Pulserande belastningsförsök av bärlagergrus

V Zfnotat

Nummer: 14 Datum: 1987-02-11

Titel: _{Pulserande belastningsförsök av bär lagergrus}

Författare: Curt Wichmann

Avdelning: - V Projektnummer:

Projektnamn: _{Bär- och förstärkningslager - nedbrytning i laboratoriekvarn} Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: fri / nytärvärv Y"begränsayxly/

Statens väg- och trafikinstitut a, IVägZ ac,, a /(._/LETtlt/]tet Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-11 52 00. Telex 50125 VTISGI S_{Besök: Olaus Magnus väg 37 Linköping}

Pulserande belastningsförsök av bärlagergrus

FÖRORD

Följande undersökningar utgör sammanställning av försök gjorda vid flera

tillfällen och under olika projket. Varje delprov är mycket tidsödande och

därmed kostsamt, pga problem med proportionering av de stora provmäng-derna till avsedd kornfördelningssammansättning.

Provresultaten visar på sådana intressanta resultat att en fortsättning borde

vara av stor betydelse.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING SUMMARY 1 INLEDNING 2 METODBESKRIVNING 3 ETT PARALLELLFÖRSÖK 4 FÖRSÖK VID VTI tal Försöksuppl'ággning 4.2 Val av material 4.3 Resultat

5

ERFARENHETER FRÅN FÄLTFÖRSÖK

6 DISKUSSION 7 SLUTSATS Sid b-l II 10 10 13 13 21

Pulserande belastningsförsök av bärlagergrus Av Curt Wichmann

Statens väg- och trafikinstitut (VTI)

581 01 LINKÖPING

SAMMANFATTNING

Bärlagergrus har undersökts med avseende på bärighet genom pulserande belastning i MTS-utrustning. Jämförelse har gjorts med statisk belastning med CBR-metoden, varvid det visade sig att pulserande belastning gav

bättre överensstämmelse med fälterfarenheter.

Två bärlagergrus (0-16 mm) har provats i MTS-utrustningen med

varie-rande finmaterialhalt (5, 10, 15 och 20%), varav det ena utgjordes av

svagt grus (Loke) och det andra av granitiskt grus (Olivehult). Provserien

har utförts med max ca 80000 lastväxlingar med ca 8 kg/cm2 tryck i 0.1

sekund.

Jämförelse har gjorts med andra motsvarande försök och erfarenheter

från Vägskador. Vid försöken framkom:

- E-modulvärdena från försöken överensstämmer med motsvarande värden från mätningar i väg.

- Lerhalten har betydelse för bärigheten.

- Material med högre lerhalt har bättre bärighet vid normal vattenkvot

än material med lägre lerhalt.

Tests with repeated loading of base course gravel

By Curt Wichmann

Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI 5-581 01 LINKÖPING

Sweden

SUMMARY

Tests on base course gravel have been carried out through repeated loading with a MTS-equipment. Comparison has been made with static loading with the CBR-method. Results from repeated loading gave better agreement with results from road measurings than results from CBR-tEStS.

Tests with two base course gravels (0-16 mm) have been carried out with

MTS-equipment with varying contents of per cent fines (5, 10, 15 and

20%), of which one was a weak gravel (Loke) and the other a granitic

gravel (Olivehult). Tests have been carried out with about 80000 load cycles or until collapse. The load was 8 kp/cm2 in 0.1 second.

Comparisons have been made with corresponding tests and experiences from road damages. From the tests theofollowing conclusions could be done:

- Values of E-modulus from tests are well in agreement with corre-sponding values from measurements in roads.

- Clay content is of importance to bearing capacity.

- Aggregates with higher content of clay have higher bearing capacity at optimal water content in comparison with aggregates with lower

clay content.

- Aggregates with per centage of fines more than 10% have less bearing capacity.

1 INLEDNING

Bärigheten hos bärlagergrus är i stor utsträckning beroende av kornstor-lekssammansättning, vattenhalt samt packningsgrad. Erfarenheter från vägar säger att några veckor under våren får många vägar sämre bärighet, huvudsakligen beroende på förhöjd vattenhalt i samband med tjällossning. Har bärlagret samtidigt en ogynnsam kornstorleksfördelning ökar materialets vattenkänslighet och bärigheten blir sämre.

Vi vill med föreliggande undersökning ta reda på vissa samband mellan olika materials vattenkänslighet, kornstorlekssammansättning och bärig-het. Undersökningarna har gjort under olika perioder och har först nu

kunnat sammanställas. Resultat har delvis jämförts med

fälterfarenhe-ter.

2 METODBESKRIVNING

Bärighet kan i laboratorium undersökas på i princip två sätt. Antingen genom statisk eller dynamisk belastning. Metoderna är direkta, dvs man undersöker genom belastning bärlagergrus och får ur försöken fram ett

bärighetstal (li-modul). Syftet med försöken är att man efteråt direkt

skall kunna överföra resultatet till den verkliga vägen.

