Värdering av Illinois metod för överbyggnadsdimensioner. ( Nordisk Utredningsserie nr 1975:12, s 34-9)

(1)

SÄRTRYCK

STINA

SAMARBETSPROJEKT FÖR TILLÄMPNING 1

NORDEN AV AASHO-UNDERSÖKNINGEN

ARBETSRAPPORT

INVENTERINGAR

Bilagor

2.3 Värdering av Illinois metod

för överbyggnadsdimensioner.

Civilingenjör Olle Tho/én

Statens väg- och trafikinstitut, Stockholm

Nordiska ämbetsmannakommitte'n för transportfrågor

(2)

(3)

3. Värdering av Illinois metod för överbygg-nadsdimensionering

Innehåll

3.1 Kortfattad beskrivning av dimen-sioneringsmetoden

Beskrivning av metoden och dess bakgrund

3.2-1 Klassificering av

och vägar

Beräkning av antalet ekvi-valenta 18 kip singelaxel-passager per fordon ' Bestämning av tjänlighet Samband mellan tjänlighet, antal ekvivalenta 18 kip sin'gelaxelpassager och ekvi valenttjocklek vid blandad trafik underlängre tid . . . Underbyggnadens inverkan 3.2 . _... ' fordon 3.22 3.25 Material koefficienter Klimatets inverkan Trafikberoende ning Dimensioneringsmetodens an-vändbarhet i Norden 3.4 Litteratur 3.26 3.27 3.28 nedbryté 3.3 ooooooooooooooo

3.1 Kortfattad beskrivning av dimensione ringsmefoa'en

Metoden bygger huvudsakligen på AASHO-försöket och de empiriska samband som där framtogs mellan antal axlar, axelbelastning, ekvivalenttjocklek och tjänlighet. Vissa mo-difikationer har gjorts med ledning av jäm-förelse mellan hållbarhet enligt AASHO-ekvationerna och faktisk hållbarhet för sträc-kor ingående i Illinois ordinarie vägnät.

Metoden redovisas nedan i punktform. a) Bestäm antalet fordon i dimensionerande

körfält under dimensioneringsperioden,

fördelade på tre fordonskategorier.

b) Hänför vägen till en av fyra klasser, beroende på medeldygnstraflken.

c) För varje vägklass finns ett samband mel-lan antalet fordon i de olika kategorierna

34

' tre kategorier, nämligen personbilar,

och motsvarande antal ekvivalenta 18 kip singelaxlar. Detta samband ger totala anta-let ekvivalenta 18 kip axlar, den så kallade trafikfaktorn.

(1) Bestäm underbyggnadens CBR på vatten-mättade provkrOppar.

e) Bestäm ekvivalenttjocklek ur nomogram, *" fig. 1.

f) Ekvivalenttjockleken sammansätts av lämplig kombination av beläggning, bärla-ger och förstärkningslabärla-ger med hjälp av materialkoefficienter. Beläggning och bär-lager skall ha vissa minimitjocklekar.

3.2 Beskrivning av metoden och dess bak-grund

3.21 Klassificering av fordon och vägar För bestämning av det antal 18 kip axlar som motsvarar ett fordon indelas fordonen i single-unit trucks and buses och multiple single-unit vehicles och vägarna i fyra klasser, där klass I och II i stort sett innehåller vägar med medeldygnstrafik >I 000 fordon och klass IV innehåller vägar med <4OO fordon per dygn. För de olika vägklasserna används olika antal ekvivalenta axlar per fordon. 3.22 Beräkning av antalet ekvivalenta 18-kip singelaxelpassager per fordon, fordons-ekvivalensfaktorn

För vägar i klasserna I och 11 finns Illinois tillgång till fordonsvägningar, och med last-ekvivalensfaktorer från AASHO har genom-snittliga antalet ekvivalenta axlar per fordon bestämts för dessa vägar. Valet av den relativt grova indelningen i tre fordonskate-gorier kommenteras ej i de refererade rap porterna. Lastekvivalensfaktorerna har be räknats ur AASHOzs empiriska hållfasthets-ekvationer py_.G1/BXW där ex är lastekvivalensfaktorn för

axelbe-W18

WX ex U l975:12

(4)

40 "

BITUMINOUS PAVEMENT DESIGN

|o --_: (,,

(PS! = 2.0)

- - - |.o

E å

CLASS 11.111 & I!

I 3

ROADS AND STREETS

: 3

_{~ CHART 2}

_***"

|

_{_}

a?

_0.

too 5

: '.'"

E <

:: gg

0. 4 2 0

2 <1:

_{- 3}

_åå

__ cn

|

5.

. 'Ö' ==: (I :) _

__ >

₅

_{:: 83}

:

_Z

O

: O..

__1

OJ ; L'J

_{__ 1:13)}

_{äl: MBO}

:: g

₃

: &

_{|__ 6"}

_{'" '}

_._ 2

v)

g

__

_(I

_{D: ___ 40}

_.

