Stenmaterialundersökningar vid VTI : Föredrag vid Bättre Teknik på Väg, 1993-03-16, med kompletterande material

notat

Nr V226 1993

Titel: Stenmaterialundersökningar vid VTI

Föredrag vid Bättre Teknik på Väg, 1993-03-16, med kompletterande material

Författare: Peet Höbeda

Avdelning: Vägavdelningen Projektnummer: -342005-6 Projektnamn: Marknadsföring Uppdragsgivare: VTI Distribution: Fri div Väg- och transport-forskningsinstitutet ä

STENMATERIALUNDERSÖKNINGAR VID VTI Peet Höbeda

VTI

581 95 Linköping

SAMMANFATTNING

Detta Notat grundar sig på ett föredrag, hållet vid "Bättre Teknik på väg", arrangerat av Byg-gentreprenöremas Vägforskningsgrupp 930316 i Stockholm, men har utökats med

komplette-rande material.

Det redogörs för utvecklingen av olika provningsmetoder for stemnaterial sedan seklets början. VTIzs undersökningar rörande asfaltbeläggningar, främst rörande dubbslitage, presenteras. Försöken har på senare år koncentrerats till provplattor, inlagda 1 vägar samt försök i prov-vägsmaskin. Inverkan av stenkvah'tet, beläggningstyp m m presenteras.

Användning och testning av obundna material i väg diskuteras, men dessutom tas hydrauliskt bundna material upp, eftersom det föreligger en trend i Europa mot ökad användning av såda-na, inte bara i bärlager utan också förstärkningslager, och detta vid vägar med hög trafik. Vid riktig användning av obundna och hydrauliskt bundna material kan bäriga och ekonomiska väg-konstruktioner utföras. VTIzs pågående undersökningar, främst i provvägsforsök, presenteras i korthet.

STENMATERIALUNDERSÖKNINGAR VID VTI

l. BAKGRUND

Under senare år har det märkts ett stort intresse för stenmaterialfrågor vid universitet och hög-skolor, hos entreprenörer, men också andra statliga inrättningar än VTI. Många

forsknings-projekt har startats upp eller förbereds. Från VTI:s sida har vi därför på senare tid valt att ligga

ganska lågt med renodlade stenmaterialundersökningar och av resursskäl f n prioriterat andra områden, på materialsidan t ex testning av asfaltbeläggningar; både varm- och kallblandade

sådana. Därför ges vissa, både tillbaka- och framåtblickande inslag. Branschen står nu inför

stora förändringar och en förnyad satsning framstår som nödvändig. Nya harmoniserade

euro-panormer kommer att införas, något som f n innebär en osäkerhet. Trenden går också mot nya

funktionsbetonade tester, nödvändiga i samband med funktionsupphandlingar. Man strävar så-ledes efter att testa en slutprodukt som asfaltbeläggning istället för en delkomponent som stenmaterialet för sig. Stora satsningar planeras i och med infrastrukturuppbyggnaden och stora mängder material från väg- och järnvägslinjer samt tunnlar (ev även fullortsborrade såda-na), måste användas vid sidan av berg från redan etablerade täkter. Även restprodukter och recyclingprodukter måste förmodligen bättre utnyttjas, såsom är fallet på många håll utom-lands.

2. PROBLEMBESKRIVNINGAR OCH REDOVISNING AV VTI:s

UNDERSÖKNINGAR

2.1 Beläggningsmaterial

Det kan vara motiverat att ge en "historisk" tillbakablick och ett försök görs i tabell 1 att över-siktligt beskriva de problem som förelegat för vägrnaterial och de testmetoder som utvecklats sedan början av 1900-talet. Man kan påstå att intresset för stenmaterialegenskaper var stort när seklet var ungt pga det dåtida stora slitaget av hästhovar och järnhjul, sedan kom en "lugn" period, eftersom slitaget av luftfyllda gummidäck var obetydligt. Ett ökande intresse för sten-kvalitet uppstod på nytt när dubbdäcken började användas. Inledningsvis utförde man bergme-kaniska tester på provkroppar vid Statens Provningsanstalt, t ex tryck- och slaghållfasthet, av-nötningsmotstånd på slipskiva (till skillnad från slipvärdet dock på en massiv bergartsprov-kropp), men också i Devalkvarn (torrnötning av ett fåtal bergartsbitar utan stålkulor), jfr fi-gur 1. Naturgrus prövades inte. Vid det nybildade Statens Väginstitut utvecklades sedan flisig-hets- och sprödhetstal, som utfördes på analysfraktioner och fortfarande är i bruk som BYA-metoder. Även naturng kunde nu provas.

Dubbdäcksslitage medförde dock så småningom att ett relevant nötningsförsök behövdes. Stenmaterial med bra sprödhetstal kunde nämligen slitas snabbt och sliptalet utvecklades som

kompletterande metod. Här kan man notera att metoden beskrevs redan 1971 (VTI

Intemrap-port 25), men det dröjde ända till BYA 84 innan den accepterades till fullo, nu i något modifie-rad form som slipvärde. Man får skylla på dålig marknadsföring av resultaten. På senare tid har kulkvamsvärdet allt mer kommit att ersätta slipvärdet, metoderna används dock f 11 parallellt. Båda är medtagna i BYA 92 (som kommer 1993). Kulkvarnen införskaffades ursprungligen av VTI för annat ändamål än nötning av beläggningsmaterial. För "normala" sådana finns det en hyfsad korrelation mellan metoderna, däremot gäller detta inte för rena "svagmaterial". Figur 2a visar samband mellan kulkvams- och slipvärde, ett poröst syntetiskt material och kalksten visar dock avvikelser. Normala beläggningsmaterial visar dock överensstämmelse. Figur 2b visar resultat från provning av "svagmateri " från sydöstra England. En mycket dålig

överens-stämmelse föreligger och slipvärdesmetoden är heltolämplig i sådana fall. Kulkvarnen kan

dock användas vid bedömning av "svagmaterial", jfr mom 2.2.1.