Den statiska bärigheten kan undersökas med CBR-metoden (Californian Bearing Ratio) eller SEB-metoden (Swedish Earth Bearing Method), varvid man stampar in materialet med Proctorstamp i en cylinder vid optimal vattenkvot. Cylindern vid CBR-försök mäter 152.4 mm i diame-ter och är 177.8 mm hög. Under själva försöket tränger en stämpel ned i provet med konstant inträngningshastighet. Kraften som krävs för att pressa in stämpeln till 2.54 resp 5.08 cm är ett uttryck för materialets bärighet. Vid SEB-försöket används samma burk som nedan, varefter en stämpel belastar provet."

Till det dynamiska bärighetsförsöket kan bl a utnyttjas en pulserande belastningsprovare kallad MTS. Bärlagermaterialet stampas in med hjälp av Proctorstamp i en cylinder. Cylinderns volym är 5 dm3, diameter 178.5 mm och höjd 220 mm.

Fi ur 1 Den pulserande lasten (övre kurvan) och den elastiska

defor-mationen (undre kurvan).

Den pulserande belastningen består av enstötpuls i 0.1 sek därefter vila i lsek. Stötpulsen motsvarar yttrycket av ett lastbilsdäck, vilket antas vara 8 kg/cmz. En rund metallplatta med 5 cm diameter överför trycket

från stämpeln till prover. Vilolasten motsvarar ca 0.25 kg/Cm2 tryck.

Figur 1 visar både belastningspulsen (övre kurvan) och den elastiska

nedsjunkningen (nedre kurvan). Storleken av utslagen i diagrammet har

inget inbördes samband. Försöket fortgår i ca 24 timmar, vilket motsva-rar ungefär 80000 lastv'a'xlingar.

*g :1 1 M N : Ayn * 'v 'i " ;f V_.ä r. 'i t

Figur 2 MTS-utrustning för pulserande belastning av bärlagergrus.

3 ETT PARALLELLFÖRSÖK

Haynes och Yoder (1968) redogör för ett triaxialförsök med pulserande

belastnina. I försöket varierades tinmaterialhalt och vattenmättnads-grad, Material som provades var lika det som testades i AASHO-provvägen och bestod av okrossat naturgrus och krossat berg av kalksten. Materialens sammansättning i provvägen framgår av figur 3, vilket överensstämmer i det närmaste med kraven på svenska bärlager. Den pulserande lasten bestod av en puls som framgår av figur 4.

Belastnings-trycket var ca 5 kg/cm3 med en mindre vilolast samt sidotryck av ca

Finmaterialhalterna var 6.2, 9.1 och 11.5% och vattenm'a'ttnadsgrad (Sr)

valdes till 70, 85 och nära 100%, På grund av variation av fuktigheten i

materialet och skrymdensiteten varierade den verkliga vattenmättnads-graden från 63-98%. Materialen stampades vid 70% vattenm'a'ttnadsgrad. Figur 5 och 6 visar totala nedsjunkningen vid försöken och figur 7 och 8 den elastiska nedsjunkningens variation under försöket.

Krossat berg hade svårare att hålla högre fukthalt, deformerades både

totalt och elastiskt mer vid samma fukthalt (figur 9) samt hade lägre

skrymdensitet än grusmaterialet. Det är skillnaden i skrymdensitet som delvis förklarar skillnaden i nedsjunkningen enligt författaren, men skillnad i kornform har också betydelse (egen anmärkning).

Å andra sidan visar författarna att krossat berg har högre genomsläpplig-het (permeabilitet) än grusmaterialet, vilket kan vara en stor fördel i en vägkonstruktion. Enligt figur 8 är den totala nedsjunkningen efter 100000 vxl ca 0.6 mm vid Sr ca 70% för grus och mellan 2.5 och 9 mm för bergkross beroende på finmaterialhalt. Den elastiska nedsjunkningen är samtidigt ca 0.18-O.20 mm för grus och ca 0.23 mm för bergkross.

I övrigt kollapsade provet vid Sr ca 80% resp 100% och uppnår inte 100000 lastväxlingar. Den elastiska nedsjunkningen framgår av tabell 1.

Vid Haynes och Yoders försök var belastningen 691le och yttrycket

70 psi, vilket motsvarar en stämpelradie av 4.51 cm. Elasticitetsvärdena vid provningen blev då enligt följande:

Tabell 1

Vatten- Finmateriai Deflektion vid 1000 vxl E-modu1

mättnads- grus berg grus berg

grad % % mm mm MPa MPa 70 6.2 0.19 0.21 171 155 9.1 0.20 0.23 163 142 11.5 0.19 0.20 171 163 85 6.2 0.24L 0.26 136 125 9 .1 0.32 0.27 102 121 11.5 0.28 0.29 116 112 100 6.2 0.37 - 88 -9.1 0.40 --- 31 -11.5 0.35 - 93

-E-modulvärdet är framräknat ur forme1n

15 x a x T .. .. .