__ o

_{|__}

₅

_{__}

u

non E få

_{-- -5.o}

E 9

_{_}

&;

_{- - 6.0}

** <

- 4 m _{_}

"'

_{___ 7.0}

coon =

.com 1

Fig 1. Nomogram för bestämning av ekvivalenttjocklck ur data om trafik och undergrund. (Källa: Se 3.4

Litteratur nr 1)

(5)

lastningen x kip och övriga beteckningar konventionella.

För klasserna I och II har man valt tjänligheten 2,5 respektive 2 som

rehabilite-ringsnivå.

För klass [II finns inga fordonsvägningar, men vikterna för klass I och II har tillämpats på de olika fordonsgrupperna med tjänlighe-ten 2 som rehabiliteringsnivå.

Om samma förfaringssätt tillämpas på vägar i klass IV leder detta till ekvivalent-tjocklek som är orealistiskt hög i förhållande till äldre överbyggnaders ekvivalenttjocklek. Man använder nu i stället fordonsekvivalens-faktorer, som beräknats bakvägen för att ge samma tjocklekar som hos äldre överbygg-nader. Några ansatser för att förklara detta förhållande görs i en 'rapport av Elliot (1973). Sammanfattningsvis kan om denna diskussion sägas, _ att AASHO-metodens lämplighet på vägar med låg trafik och låg ekvivalenttjocklek ifrågasätts. Bland annat görs ett försök att med hjälp av linjär regression bestämma fordonse kvivalensfakto-rer, varvid negativa sådana erhålles för "mul-tiple-unit vehicles".

3.23 Bestämning av tjänlighet

I Illinois har AASHOzs längsprofilmätare

ersatts av Illinois roadmeter .

3.24 Samband mellan tjänlighet. antal ekvi-valenta 18 kip singelaxelpassager och ekviva-lenttjocklek vid blandad trafik under längre tid

För 53 vägsträckor, valda för att så väl som möjligt efterlikna AASHO-provsträckorna, har den faktiska hållbarheten jämförts med den enligt AASHO-ekvationerna beräknade. Avsikten var att jämföra blandad trafik under längre tid med AASHOzs kontrollera-de trafik unkontrollera-der kort tid. Man beräknakontrollera-de Dt, som är vägens faktiska ekvivalenttjocklek enligt AASHOzs materialkoefficienter. samt D. vilket är den ekvivalenttjocklek, som enligt AASHOzs ekvationer skulle ge den observerade hållbarhetenä Resultatet blev,

36

att AASHO-metoden fungerade relativt väl, men att man borde använda 10 procent högre ekvivalenttjocklek än den angav, fig. 2.

Vid konstruktionen av nomogram, fig. 1,

användes denna större ekvivalenttjocklek. 3.2 5 Underbyggnadens inverkan

Vattenmättade prover från AASHO- under-byggnaden har enligt provningar i Illinois CBR = 3. På några AASHO-sträckor fanns så tjocka bärlager, att man ansåg sig kunna analysera dessa sektioner med bärlagret be-traktat som underbyggnad. Detta bärlager hade CBR=I 10. Med detta underlag konstru erades nomogram, fig. 1. där det ansattes en logaritmisk CBR-skala mellan de två CBR värdena 3 och I 10.

3.26 Materiakoefficienter

3.261 Beläggningar

Det översta lagrets materialkoefficient har

' relaterats till Marshallstabiliteten med

asfalt-betongen i AASHO-testet som hållpunkt, och såvitt det framgår av de refererade

rapporterna, resten av kurvan ansatt utan

annat underlag än subjektiv bedömning, fi-gur 3.

3.262 Bärlager

Ostabiliserade bärlager relateras till CBR med två hållpunkter, nämligen AASHOzs bärlager och AASHOzs förstärkningslager-material, ett sandigt grus. använt som bärla-ger, figur 3.

Bitumenstabiliserade bärlager relateras till Marshallstabilitet med AASHOzs stabilisera-de material och ostabiliserat material som hållpunkter.

För material stabiliserade med kalk. ce ment eller flygaska relateras materialkoeffici-enten till hållfastheten vid tryckprovning] Även här är underlag för hållpunkter svagt. Fig. 3 visar samband mellan materialkoeffici-ent och tryckhallfasthet efter 21 dagar för material stabiliserat med kalk och tlygaska. I en rapport. som ej ingår i det här

(6)

I

|

l

|

I I

I

|

I

N

__

0 |

__

I

U)

lå - - - o | 00 o ___ |:,

g __

| Q

__

uJ

I

> - --

_{- -L.Q}

(i

I

0-

_{__.}

_|

₀

o

....-LiJ

r - ---

o

Säl

mm...