Den bästa korrelationen med slipvärdet har erhållits om kulkvarnsvärdet prövats på analysfrak-tion 11,2-16,0mm. Kulkvarnsvärdet har även accepterats i Finland och Norge samt det har fö-reslagits av nordiska länder inom CEN TC 154 för europanonnering som "Nordic abrasion test".

Andra testmetoder kommer i och med europanormeringen att ersätta de nuvarande, tex Los Angelestal för hållfasthet, Flakiness Index för komform m m. Tyvärr är de nya metoderna mer tungarbetade än de nuvarande BYA-metodema. Möjligheter finns tydligen att vid egenkontroll även använda sig av enklare metoder, som dock mäste korrelera till motsvarande Europametod (referensmetod). En lägesrapport av normeringsarbetet ges av Höbeda (1993). En sådan skri-velse blir dock snabbt inaktuell.

Betydelsen av dubbslitage förmodas minska i framtiden och detta även vid ökande trafik Man kan vid behov utföra mycket slitstarkare beläggningar än förr, men även nya skonsammare dubbar irmebär ett avsevärt reducerat slitage (enligt försök i VTI:s provvägsmaskin av K Gus-tafson 1992).

VTI har utfört åtskilliga undersökningar av relevansen hos testmetoder och korrelationen med slitaget ute på vägen (ofta med hjälp av VTIzs provvägsmaskin) samt dessa har redovisats på olika sätt. De flesta undersökningarna har utförts på uppdrag av vägverket. Den på senare år av L-G Wågberg m fl utvecklade tekniken att tillverka provplattor av beläggningsmassa och montera in dessa i hjulspåret av vägbeläggning eller i Vles provvägsmaskin har snabbt fört

ut-vecklingen vidare, specith som ett mycket precist laserinstrument också tagits fram för slita-gemätningar, både vid vägförhållanden och i provvägsmaskinen (Wågberg och Hjalmarsson 1989).

Även provvägsmaskinen har förbättrats, främst genom att hjulen bättre avfjädrats. Förvånans-värt goda korrelationer med vägslitaget har nu kostaterats och figur 3 ger ett exempel. För-bättrad korrelation erhålls fö med ökande grad av slitage, såväl vid vägförhållanden som i provvägsmaskin. För personalen farliga vägmätningar kan således i stor omfattning ersättas med försök i provvägsmaskin. Försök, gjorda på beläggningsprov i ren laboratorieskala enligt Trögennetoden, har däremot inte gett tillfredsställande resultat, något som f ö stämmer över-ens med tidigare norska erfarenheter. Alternativa laboratoriemetoder för beläggningsprov som finsk PWR (också benämnd SRK) och Skanska "Prallutrustning" bör dock närmare granskas.

En preliminär studie av metoden, som gjorts i samarbete mellan SKANSKA och VTI, har givit

god korrelation mellan "Pralhnetod" och vägslitage (provplattor).

Inverkan av beläggningstyp, t ex asfaltbetong resp skelettasfalt, inverkan av maximal Stenstor-lek , stenkvalitet, men också bindemedel (polymermodifiering m m) har på senare tid under-sökts i provvägsmaskinen på uppdrag av vägverket (projektledare T Jacobson). Några exempel på resultat ges i figur 4 och 5. Det finns vissa möjligheter att om trañkvolymen så tillåter -kompensera för ett otillfredsställande nötningsmotstånd hos ett stenmaterial genom att Öka stenhalten, lämpligen då genom att man väljer skelettasfalt istället för asfaltbetong. Av särskilt intresse i detta sammanhang är den goda korrelation som konstaterats mellan dubbslitage och kulkvarnsvärde, men som väntat också med slipvärde (figur 6). En mycket lovande ansats har gjorts att med ledning av kulkvamsvärde och vissa beläggningsparametrar beräkna slitaget (resultat från provvägsmaskinen).

Det har visat sig att den positiva effekten av kubisering, som man konstaterat genom prov-ningsvärden, även har sin motsvarighet i förbättrad slitstyrka vid vägförhållanden (figur 7). Ef-fekten är procentuellt nästan likartad vid laboratorief'örsöken som för vägslitage. Figur 8 visar hur inblandning av ett långtransporterat och därmed kostsamt "hårdmaterial" i lokalmatenal förbättrar slitstyrkan. I detta speciella fall ger 30% porfyr samma effekt som 50% kvartsit. Kubisering ger lägre flisighetstal, men samtidigt också eliminering av de svagaste paniklama. Kulkvamsvärdet, utfört på blandningen, ger också en bättre indikation om materialkvalitet än slipvärdet, där hårda partiklar utövar en orealistisk skyddsverkan på de mjuka. (Riktigare vore egentligen att räkna fram ett mod. slipvärde med kännedom om lokalmaterialets och

Undersökningar har påbörjats av beläggningstyper även med rel. dålig slitstyrka, detta beroen-de på stenmaterialets nötningsmotstånd eller också lågt värberoen-de på stenmax. Högklassiga stenma-terial behöver användas på rätt sätt, dvs i tunna slitlager där trafikförhållandena så kräver. Ett optimalt materialutnyttjande kräver att även de finare sorteringarna, som gärna bildas i över-skott, utnyttjas. Detta kan göras på mindre trafikerade gator, vägar och planer eller på annat sätt. Resultaten från provvägsmaskinen kommer att användas vid framtagandet av en slitage-modell, nödvändig bl a för säkrare funktionsupphandlingar.