E =

'

dar a = stampelns radie

8 '1.' = be1astningstrycket 5 = elastisk deflektion :00 W

_{I 1}

w i

_;

_LEGEND

_ ' 3 i D" GRAVEL 1 .' 1 :CRUSHED STCNE 80 _ i , I

i \1

i

.1

1

i '

+-

5 ,

z

1 .

I - a Ex ; .

z

1

0 > 5 r i - ' I ; r 5 W 60 5 \ _T . l .

3

i

s i

- - ? ^ CO 1 0: 40 T

Lu

z _ t .

.

\\

1._ ,n '1 '\ 2 " ' . . \ 5 M 1 N A C.: - "\-\_ " N b.. HQ-Ls.: '"\'>-a-'--:L 0 L' 2.9 3 25 cc 0:5 c: :2:: c:^ -:::5 :1:: SPÅ'N '31:5 1 43-3;

DlRECTION OF' RECORDING

_-_u____- FULM__mus 0.04 sec:

. I 3 -o m Lu_

F"

I'

r u? ?

§1

5

'-f RESlDUAL LOÅO - 32 '_83.

TOT'AL CYCLE *Ill - LSO SICCNOS

! www?

iLomma i m5 T: 5 ; 'nas

iO.: 325.3. 012 SE: .

Figur 4 Typisk lasttidrelation vid två lastcykler vid Haynes och Yoders försök (1968). 0. f .i . - 7-* r I LA I §\ I H_ tr ;E NR O 2 - sweet-a .2 - 2 9 g... 0 U .J .3 L. U 0 LEGENO

.J A-- 5.215 PASSING 'zoo SlEVE

4r- s-n a_ 9.. s . .. .

0 c-- :L515 . . .

|...

NOTEmu-czn a- cunu :men:

5 AVERAOE OES!!! OF SATURATIOI

' I T.

NUMBER OF LOAD CYCLES \

5 90 50 no 32:!

Figur 5 Nedsjunkningsförlopp för grusprov vid Haynes och Yoders

02.:: i .n _GD MJ : 0 E 2. - : z 9 ; - ' 1 0 tu I ,L _L 2 . U. L... E LEG E N D \ ° 4-6 2% PASSM'ZOO szsvs c-aoa-' : J a_- l I I I .4 - 9 Å. - I *5 c-nses ' ' ' ' - i _:

inom: nuaasx: on cuavs: :m7: : \

3 men: :tas: ur umnrm 3 \

{ F T i t ; T

V

»massa OF LOAD CYCLES \

g

*\

5 o :0 :00 :oo uooo 5000 :0.000 :0,000 mv

Figur 6 Nedsjunkningsförlopp för bergkrossprov vid Haynes och Yoders

försök (1968).

.one

_

LEGEND

A_- 6.2'APASSING'ZOO save

DÅ 8- 91"- u ' -

-./ g . c-u.5$ .. .. .. NOTENUHBERS ou cum/es mczcns »95% AV. DEGREE OF suunnnon

IN CH ES :2 N ne eo uuo .

8

b 8

L

10 50 ICO 500 1000 5000 PCDCO 50000 im

NUHBER OF LOÅD CYCLES

Figur 7 Den elastiska nedsjunkningen för grus vid Haynes och Yoders försök (1968).

OIG .

014

A ._ saapassmo' zoo szevs B-S 7% :C-u|5% :mr: massa: G' AV :5355 L____....__. ,_.. ..-I CWVES 'HOICATE OF SAT'JQAT.OI REBO UN D,IN CH ES RE BO UN D . IN CH ES TO TA L DE FL EC TI ON , IN CH E S Figur 9 100 NÅJMSER 553 OF

Den elastiska nedsjunkningen för grus vid Haynes och Yoders försök (1968).

DEGREE U SÅTURÅTlON, FERCEN'

.one LE G E N D A 6.295 PASSING'ZOO szEVE m6 D 9. | $ n n n o ".57. - - - /° GRAVEL _A? 43'* ----CRUSHED STONE /

NOTE= Pomrs moccxrs VALUES /°

AFTER IOOO Low CYCLE s. _{_ ,då _ /} .om ₄'ñ\_{x ,9 x}/ I ' _" -Ir l \67 I mo I 0/ i / / / / A, I / 4/ 4 // 1 .00m 423/ m6 .s / 5 /I .4 // i 3 y

,

4-4? /

O_ d ,.0 :_ijø/ ! L o_{50 55 en 65 70 75 80 0: 90 06} '00

Total och elastisk nedsjunkning efter 1000 lastväxlingar vid Haynes och Yoders försök (1968).