L|J

5 __

o

__

z

_|

_{_.}

o

--

å

6 - - __.

u

I

__.

o

Dg DD [3ng

4 m

I

8 ___ _-

_|

_D<I

_{-- -- O)}

Z

"2-

--

<1 (K)

I<1

«14338

-:>

I

I ----

33 än

--- r\

55 |

__ | _

_

<1

51 (ma 3mm

" I

I

_

J

'l 8I

l

I

,

I

"'

m

m.

N

:::-

0. <t

__

_c_1_ _ XBONI SSBNMDIHJ. is:-LL ov

+o

0).

0

08 HEBWON _IVHOLDOHLS SIONITH

P

A

V

E

M

E

N

T

A

G

E

,

YE

AR

S

Hg 2. Jämförelse mellan ekvivalenttjoeklek Dt = a1D1 +a2D3 +a3D3 och den ekvivalenttjoeklek D, som enligt AASHOZS Övriga ekvationer skall ge den observerade hallbarheten.

(Kalla: Se 3.4 Litteratur nr 1)

(7)

Zl-DAY COMPRESSIVE STRENGTH ,psi

Fig. 3. Diagram som visar principen för bestämning av materialkoeffieienter i Illinois

(Kalla: Se 3.4 Litteratur nr 1)

studerade materialet, ges bättre underlag för bedömning av kalkstabiliserade jordar.

3.263 Förstärkningslager 3.27 Klimatets inverkan

°-'5°

I

I I IIIIIIIIIIIIII

.

0-5

|

I

|

I

I I I I I

I

0.I25 _ I o_4 __ ___... S' O.!OO I, .____ 50.3 _ _ FZ: l,, ä _** u 5 0.075 (ä'/' E. 0.2 __ E 8 .__// In U , 8 0.050 _ _ 0.I _ __ 0.025 __ 0 I l I l I | I I I ll o 400 800 l200 new 2000 I I I I I I I I I MARSHALL STABILITY . lbs. O I I I I I I I I I I 20 40 so eo I00 200 CB R VALUE 0.28

_{I I I I I I I I I I I I I I I L/l/}

_ /// __ (31211 '_' __ 4'4 - ___ «0.20 O I: __ __

5

_Ö _{O.l6 _}

::

__

,

_

I;

,/

O Ol2

f

_

K) . Ill, / / __ , __ / /

0.08 7 /

_

GD

OMIIIIII

IIIIIIIIII

0 I00 200 300 400 500 ' 600 700 800 900

Klimatets stora betydelse betonas, men man anser inte att kunskapsnivån är sådan, att det

är motiverat att beakta den klimatvariation,

som finns inom lllinois.

Materialkoefficienten relateras till CBR med

AASHO's förstärkningslager som enda håll-punkt

38 NU 1975 :12

(8)

3.28 Trafikoberoende nedbrytning

Illinois dimensioneringssystem innehåller ingen trafikoberoende nedbrytning.

3.3 Dimensioneringsmetodens användbarhet [ Norden

De studier, som gjorts i Illinois tyder på a tt AASHO-metoden för dimensionering med acceptabelt resultat kan tillämpas på blandad trafik utsträckt över normal överbyggnads-livslängd, förutsatt att underbyggnaden, kli-matet och överbyggnaden är desamma som vid AASHO-försöket, samt att det är fråga om någorlunda högklassiga vägar. lllinoisme-toden ger ingen anvisning om hur man skall 'ta hänsyn till klimatet.

De metoder som används för bestämning av materialkoefficienter förefaller inte

lämp-liga i Norden.

*

Inte heller Illinois metod att använda CBR förefaller lämplig.

Sammanfattningsvis är det inte aktuellt att införa Illinois dimensioneringsmetod i Norden. Detta behöver knappast motiveras mera än genom den beskrivning av metoden,

som givits ovan.

3.4 Litteratur

Ovanstående avsnitt, som alltså ej behandlar betongvägar, är baserad på genomgång av följande rapporter:

1.Chastain, Sr, W.E., Schwartz, DR, okt.

1964, AASHO Road Test equations ap-plied to the design of bituminous pave-ments in Illinois (State ofIllinois, Depart-ment of Public Works and Buildings, Division of Highways) Illinois.

.Elliot, RP, juni 1973, Traffic evaluation for secondary and local pavement design. (State of Illinois, Department of Trans-portation) Physical research report 49, Springfield, Illinois.

3.Chastain, Jr, W.E., jul 1973, Final

sum-mary report, A study of the AASHO Road Test, Phase 2, evaluation and appli-cation of the AASHO Road Test results.

I

Q

NU 1975z12

(State of Illinois, Department of Trans-portation) Physical research report 51, Springfield, Illinois.

. Little, R. J., Mc Kenzie, L. J., Dierstein,

P. G., jul 1973, The rehabilited AASHO Road Test part 1 - materials and con-struction (State of Illinois, Department of Transportation) Physical research report 51, Springfield, Illinois.

(9)

(10)

(11)

(12)