VTI:s stenundersökningar har, som framgått hittills, varit mycket inriktade på slitstyrka som också uppfattats som huvudproblemet i Sverige. Möjligheter öppnar sig dock att i framtiden undersöka inverkan av stenmaterialet även på andra beläggningsegenskaper i VTIzs avancerade MTS-utrustning, som hittills mestadels använts för att studera utmattningsegenskaper hos AG-borrkämor från VTI:s observationssträckor (projektledare S Said, se Djärf och Said 1993). Till exempel kan man tänka sig att närmare studera inverkan av komform, komstorleksfördelning, även stenmax och "mineralegenskaper" vid upprepad belastning på beläggningsprovkroppar. Vissa begränsade, ännu till stor del opublicerade undersökningar har gjorts av inverkan av stenmjölskvalitet, vidhäftningen sten-bitumen i närvaro av vatten, egenskaper som är mer komplicerade än slitstyrka och där stenmaterialet spelar en avgörande roll. Finmaterialet med stor specifik yta är av särskilt stor betydelse för beständighetsegenskapema hos asfaltbelägg-ning. Här visar det sig dock att de existerande testmetodema inte räcker till och metodutveck-ling är nödvändig. Sådana har också påbörjats. Hård krossning, i form av kubisering av inho-mogena bergatter, kan producera stenmjöl av sämre kvalitet, eftersom främst det svaga, t ex vittrade eller glimmenika bergartsmaterialet sönderdelas och anrikas i stemnjölet. Beläggning med nedsatt beständighet kan på så sätt erhållas.

2.2 Obundna och hydrauliskt bundna lager

Inom CEN-nonneringen (TC 154 och 227) utarbetar man samma norm både för obundet och hydrauliskt bundet material. En orsak till detta kan vara att man på den europeiska kontinenten och England sällan använder sig av obundna bärlager annat än för lågtrafikerade vägar. I Sve-rige låter dock tennen hydrauliskt bundna material främmande eftersom vi är främst vana vid bituminöst bundna och obundna väglager. Bituminöst bundna material i bärlager behandlas inte i detta sammanhang, trots intressanta möjligheter att utföra stabila bärlager med storstensmas-sa, modifierade bindemedel m m. Däremot tas vissa mindre kända egenskaper hos obundna material upp för diskussion (mom 2.2.1) och hydrauliskt bundna material beskrivs i korthet (mom 2.2.2).

2.2.1 b am t '

På grund av de gynnsamma berggrundsforhållandena i Sverige har man i BYA före 1989 för bärlagergrus nöjt sig med föreskrifter för komstorleksfördelning, krossytegrad, lerhalt och or-ganisk halt. Man har inte haft specificerade krav på stenmaterialkvalitet, annat än det att man med allmänna ord avrått från användning av bergarter med dålig hållfasthet eller beständighet. Försök att åskådliggöra detta görs i tabell 2. Kraven har varit specith låga på material till för-stärkningslager, man har tidigare således tom BYA Komplement 3/89 kunnat använda A-ma-terial, med i extremfall hög vattenkänslighet, eller också B-maA-ma-terial, ofta med dålig stabilitet (tabell 3). Från och med BYA-komplement 3/89 införde man dock en väsentlig skärpning,

sär-skilt av kraven på fo'rstärkningslager. Beträffande stenmaterialkvalitet infördes krav på bergtyp

som dock grundar sig på en subjektiv bedömning och som har vållat en del missförstånd. I den ännu inte utkomna BYA 92 har man gått in för kulkvarnsvärde för bedömning av

berg-artskvalitet. Man anpassar dock kravet till hanteringen av materialet och går det att undvika trafik på utlagt, obundet lager kan man ha lägre krav på kulkvarnsvärde. (I länder med sämre bergartsfo'rhållanden är det mycket ovanligt att man direkt kör på obundet material utan det utförs i regel en provisorisk beläggning). Amerikanska undersökningar (figur 9) har även visat att något direkt samband mellan lämplighet iväg och Los Angeleshållfasthet inte föreligger. Höga värden på vattenabsorption i figuren indikera att sedimentära bergarter och sannolikt också slagger ingå i undersökningen. Egenskaper hos bärlager påverkas i hög grad av halten finmaterial och dess kvalitet (Höbeda, 1985).

I och med "Europa-BYA" (1996?) kommer liksom för beläggningsmaterial nya europeiska testmetoder för bedömning av hållfasthet och nötningsmotstånd att införas, nämligen Los Angeles- resp Micro-Devaltest (den senare för nötningsmotstånd som vi sannolikt måste ac-ceptera vid sidan av vårt kulkvarnsvärde). I framtiden torde mer funktionsbetonade metoder

komma att normeras även för obundna material.

Det kan från svensk synpunkt vara förvånande att det nödvändigtvis inte behöver vara de till beläggningar använda slitstarkaste stenmaterialen som ger den bästa funktionen i obundna la-ger, detta i varje fall enligt erfarenheter från både USA och Europa. Man kan således lätt misstolka resultaten av etablerade provningsmetoder för hållfasthet (jfr figur 9) och nötnings-motstånd. Vissa rel. svaga bergarter som kalkstenar, somliga recyclingsprodukter och restpro-dukter kan tvärtom ge särskilt goda egenskaper i fråga om styvhet, skjuvhållfasthet och där-med motståndskraft mot permanent deformation. Detta framgår t ex av en engelsk undersök-ning, gjord i triaxialutrustnjng, en funktionsbetonad test för obundna material (figur 10-11). Provmaterialen relateras olika med avseende på funktionsegenskapema. Det famgår också att partiklamas yttextur och skrovlighet spelar en viktig roll i sammanhanget (figur 12). Någon bra

testmetod att mäta yttextur föreligger dock ännu inte. Jämförelsen är dock inte helt relevant eftersom komstorleksfördelningarna varierat och man siktat bort det grövsta materialet i pro-ven. Materialen har varit torra eller något fuktiga och inverkan av vattenmättning framgår då inte. Även fräst asfaltgranulat kan ofta användas iobundna lager och har ofta god självläkning. Styvheten kan förbättras tex genom en viss cementtillsats.