4 FÖRSÖK VID VTI 4.1 Försöksuppläggning

Till undersökningen i MTS-tryckpressen har använts ett prov 0-16 mm som har varierande finkornhalt. Fraktionen 0-16 mm har valts för att eliminera randeffekter i provburken. Finkornhalterna (<0.074 mm) har

varit ungefär 5, 10, 15 och 20% efter instampning (figur ll). Varje

delprov har propotionerats varefter de har stampats in i E-modulburkar med ett packningsarbete som motsvarar tung Proctorinstampning TlSO

(AASHO modifierad) och med vattenkvoterna 5 och 8%. Efter

instamp-ning har en vattenmättnadsplatta satts på burken och provet har

vattenmättats (figur 10). Proverna har vattenmättats tills överytan blivit genomfuktad och blank.

Nedsjunkningen registrerades med hjälp av skrivare och elastiska defor-mationer avlästes under provets gång med hjälp av oscilliskop (figur 1). Efter försöket togs vattenkvoten på provet. Siktnlngsanalys har utförts före och efter instampning och provning med pulserande belastning samt en vattenkvotsbestämning efter vattenmättnad. Vidare har materialens kapillaritet bestämts i fraktionen 0-2 mm.

Figur 10 Vattenmättning av instampat bärlagergrus för pulserande belastningsprov.

Pa ss er an de män gd , vn kl pr oc en l 10 4.2 Val av material

Vid undersökningen har använts skiffergrus från Loke i Östersundsomrâ-det som består av vittrande alunskiffer med något svavelkisinnehåll. Skiffermaterialets grövre stenar är ofta bladiga och faller sönder till hårdare, mindre skifferpartiklar. Materialet har använts vid provvägs-bygge vid Östersund. Vidare har ett prima naturgrus från Oiivehult ca 5 km norr om Borensberg i Östergötland använts. Det är känt sedan tidigare för att ha goda vägtekniska egenskaper.

100

I u- :- 1 r- _- T p- '- l- r' - f l - z ll' . ._ i_ l _. .- I ._ - - -g 7- .-. ,- ... L.. .. ;- p- _ .. E. I __ .L '7. E.. .J :2. :..1 E. .4... I". '.J .'2. t. r.. ...' L 1 I i: l Z E I :1 I I I I L. 5 l : 90 I : : I : :I : : L. E1 : t: : x : I .. i .. .. i .. - '1 .. _ .-l .. .._p- l _ ,.. l .._.. .._{_ L-}- .._L- ._ ..._{_} .- l .. .1. :; ... .J :. :...: ... ... - LJ :. r_ ,i t'_ _ .. ._ - - I_ i- _

i :

_

. _

_.

.

-

_: E. - 5 t .

-80 i Z 2 l 'Z Z 1 I L' .2 <..l Z .2 I :I .. ._ 1 h. .. I ' .- ;..r _ _ ' .. . .. .. E - "i i. - ' - '1 l _ E ! _ .. l - F 1.4 .. _ I _. ,5. E. . .l 7.. LJ ,7. q_ »- ,TJ "- .I. .i 7. | _- _ i ._ .. l ._ _ E :3 - i- ' .-70 l : E I : :I I I. : .. L': " :T I : F .. ,. I _ _ 1 _ .. .. .7 .. I .. r- r- :- . p- 7- I- -: '- I-! .. t: ' P. -. I .. r- .. -. _ b i _--. u. I_ i. b _ .- .-f _ I J L _4 _ -_ _ " "_ F L J -- I_ .- _ -u v. .. .. ,_ r- .-' : r: 3 : r ' : : : :i : r_- : ' : 60 l _ _ i ._ E: 2 _ .. .. -. ,. ,_ L- : .. ._ .- l .. ... l .. .. .. _- 1._ P <' : I - »- 1 : I I I 2.' I 5 C Z 2 -J., ?2. ' ...' :_.J :. L '2. .1 I. P' " - T. I - C' _ 2.' _ I .. "L .. lt., - II' 2' d _ : : t : : : . 2:. c : ' : 50 | _ _ l _ _ l ,_ .. ,.. u _ 1 .. 1 I- .. I ;- ._ ; ... .. i l a 1,_ ,... _-\ L- .. .. .. _ C, .. .. l ;:I. E --_ 1 _.nu_ nu.. -- t a k: r: e ..i_ .á _. _. .1 a ...I ,_ _4,_ p-ø! :... P.. .J .- ._ 1 .. .. .. E' 5, _. .. _. E" i - ._ .. i .. _ i.: ... ;,. .. l ..

40 : .:

| .-

=

.-

. -

5 .- ...

