från mätning 1988-09-29. Mätresultat från 89-10-11 har ej
medtagits.
El. RELATIV FÖRÄNDRING FRÅN MÄTNING
1989-03-15.
VÅRMÄTNINGAR.
_ 200
om -S
m $ 100
M 89-04-24
#*
;
[
åå
00
stLL|
EB 90-03-26
o 'D ... måå -200 -
92-04-13
* 2300
Sträcka 1-2
Figur
Referenssträckorna 1 och 2. Lagermodul Ej. Vårmätningar.
För-ändring från mätning 1989-03-15. Medelvärden per provsträcka.
32
Tvärprofilerna i bilaga 3 visar inte någon tydlig spårbildning på varken referens-sträcka 1 eller 2. Inte heller det spårdjupet uppmätt från de uppritade tvärprofilerna visar på någon skillnad mellan sträcka 1 och 2. Maximala spårdjupen framgår av tabell i bilaga 5. Av denna tabell framgår också att på båda sträckorna ökningen av maximala spårdjupet varit mindre än 2 mm från 1988-09 till 1992-09.
Sammantaget visar som framgått de två referenssträckorna likvärdig bärighet vid den här rådande trafik- och klimatpåverkan.
7.2 Bärlager av 10 cm grus på undre bärlager av 10 cm sand stabi-liserad med bitumenemulsion + 1,5 % cement
o 40 m 1
©
Fo e e
[ 1 S- St eg te
u O £
Qj
Figur
lirovsträcka 3
Övre bärlager av 10 cm grus. Undre bärlager av 10 cm sand
stabili-serad med bitumenemulsion + 1,5 % cement. I underlaget har
in-fräsning av makadam gjorts i befintlig vägs ytskikt.
Effekten av att stabilisera sanden med bitumenemulsion framgår av en jämförelse
med referenssträcka 2. I tabell 9 nedan görs en sådan jämförelse mellan
lagermo-dulen E; vid olika mättillfällen. Jämförelse görs också med referenssträcka 1 med
bärlager av grus 20 cm. För att visa relativa förändringar mellan sträckorna visas
värdena i tabell 9 uppritade i figur 19A och 19B med Ej-värdena från 880929
res-pektive 890315 satta = 0. I figur 19A har resultaten från 891011 ej medtagits.
33
Tabell 9
Provsträckor Sunne -88
Lagermodul Ej. Medelvärden MPa per provsträcka.
Jämförelse mellan provsträcka 3 och referenssträckorna 1 och 2.
Höstmätningar; 880929 891011 901003 920901 Strl E; 478 707 465 480 Str 2 Ej; 374 610 416 468 Str 3 Ej; 504 978 607 640 ätningar; 890315 890410 890424 890508 900326 920413 Strl Ej 608 763 587 915 372 405 Str2 Ej 409 667 569 690 283 345 Str3 Ej 373 959 698 1034 469 468
El. RELATIV FÖRÄNDRING FRÅN MÄTNING
2
19825-09-29.
HOSTMATNINGAR.
_ 150
S ->
3 S
3 %
E2 90-10-03
&
E -S
92-09-01
%D Has) 3 $ Sträcka 1-3Figur 19A, Provsträcka 3 jämförd med referenssträcka 1 och 2. Höstmätningar. Förändring från mätning 1988-09-29. Mätresultat från 891011 har ej medtagits. Ej medelvärden per provsträcka.
34
E1. RELATIV FÖRÄNDRING FRÅN MÄTNING 1989-03-15. VÅRMÄTNINGAR. _ 400 -= S 300 && _ än