De rel. mjuka materialen lagrar sig dessutom särskilt tätt vid packning, medan hårda, slitstarka material får släta ytor och gärna blir flisiga samt utöva spärrverkan. Dessutom blir krossnings-ekonomin dålig. Vissa av de relativt mjuka materialen får dessutom en gynnsam självbindning med tiden, något som t ex påvisats vid holländska försök i provsträckor (figur 13). En förut-sättning för god funktion är dock att undre lager även har tillräcng styvhet. Man bör dock va-ra försiktig med att använda sig av svaga material under tunna beläggningar och se till att hög halt finmaterial inte bildas vid hantering. Beständigheten hos vissa bergarter, t ex vittringsan-gripna eller sedimentära sådana, kan dessutom behöva undersökas. Extremt höga kulkvarns-värden för sådana typer av stenmaterial ger dock en indikation om dålig beständighet. Dessa tål nämligen inte våtnötning, jfr tex resultaten med svag lerskiffer i figur 2b.

Beträffande VTI:s aktiviteter inom området på senare år så har, på uppdrag av vägverket, provvägsundersökningar utförts för jämförelse av material enligt BYA-komplement 1/89 och BYA 84 (projektledare K Ydrevik). BBÖ-provsträckor följs upp på E4 vid Norsholm och E20

(fd E18) vid Bålsta (även utförande som lätt bergbank), se figur 14 och 15 samt

GBÖ-prov-sträckor har lagts på väg 60 vid Lindesberg. I det senare fallet har bl a krossytegraden i för-stärkningslagret varierats (jfr figur 16). En svaggrusprovväg (skifferng i bärlager) har följts upp vid Östersund (projektledare L Djärf). Bearbetning av resultaten pågår. En del byggnads-och lägesrapporter framgår av referenslistan. Svagmaterial har även tidigare undersökts av VTI i laboratorium och genom fältförsök varvid specith ñnmaterialbildning beaktats (Höbeda 1977).

En metod att mäta funktionsegenskaper i laboratoriet är med hjälp av triaxialförsök (som t ex enligt figur 10 och 11), även om funktionsprovning av Obundna material är svårare än t ex av asfaltbundna sådana. Obundna material hart ex spänningsberoende egenskaper i mycket högre grad än de asfaltbundna och det är särskilt svårt att tillverka representativa provkroppar. VTI påbörjade år 1993 en undersökning av olika typer av 0-30 mm bärlager genom treaxialförsök. Detta görs på uppdrag av vägverket och resultatet ska användas vid mekanistisk dimensione-ring. VTI förfogar f n över utrustning för att tillverka och testa prover med diametern 100 res-pektive 150 mm. Dessutom utvecklas för egna FoU-medel en större treaxialcell (provkroppar med 300 mm diameter) för undersökning av grova bärlager och förstärkningslager (M Arm och K Ydrevik).

2.2.2 H 'kt un m t ri och r'

Ökande trañkbelastning kan i framtiden, i varje fall för tungt belastade vägar, kräva en

förbätt-ring av de obundna överbyggnadsmaterialens styvhet och motståndskraft mot permanent defor-mation. Tillsättning av ett hydrauliskt, dvs med vatten reagerande, bindemedel är en möjlighet (jfr även gynnsam effekt av vissa självcementerande material enligt 2.2.1). Figur 17a visar exempel på västtysk undersökning av vägöverbyggnad med lager av hyttsten som, t o m utan speciella tillsatser, erhållit stark självbindning. Man har grävt fram de olika väglagren och utfört

plattbelastning för modulvärde. Portlandcement utgör annars det mest kända hydrauliska

bin-demedlet, men utomlands används även alternativa sådana baserade på slagg eller flygaska. Verkblandning av bärlagerng kan bli aktuell i vissa fall och då har man möjlighet att tillsätta ett bindemedel i låg halt. Markblandning kan även utföras och effektiva specialutrustningar finns tillgängliga på marknaden.

Ett förstyvande, hydrauliskt bundet lager kan dessutom ha god effekt som underlag till ett obundet material i en s k "sandwichkonstruktion", eftersom man får avsevärt förbättrad styvhet och lastbärande förmåga hos det obundna materialet, samtidigt som riskerna för reflektions-sprickor i vägytan från det bundna, styva underlaget bör elimineras (Balduzzi och Bender 1990). Överskottsmaterial som sand och stenmjöl kan användas i det bundna förstärkningslag-ret, ev efter blandning av natursand med något fmkomigt material för graderingsförbättring. Det obundna bärlagret bör därvid vara av god kvalitet. Figur l7b ger ett tyskt exempel varvid gynnsam effekt av cementstabiliserat förstärkningslager under ett obundet bärlager kan konsta-teras. Med funktionsupphandling ökar möjligheterna att använda sig av konstruktioner som inte är med i BYA.

Hydrauliskt bundna lager innebär en kostnadsölming i förhållande till obundna sådana, något som dock i många fall kan kompenseras genom en tunnare vägöverbyggnad, eller t o m mindre tjocklek hos bitumenbundna lager.