- .

l ,_

-

:

r-

a

.-

-p

p-

- .

_ :

-

I-I : ; l :1 : r i/ _ : '..l : : I L' .L :_ :. .J :_ :...: r_ ...; E_ .4 :_ :_ .i :. 1 : .." u "_ " h "'._ _ t: p.' E '.. s "' -30 1 : :. a : 1 /t : /_ 3:1 : u : e -. I .. .. . _. ,_ T _. .. ._ ,.l. _ i .. I

-I L' Z 4 / E/V/ '. E E :5 E E i". ' 'I'

- L.. . .i :._. ..:_ ._:. ._._...J .. , ..:'.n- ..._ F.__4 r..I- L_r.. r'L. .13 : '-l _ - l .. .... l - _- ' L- z.. .- -20 ' _/I_ *[4_ _*1 _b /._ "... L.:i t". r,. _*- i * .-! i-v ' - I _- _ -o -5 I- A n- ' "-| : 2/7 : 2/7 >- » e 9-3 F F- »- x -/- .. P' ' .7 h. : '_. p' E : y-L_{I - .}- -J_, -- _PLJ _- _...__{_. a}.... _{_,}Fas _EC- _-aL... _ .l - -_. .. r.. I ._ _ . l_ _ l t: I I- ;- ' - ! - r- p-l t L- i = _I "_(-I*_{_. l} i' _{l_ T __}' _{__}"' _{__}V i"_{_1 _} "-_{F_ L_}' ₁ P'_{b_} bu- .. ._ .- |_. « 1 .-I ,ia-__34_- - ,- E I ._ _. C 'rn ,_ L: E i : .L_I ._ _»0L. .1_l c__{P_} J __- _r__{i_ »-}._ :i E. _'-L _{L_}_ .J _. .-L - .- I ;- ... .- I - "- L L in-o l Z 2 l 2 E I 5 _: Z ;11 i ;2 r. .5 I 1 I 1 ,..svu .4 . l . - i .I:x;.. 4 . y \ l I _ ;x '. 1 - . I i tv l i l l i l I I i I [ 0,125 p 0: -Å b 5.6 8 11,2 16 20 3 50 64 0,074 0,25 [-Kornstorleksfördelning. Figur ll 4.3 Resultat

Vid CBR-försöken stampades pröverna in vid vattenkvot 6-796 varvid nedträngningskraften registrerades. Skiffergruset från Loke jämfördes med kalksten från Hejdeby, Gotland. Resultatet framgår av tabell 2. Nörmalt bärlagergrus bör ha CBR-värde ca 100 efter 4 dygns

11

Tabell 2 Resultat av CBR-prov.

Material Skrymdensitet Slutlig vattenhalt CBR-värde vått

(g/cm3)

(96)

Loke 2.33 7.0 72

Hejdeby 2.32 6.6 123

Vid MTS-försöken stampades proverna in dels vid ungefärlig, vattenkvot

ca 5% och dels vid vattenmättnad (ca 8%).

I bilaga 1-4 redovisas kornkurvorna före och efter instampning i E-modulcylindrar. Finkornhalten är ca 5, 10, 15 och 20% efter instamp-ning. I tabell 4 redovisas sammanställning av samtliga gjorda mätningar. Kornform uttryckt som Particle Index (ASTM 03398) och lerhalt

(sand-ekvivalentvärdet) bestämdes för att bedöma betydelsen av dessa faktorer

vid instampningen och bärighetsundersökningen. Som jämförelse för P1 har bergkross från Skärlunda 11.8 och välrundat havsgrus från Simris-hamn 5.3 i fraktionen 8-ll.2 mm. Lerhalterna och kapillariteten vid fraktionen 0-2 mm hos de åtta proverna framgår av tabell 3.

Tabell 3 Lerhalt och kapillaritet vid ?VITS-försök.

Material Finmaterialhalt Lerhalt Kapillaritet <0.074/16 <0.002/20 (0-2 mm) % % cm vp Loke 5 1.2 396 10 1.9 491 15 3.1 710 20 3.9 748 Olivehult 5 0.5 245 10 0.9 287 15 1.8 347 20 2.7 510

Det råder inget tydligt samband mellan ler- och finmaterialhalter. Lerhalten ökar dock med ökande finmaterialhalt. Däremot råder ett förhållandevis gott samband mellan lerhalt och kapillaritet.

Ta be 11 __ _4 _ Sa mm an st älln in g av re sul ta t vi d för sök me d pul se ra nd e be la st ni ng i MT S-tryc kp re ss en 84 -85 Ma te ri al <0 .0 74 Va tt en kvo t Sk rym -K o m p a k t Po ro si -PI Sa nd -Dyn a-St at is k E-A n m . vi d ef te r de ns i-de ns it et te t 2-4 11 .2 -1 6 ek v. mi sk ne d-modul in st . va tt en -te t ne ds j. sj un kn . mät tn.

%

%

%

g/

cm

3

gj

cm

3

m

m

m

m

m

m

m

m

MP

a

L o k e 5 _{10 15} 20 9 5 2. 06 2. 66 2 7 3 2. 17 1 5. 8 2. 32 1 5 8 2.40 16 .1 16 .3 47 0. 15 3 0 19 5 5 0 19 5 3. 8 16 3 2 5 13 9 WWW 7 172 6 70 .5 40 Br öt s el . 55 m i n 0 40 Br öts ef . 32 m i n 10 15 20 00000000 Ol ive hul t 5 _{1.0 15 20} 5 2.68 19 .8 11 .9 13 .9 64 0.24 10 .1 12 2 4 16 .4 0. 24 '2 0. 3 12 2 6 15 .2 0. 24 22 .1 12 2 6 15 .7 0. 42 27 .0 70 WWW 4 0 21 .6 0. 42 22 .5 70 10 .3 2. 20 17 .9 0. 56 24 .5 52 15 5 2 9 1 20 17 .2 0. 60 51 .5 49 17 .5 1. 09 53 .0 27 Br öt s ef . 30 mi n 00000000 12

13

5 ERFARENHETER FRÅN FÃLTFÖRSÖK

Vid vägbygget Anguntorp-Falköping, väg 186, konstaterades beläggnings-skador efter en vintersäsong 1983. Materialet till bär- och förstärknings-lagret hade hämtats från en lokal grustäkt i Gökhem, huvudsakligen bestående av kalk- och sandsten. Materialet har tidigare provats vid VTI, varvid det framkom att materialet var vittrande vid frys-töväxlingsför-sök och nötkänsligt genom malförfrys-töväxlingsför-sök i laboratoriekvarn. Materialet kan med andra ord karakteriseras som svagt, och tål inte direkttrafik i byggnadsskedet utan att avsevärt brytas ned. När skadorna konstaterades gjordes en urgrävning av skadade partier varvid siktanalys utfördes på bärlagret. Sex analyser gjordes varvid finmaterialhalten varierade mellan 9.4 och 13.9 med medelhalten 11.1% räknat på 0-16 mm. Medelfinmate-rialhalten för utlagt material var 75%. Ökningen var med andra ord 3.6% i hela bärlagret över de skadade partierna.

I det skadade partiet kan vi med andra ord konstatera en mindre ökning av finmaterialhalten till halter över 10%. Därvid uppträder skador i vägöverbyggnaden.

6 DISKUSSION

Föreliggande undersökning är behäftad med många brister, varför resul-tatet bör tolkas med stor försiktighet. De material som är framtagna har

varit mycket tidsödande att proportionera till lämpliga bärlagerkurvor.

Detta har fått till följd att resurserna räckte inte till att göra mer än enkelförsök. Minst tre prov borde ha gjorts på samma materialsamman-sättning. Vidare saknas adekvata försök för att mäta den kapillära stigförmågan av vatten i bärlagerprov med fraktionssammansättningen 0-16 mm, men mot denna bakgrund dristar vi oss ändå att göra vissa

slutsatser.

Den statiska provningen gav till resultat att skiffergrus från Loke var

underkänt och kalksten från Hejdeby var helt acceptabelt. 'Fälterfaren-heter avslöjar dock att kalksten från Hejdeby är mycket vattenuppsugan-de och faller lätt sönvattenuppsugan-der vid bearbetninC7 varför vattenuppsugan-det är klart olämpligt07 som bärlagermaterial. Den statiska provningen visar sig med andra ord

lll-vara mindre lämplig som utslagsmetod för bärlagergrus. Den dynamiska provningen har gett värden som överensstämmer med fälterfarenheter och man kan också variera tryck, belastningscykeln samt belastnings-hastighet så att miljön i det närmaste överensstämmer med verkligheten i väg.

Haynes och Yoder (1968) redovisar i sin undersökning resultat från

laboratorieprovning som översatt till E-modul överensstämmer mycket bra med våra resultat. Bärlagergrus med ca 10% finmaterial har i våra

försök E-modul som är ca 120 MPa för naturgrus med låg lerhalt (03%)

och 200 MPa för svagt naturgrus med högre lerhalt (13%) vid optimal

vattenkvot. Haynes och Yoder redovisar värden som motsvarar ca

>160 MPa för naturgrus och >140 MPa för bergkross med lägre

finmate-rialhalt.