VTI har, vid sidan av portlandcement tidigare bl a undersökt specialbindemedel, baserade på restprodukter (främst hyttsand och flygaska), som medger en långsam, gynnsam styvhetsut-veckling i väglagret. Sandavskiljningsprodukt m m har stabiliserats. Vägförsöken gjordes dock i regel på vägar med dålig bärighet, t ex "icke byggda" grusvägar utan god dränering. Man för-sökte också utnyttja sådana blandningar som ersättning för asfaltlager (AG), ofta med ytbe-handling som slitlager. Rikligt med reflektanssprickor uppstod under sådana förhållanden, mera sällan bärighetsbetingade skador. Ett tunt, bundet lager kan ej fungera direkt på ett dåligt och instabilt underlag. De erfarenheter som gjorts med hydrauliskt bundna material kan dock till-lämpas även vid andra typer av konstruktioner. Vid gynnsammare omständigheter (en "byggd"

väg med god bärighet) kan man konstatera att styvhetsutvecklingen hos bärlagret åtföljs av en hållfasthetstillväxt hos borrkämor, tagna vid samma tillfällen, dels strax efter inbyggnad, dels efter ca fyra år under trafik (figur 18).

En provvägsundersökning att förbättra sandavskiljningsprodukt från gruskrossning har gjorts av Lindh och Karlsson (1992). Man har använt sig av både cement och bitumenemulsion som bindemedel, dels i bär-, dels i förstärkningslager. Vägen, som byggdes år 1988, har dock utsats för mycket ringa trafik och större nedbrytning har inte konstaterats. Med stabiliserade lager i förstärkningslager har man sluppit ifrån problem med reflektionssprickor. Försök har även gjorts med armering, plastñber har inblandats eller geonät resp geotextil placerats på olika lägen i överbyggnaden. Någon positiv effekt av sådan armering har dock inte konstaterats.

3. REFERENSER

Augenbach, N.B., m fl Degradation of aggregate. A report of a questionaire. School of Engi-neering. Purdue Univ. (opubl. rapport).

Balduzzi, F, Bender,H. Sandwich road structure and materials with load carrying capacity. #rd Int Conf Bearing Capacity of Roads and Airfields, Trondheim 1990.

Djärf, L., Said, F.S. Laboratory fatigue properties compared with field performance. VTI Sär-tryck nr 191, 1993.

Höbeda, P. Nedbrytningsbenägenheten hos bärlagerng - resultat från laboratorieförsök. VTI Rapport Nr 140, 1977.

Höbeda, P. Bärlagergrus - en inventering av erfarenheter. VTI Meddelande 442, 1985. Höbeda, P., Jacobson, T., Viman, L. Stabilisering av bärlager med bindemedel baserade på restprodukter - en redovisning av provvägar. VTI Meddelande 507, 1987.

Jacobson, T. Asfaltbeläggningars nötningsegenskaper. Försök i V'I'Izs provvägsmaskin och la-boratorieprovning enligt Tröger och PWR, VTI Notat V197, 1992.

Lindh, E, Carlsson, H. Annering och Stabilisering av sand i bärlager vid förstärkning av väg. Prov vid Sunne 1988. Koncept till VTI Meddelande (från 1992).

Schlyter, R. Provning av berganer för vägändamâl. Statens Provningsanstalt, Meddelande 38, 1928.

Sulten, P. Untersuchungen von Strassenbefestigungen mit Tragschichten aus Mineralbeton. Strasse und Autobahn nr. 5, 1972.

Svensson, J. Prov med jämtländskt skifferng som bär- och förstärkningslager, VTI Notat V214.

Sweere, G.T.H. Structural contribution of self-cementing granular bases to asphalt pavements. Unbound aggregates in roads. Butterworths 1989.

Thom, N.H., Brown, S.F. The mechanical properties of unbound aggregates from various sources. Unbound aggregates in roads. Butterworth 1989.

Ydrevik, K. BBÖ provsträckor på väg E18 i C-län vid Enköping. Lägesrapport efter två års trafik. VTI Notat V161, 1991.

Ydrevik, K. GBÖ-provväg på väg 60 i Örebro län. Byggnadsrapport, VTI Notat V201, 1992. Ydrevik, K. BB Ö-provsträckor på E4, vid Norsholm, Lägesrapport efter fyra års trafik. VTI Notat V206, 1992

Tabell 1

"Historisk" Översikt av beläggningsproblem och

stenmaterialprovningar.

BITUMINÖSA BELÄGGNINGAR

Före 1935, ca:

Nötning av bl a järnhjul, hästhovar

- tester av bergmekanisk typ (SP), ej provning av grus.

Fr 0 m 1935 - 1965, ca:

Ringa nötning pga luftfyllda däck

- flisighets- och sprödhetstal (SV1), även för grus.

- krossytegrad

Fr o m 1965, ca:

Dubbslitage, nya testmetoder behövs 30m kemplement

- sliptal (-71) VTI

- slipvärde (-84) VTI

- kulkvam istället för slipvärde (-92) VTI

- glimmerhalt (-92) VV.

Fr 0 m 1996 (7):

Avtagande dubbslitage

EN-metoder introduceras istället för BYA-metoder

- Los Angeles

- kulkvam (även Miero-Deval?)

- flisighetsindex, m fl testmetoder

Fr 0 m 2000 (?):

Tabell 2

"Histørisk" Översikt av bärlagergrus- och

bedömningsmetoder.