När vattenkvoten däremot i Haynes och Yoders försök ökar så att

materialet får en överkritisk vattenhalt, sker flytning i materialet om samtidigt finmaterialhalten blir för stor. Våra försöksresultat är

sam-manställda i figur 12 uttryckt som nedsjunkningens beroende av

finmate-rialhalt samt i figur 13 där E-modulens beroende av finmatefinmate-rialhalten finns beskriven. I figurerna redovisas då resultaten både vid 5 och '8% vattenkvot. Dessa vattenkvoter motsvarar Sr ca '40% resp ca 70%.

Av försöken kan man klart utläsa att materialen har god bärighet vid optimal vattenkvot. Däremot förlorar Loke vid >10°/o finmaterialhalt och Olivehult vid 10-15°/o finmaterialhalt bärighetsegenskaper vid 8% vatten-kvot.

Figur 14-17 redovisar nedträngningens utveckling under försöket. Man kan först konstatera att skiffergrus från Loke har väsentligt bättre bärighet vid 5% vattenkvot än urbergsgruset. Nedträngningen i

skiffer-gruset upphör efter en timme eller några tusen lastväxlingar medan

nedträngningen i urbergsgrus fortskrider under hela försöket. Vid ett tillfälle (5% vattekvot och 10% finmaterialhalt) fortsatte nedträngningen utan minskning också efter 160000 lastväxlingar.

15

dubbelt så hög som hos urbergsgruset. Leran håller vid låg vattenkvot

samman provet. Kornformen hos skiffergruset är också mer komplext

(högre PI i tabell '4) vilket orsakar att stenarna låser varandra (dvs högre

inre friktion) och på så sätt hindrar nedträngning i materialet. En viss mängd kalk i skiffergruset bidrar också troligtvis till att svagt binda ihop

materialet.

Däremot blir förhållandena i det närmaste omvända vid högre vatten-kvot. Vlaterialet kan ha god bärighet vid lägre finmaterialhalter men ökar halten tappar materialet mycket snabbt bärigheten och efter <lOO lastväxlingar har provet kollapsat. I figur 15 och 17 framgår att detta sker vid finmaterialhalt >lO°/o för skiffergrus och ca 15% vid urbergsgrus.

Kapillariteten är beräknad på fraktionen 0-2 mm pga apparattekniska

skäl. Stighöjderna är mycket höga. Det finns ett klart samband mellan

lerhalt och stighöjd. Troligtvis skulle värdena bli lägre om hela bärlager-kurvan provats. Försöket visar att den vattenupptagande förmågan är högre vid högre finmaterialhalt i intervallet 5-2096. Stighöjden ökar med avtagande porositet i detta försök. Däremot är vattenhalten lägre vid optimal vattenmättnad för prov med högre lerhalt. Proverna kan med andra ord behålla vattenhalter sämre och risken för kollaps blit större. Detta ger sig uttryck i sämre bärighet för prover med högre lerhalt vid

överkritisk vattenhalt.

Resultatet stämmer väl överens med vad Haynes och Yoder (1968)

kommer fram till. De konstaterar enligt figur 5 och 6 att vid Sr ca 70%

(vattenkvot ca 8%) har man liten nedträngning (hög bärighet) i

materia-let i finmaterialintervalmateria-let 6.2-ll.5°/o. Naturgrus har bättre bärighet än bergkross vid lägre vattenkvot, vilket är naturligt då naturgrus vanligtvis innehåller högre lerhalt. Vid högre vattenkvot förlorar grusmaterialet snabbare bärigheten än bergkross. _Bergkross har viss lastupptagande

förmåga vid 5,- ca 80% medan grusmaterialet då redan kollapsat efter ca

16

E (mm)

A f

10 '

Olivehulf /

_

/

/

0,80 -

/

_ 771- -->< Loke 0 60 .. 5 °/o VGHEDKVOT

497

mao/o

-.. / / / / / 0,40 __ 0 /x (0)

/

.

.. / OllEhuH o ' 0 0 020 - %;7 x

X W

0.0 1 I r r > 5 10 15 20 °/o 0,07L mm Figur 12 Sambandet mellan finmaterialhalt, vattenkvot och elastisk

nedsjunkning efter ca 1000 lastväxllngar.

8(mPc1) A x S % valfenkvof

180 «

_x

""8°/° ""

_. _ \ _Loke

\

+0 * \ x 1 .. 0*\ 0 o Olivehulf 100 -' \

o\

\

- \ \ \ x\ (0) 60 a \ \ 0- -N-o_{\ \}

-

. x--N--J Loke

\\o 01' h H

20 __ we U 0 I I 1 l 7' 5 10 15 20 °/o 0074 mm Figur 13 Samband mellan finmaterialhalt, vattenkvot och E-modul

Nedtrdngning

mrn A

20 J

15- '

Finmaferialhal'r

20%

10 -<

5 "' I I 0/0

f/

_K/

-

15%

_5%

I I I I I 1 f T I I I A 1_ l

7

13 20 27

33 LO 47 53 60 67

73

80

_{lasfvaxllngar x 10}

H G .. .