OBUNDNA BÄRLAGER

T 0 m 1992:

För GBÖ:

- Komstorleksfördelning (gränskurvor)

- Krossytegrad

- Lerhalt

- Organisk halt

- Bergtyp 1 (2 om bärlagret ej trafikeras)

Fr 0 m 1993:

Som ovan, tillkommer dock kulkvamsvärde (istället för bergtyp)

Fr 0 m 1996 (7):

EN-metcder sem

- Los Angeles

- Micro-Deval

- Sandekvivalent, "blåvärde", m fl

År 2000 (27):

Funktionskrav ?

Tabell 3

"Histørisk" Översikt av förstärkningslager och

bedömningsmetoder.

FÖRSTÄRKNINGSLAGER

T 0 m 1989:

För GBÖ:

- A- och B-maten'al, bergkross m m

Fr 0 m 1989:

Gränskurvor i BYA-komplement

Krøs sytegrad

Lerhalt

Organisk halt

Bergtyp

Fr 0 m: 1996:

EN-metoder søm för bärlager

Fr 0 m 2000 (7):

Funktionskrav?

Em

A vn ö/ n m a ma /r aa 'a m w/ r/ % _ -Z D e va / a b r a J / a n

5Wed/5/7 road- ÖU//dm §7 rOC/r /925 *25

Öron/le 908/55, d/OÖO5G

l ' 'T

i

I

3

W

i Fj Lv (emma/'an

30""0

\\

1

\ l '\ .27011714 bd I \

k

\

å

\

S \ 51:2 ä N \\\

& B E

_{'3 \ u}

\

ä « 8" E t \ \ / \ M \ U 5/09

?ä 5 m 5

r *

få

{

§8 8

l

lin/mf . M

I

20 - x . 71 a ' /Og t \ 1 I 1 N I 1 p [1 Ei . ' /' ' g - a i 3 - I '

18..

t

'

1 .t 1

* 3

Jl ! I *

k^'\ E 1 | ' 1 Q: '3 *U . ' .'°. \ - l 1 9); go 3 l \ ' t \ så, 4:. \ ; Q 1

\ é

\

Q \-' 3

5 t A

?E ä

'

4*

ä å ä ,Anmälasêacy/ * I \ I \ w ,7 _{/ I} fia/ dne 7

/ \

/\

I \

'

I

5 49 'V \ V Å I l ' smml I\ I

\

'I

\ r T

/\

7 \

7/

\ I V \ V m* I, \ /*-<*« 7 /

4

_{\ I}

II

'

\'/

\

_{A 5/}

X V

1 ,1

₍ V 5/ V\\ ,i 3 A i» 4 i. / /k4y7 \\ \ / ,APA / .. 2 [1* K (Arno/n. Ina/r_ \$ vb 47 \/ ?Lz 1 T* ;turas/00 I W / l l ll ! Il % lL l i

?aceeäTiâgaaaägåâahaxâ

\ I 0|0| 0 l l 1 L Number 0/ rock 1 . _ l i l [ _Jê l'7 OL'Cts m

Grañsk framställning av hållfasthcten mot nyck, slag och avnotning hos svenska bergancr (granit, gnch och diabas) provade 1925-26 (Schlyter, 1928).

8

'\

6*

_5/

0 E 0 0 0

§3 4-4

₀

_k

₀

g. _{5%»ch 0 Du} m ₀ 0 / _§00 D 0 . _{0 o DD 0} nu ?0 D 000 :9210 0

mm

0 _{I i j} 0 _{10 20} 30 _ _{r = 0.72} 10 _l .0 r " 5. D i. 8 I V v 6

§

_.

_'

:0 _.

.§-

_'

m 4 2 _{I ' l} 0 4 V V

*am-4 0%

löv

_°

o

₂₀

₄₀

₆₀

80

Kvornvorde

Figur 2 Samband mellan kulkvamsv'arde och slipvärde a) svenska material (Synopal dock syntetisk dansk sten) och b) sedimentärt stemnaterial från sydöstra England.

Figur 3

provvägsmaskin (PVM).

Exempel på korrelationen mellan slitage vid vägförhållanden och i

W WAd

12 'LO

Ko

rr

el

at

io

n,

pr

ovväg

sm

as

ki

ne

n

-väg

en

H

A

B

S

-H

A

B

T

Y=

O,

21

5+

3,

0

0

3

*

X

r = 0 , 9 8 4 1 1 I . l 1' 1, 5 2

V

äg

s

l

i

t

a

g

e

,

mm

Anti varv ' 1000

20 - -- - HABT16.ponyr

18 ""O"" HABT16, grann

_ " ' HABS16.gmnlt 16 -0 -HABsa.ponyr - -- HABS16. podyr E 12 .E 10 4-" Så / p .0 < 8 __ r -vv '_- . . / O ' _.- . . _-r ' "o 6 f. An V 1 ' f _ .guO "' -O' . f . '-7 . . . - - o i A0 ' ' 'I' 0 - .- ..To 0 i . . - - . ..-4 /_, '.' _-- få' - _wI.-_{_ _ _ _}_ - _{_ _ _ _.4- _} _ _ __{_} 2 -+Wf_ 0 § % a* 4. i ; Q* 0 50 100 150 200 250 300 350 MUVU'V'NIW

Figur 4 Inverkan av a) stenkvalitet for HAB16T samt b) beläggningstyp HABS och HABT16, dessutom max. stenstorlek från 8 till 20 mm för HABS (Jacobson

Re la ti vt slit ag e

Inverkan av maximal stenstorlek

2.5

---4

Kvortsit

Kvortsit

Rel. HABS HABS HABS HABS HABS HABS HABT HABT HABT HABT

8 lb 20 8 12 16 12 16 12 16

Inverkan av maximal stenstorlek i HABS och HABT med pofyr resp kvansit på tel. slitage vid försök iprovvägsmaskin (Jacobson, 1992).

W

"""""

inverkan av kubisering Laboratorieprovning - kulkvarn ä Icke kibbcm . [abba-.1 Kul kva rn svâr de Inverkan av kubisering Dubbavnöming på vägen s å Icke :M Me de la vn öt ni ng , m m

Figur 7 Effekt av kubisering på laboratorievärden och slitstyrka hos HABS (mätningar på väg efter 2 års trafik).

Inblandning av högkvalitativ sten

2.5 T

kvarts" + granit pony' + gran"

2

G) 00 CU

:..- 1.5

73

E

5

1«

'5

0,5-0J

'

l

l .

I l

'

Ref.

100% 50% 30% 0%

100% 50% 30% 0%

Förbättring av slitstarka material (kvartsit resp porfyr) i "ortens" material

Fi ur

W m (9 .8 8 49 5. 00 RS VO LU EIOK S (I ) \

'v

I

I

7

I

I

7

I

F I

I

I

1

7

1

I

r

,

f 1:5 to '- G A A G A G) 30 -- 0 o ' ao A o (5 25 *- _{Ö A A _ Q}O ₀ o 20 - G A 0 0 o o

15 -

A

0

L man: man ;0 0 00m 5 L_ 5 BAD 1 I J 1 1 -1 J J 1 I 1 1 1 1 1 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 5.0 5.5 mm (S)

M Relationen mellan Los Angelestal och vattenabsorption samt stenmaterialens lämplighet ipraktiken som bärlagexmaterial (efter Augenbach m fl, 1966).

Carboniferous Limestone Dolomiüc Limestone Ooiitic Limestone Gronite Crushed Concmte

Steel Slog

.,:. Furnoce Bottom Ash

Elashc Sondstone

Modulus r.

(MPC-I) ouo Sond ond Grovel

/ + 1 .. SOnd 500 -. O O O " o 0 // ,'U ,I

°

'1/7/

. //

'1,357

0 7 I' 'I' '

3°° *

.' /% "/V/%

_{0// Lv' ,I /} /L ll:

. //

0 . I' II' L/

z' 4 /

/rll lo*

V /

o o

o

o.// r'/ ////I/ 4 O ::

200 .

V, /V /

o _

0 I, J - . ' ll" O : _:

0//

e'

00 s

0 'I' / / a4 .4 o __ -\ _-. C / 0 1,4 Ö/Vøxø d o __ 0 - 7 0 k r' 4 " ° m .4 . / 'I ".4/ / "I 4 a 6-- o o o . / ll '4 / r II' 4 _§ 0 o o' / :lr/,4 //V' ,'4 o - o o o o I' 4' , o . - O 0 o yO'l'J//J/ 0:/ o -t- 1 . j 0 o _ c ut o / 1/44 / /' 4 O . :ä: 0.-:4 Ö 0 . O' ;04 3111L121065L79812131917151616 Material No.

M Styvhetsmodul enligt triaxialförsök på olika bärlagergrus och sand

15

Roho of VethOl // to honzontol stress 01 iOiIUfe / 10 á :f:

?

_/

'5-' v

_""

/ . .

i.: 4- ° Y 'j M - r 1. / i K o l l 4 o 5 ä . / _' ' 0 V 4 o

/

--

°o

/ '3"' . V O o° ? ...w ///1.'<°.' '0 00 o0 ad. .I .'0000 o 0 Är 1: 1/ 1/ 5-40' 'il'r/':--:° o o 198191252L181L671713161S MO'EHOl NO 1000 Number of cycles [Ef 1./0 SU'Oin ut 10 cycles 800- O

f/i

7

600-L/'a / Ll/ d / 7. V

1.00*

_r;

,«

/

_/

/ '7

_{/ x ,}

yli; V, "47 .I / _{//x 4 0} L" ,'4 11,04/

2°° V/ á/ 0' 3/

_{L, 14 r e, o} I / 'c _-4/ . o

,1,4

,?

/xä/

0

X 1. V '3' 'j 05:10

0

1///m-4/

i,

126921.S7119118171L18131615 Moteraol No

Figur 11 Skjuvhållfasthet och permanent deformation för bärlagergrus och sand (jfr figur 9) vid triaxialforsök (Thom och Brown, 1989).

Surface 4001 '. FVUCtion . . ./ Angie / / 0 O 300'4 y / O . O / ø-/. . x 2 O . 0 I i ' 7 r Eloslic Stiffness ' 0 100 200 300 1.00 500 (MP0) 12 -w _J' Sum of / / ongulority ond /. . . 10.. o o / 0 vusnble roughness / clossificotion 0 /° 8- ) 0/ o o 6..

,

- 4

ÃZ/ L- I -2/ I 0 0

2a

I 0

0 I 1 I 1 Rotio of vertical to 0 5 10 15 20 horizontal stress ot failure. l

Visable

Öl

° 5'09

/° /

Roughness Clossmcotnon 5 . o Ash / / L '4 Ö / C / 3- 0 o o o / 2 -L 00 / o / L/ 1 Jb 0 o

C

_{i 0 1}

3.

_{1 r I r Number of cycles per}

0 200 1,00 600 300 1000 1% ploshc stroin at

10 cycles

Figur 12 Samband mellan 21) E-modul och friktionsvinkel, b) komformsmått och skjuvhâllfasthet samt c) yttextur och permanent deformation. Försök med triaxialutrustning enligt ñgur 9 och 10 (Thom och Brown, 1989).

cr rubole Cr rubole crconCPete full deofh cr concrete .slag asphalr LO E1 E2 E3 F1 F2 F3 81 82 83 An A2 A3 BL 85 86 L 1 _1 A L L 1 L 1 i 1 1 1 L 1 / ÖOF' |

I

'1

N

/

BOr- l H

I

\\\;

I

J

.

I

100 l ' I I .\\L I 120*- | | . ...V 1*

11.0»

/

i' 77 days

I 3 8 d 3 y 5 asphalr 0 10 days

rensile |10'°|

5 fr 3 in

Fi ur 1 Töjningen på underkant av asfaltbeläggning (temp 15°C) hos provsträckor efter olika tid vid olika typer av bärlager (och helbituminös Överbyggnad).

Självbindning hos 13- och B-materialen framgår av töjningsminskning med tiden (streckade linjer). Enligt Sweere, 1989.

U1 5 m U1 1 O" 'a

ä

z:

ä

å

5

I 5?

5

o o _{o o STOCKHOLM}

T

T

T

T

T

T T'

*-20_ _{[ 6 /r i} 8 1.0-_{_} H _{F 0} 60--eo -_- _{r1;/_=_.-/// 27/5/1/ 5. "IE/ll E //l E 0/ 50/} 100 _{11/5 11/ 2- msm 5/1/ 51/1: 1/3 // 'sn/E/l/} = FlNFRAKTION . INDRÄNKNING 2 5kglm2 120_ BELÄGGNING _{= - u * " - 4-0 '<9' 2}

2 = TÄT FINFRAKTION 0-32 mm UTAN INDRÄNKNING

m1

_{STR®80knlm2 AB * 14° kg'm AG}

_{. MELLANFRAKTION BYAM}

Figu_r 14 -lll STR @ TOM G) 00 kglmzHAB + 110 kglmz AG MUR-II "iII I I i. I. u u v 3 CH'MIUIIO' _ BYA 81» -- BYA " KOHPLEHENT 1

A B C D E F G H BYA- KOMPLEMENT1 _--n--u-___Ol-_u_ _oo-__-SPRÄNGSTEN (LÄTT BERGBANK) TJOCKLEKAR BELÄGGNING (HAB + AG ) STR Q) ., 9.5 cm __.._ (_-n--l sm z T0M@»a.o cm FINFRAKTION A,B,c . w t..0 cm 66,5 cm

MELLANFRAKTION D,E,F

.

_1- M 6 STR 4' 7,5 cm

--«

6

sm

0ch @va,s cm

SPRÃNGSTEN H 4 75,0 cm

29

E18 GRILLBY

+ STR]

+ STR2

__+_ STR3

1/

d0

-d

90

_-0_ STP-4

' '

-X- 3112 5

3 - än 1 1

89-10-24

90-10-16

91-1015

92-11-03 _0- 31123

GL

Mättimaue

518 GRILLBY

.59

-I-- 3112 1

:z

å

-*- 3112 2

g

--*- 3112 3

C

så

_13-- 3112 4

3'

-><-- 3112 5

--0- 3112 (3

;1

Möflillfölle

.JV

F'gur 15 Resultat från fallviktsmätningar a) inverterade värdet på krökningsindex l/dO-D90 och b) asfalttöjning, beräknad från ytdeflektioner (Ydrevik, 1992).

.§2

.åäö

å§2

0M

om

m?

3§3

,o

nm

e

'a

lsE

N8 25 _t hE u8 omm m\ \u\ m\ um\ m\ \m xu\m \\ mxm üxmxm \u\ m\ \m xmt . . _ _ _ xmx sm qñâm . a\ xusm mxm _ xms xñxmxm mxm m: m\ \m _ \m \m \m \m \m \m \m m\ \\ tm I 8. Eu 58: . :8, 8. *om 38 I . __ __ e 8: .3 __ _ _ ... åta _ _ _ _ _ __ _ _ __ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _

_\

s

z

8 _ som "\ 1 Eo n Eo ø Eo n :o nt -m l \ Euq ol §2 ÅN§. \\ - \ o_ om_ 5S NE S8 3_ _ _ __ _ __ . _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ __ _ _ _ __ _ _ " :2 .3 5: _ _ __ _

L

-_

.

.

_

_{_}

_

_

.

_

_

.

_

Z

4

_

es_

_

es_

_

58_

_

28_

_

58_

_

1

82m 82 32 5 Så

så

e

@

@

e

@

Bilumh os: Semi-hån Mangan. abgebundcn Sandslain Senaste-in Birminäso SdücMen Ourzit Our-:if Figu_.r 17 L

° '-61

Dacke

Ev) (hp/m2]

7? 000

Bitumüaå'sc Schme Owrzit Oua'zit nu! Zemen! verl. Oucrzit Dawit

"3-10

Mnerolbclontragschichl 2. Logo

Minerolbdonrrag :chichl I. Lago

ñostkchutzsducht Un 'W

Styvhetsmodul för framgIävda väglager vid tysk undersökning a) hyttsten i bärlager b) kvansit i bärlager på obunden och c) bundet förstärkningslager (Sultan, 1972).

HISSJÖ

m

HÖST-81

<

å "5

.1

in

02

7

2a

' '5

Ostr. 1+

° 0

10500

20500

30500

LAGERMODUL 5:1 uPA

C1:

I

HISSJÖ

m

*1

VÅR-85

03

'

ä 1:

.2

2

tå

.5

07

10 .6

å

.sin 4

E 5

° 0

10500

20500

30600

LAGERMODUL E1 PA

b/

Jämförelse av lagermoduler från fallviktsmätning och tryckhållfasthet hos samtidigt uttagna borrkämor någon månad efter utläggning och efter ca 4 år. Provvägen utgörs av sträckor med bärlager, stabiliserade med dels malen hyttsand, dels flygaska-kalk (Höbeda m fl, 1987).