3

Figur 14 _{Nedträngningens beroende av antal lastväxlingar och} finma-terialhalt för skiffergrus från Loke vid 5% vattenkvot.

18 Nedfrüngmng mm

^ 20%

50-

_L,15%

LO-«

30

2.0

10-"10%

5%

7

20

33

47

60

7'3 s'o Anm

_{lcsfvüxltngurx103}

Figur 15 _{Nedträngningens beroende av antal lastväxlingar och} finma-terialhalt för skiffergrus från Loke vid 8% vattenkvot.

19 Nedfröngning mm A

50_ 20 %

15 %

10 °/o 5 % \ . T T T 7

7

20

33

137

60 67

80 Anm

[asf-vcxlnngnr x103

Figur 16 Nedträngningens beroende av antal lastväxlingar och

20 Nedfrüngning 15 % mm

2017

.

10% 15-20% 10- _5% 5_ I I I 1 T I I T T I I I

7

13 20 27 33 40 47 53 60 67 73 80 Anm? .

_{lasfvaxt : ngar 2:10}

3

Figur 17 Nedträngnihngens beroende av antal lastväxlingar och finma-terialhalt för urbergsgrus från Olivehult vid 8% vattenkvot.

21

7 SLUTSATS

Man kan efter att ha provat två grusmaterial i denna undersökning

konstatera följande:

- Nivån på E-modulvärdena vid våra pulserande lastväxlingsförsök

stämmer överens med resultatet från andra försök samt från

E-modulvärden uppmätta i väg.

- E-modulvärdet är högre för lerrikare material än lerfattigare vid normal vattenkvot. I vägsammanhang innebär det att lerigare bärla-gergrus normalt ger högre bärighet än lerfattigare.

- E-modulvärdet är mycket känsligt för högre vattenkvot vid högre finmaterialhalt. Vid finmaterialhalter >lO% tappar bärlagret sin bärighet när vattenkvoten överstiger 6-8%.

- Vid vattenövermättade bärlagermaterial har finmaterialhalten

avgö-rande betydelse för bärigheten. Vid finmaterialhalter >lO% tappar

materialet snabbt bärighet för leriga material. Under det att normala urbergsmaterial kan ha viss bärighet upp till ca 10-12 % finmaterial-halt.

- Kapillaritetsmätningar i bärlagermaterial bör inte provas med den normerande kapillarimetern på material 0-2 mm. Stighöjden bör istäl-let mätas på hela provet (0-16 mm) för att få en uppfattning om verkliga stighöjder.

- Grus med högre finmaterialhalt och lerhalt har större kapillärsugande förmåga, vilket förorsakar bärighetsminskning.

Loke 10% finkornhalt före och efter instampning i E-mcdulcyiinder. 0.074 0.125 0.25 0.5 10 4 5.6 8 11.3 16 20 32 5064 C) _ A (D Pa ss em nd c md ng d. Vl ki pr oc cn l 8 8 8 8 8 3 8 100 8 a - v-U 0 I -H i -. 1 -U _ - v-r w . _ 1 _ I Ö : 1 -1 -_ u_ 5 I I I I ' I I ' I

\

IIII lI II I Il ll l' l I -. L - L --_ L-. .4 .. . .. -L ---4 . -.. -L .. .1.._L .. .< II II II II 'I II 'I II I .. .. .u . . ' ll ' Il ll ll ll l _. .l .. .1 Il ll ll ll l _-L_ 1. II II II II I I l l i l l l l l .. _l .. .. .1 u :n xuuum "" l" " m mm ' . . -' . . . l |l l l 'I . -L -q -L -5 - --t. «-u _vu-L. u. u . _ V L -u j -L -d

\

-L -_ -L . -p c K T i AI lf: I ' I l \ II I ll . 'V II IU IU I Il ll ll ll l ll l

\\

L Il løl il ll A A l l Il ll ll ll wi l l l l l l i l I |u||u| I l l l l uu uul u. . . .. 1 H II II II II I L -L -. -L -q -L _ q _ -L _ -_ _ L _ -\ < ; : c . . L . . . . . L . ..4 H I ||I |I I ll ll ll ll l 'I 'I I' " l ' l l l uul uu ' I I I I I ' H _ -L -. II II II II I .. -1 .: . vi I' II lI I

5

N

-_ . -L _ I I I I I I l l I I I I l l l l l l l l ' I l l l l l l ' I I I ' I ' I " I II I |I . " . L H . . L . 4 . .L_ 1 . . L _ . _ . L . . . . L . T Il lill l|l -L _ i llll ll ll ' _. -L _' : -I l ul n u ll ll ll ll l U l l l l l l l l l l l ||ul I. .. . . .I II II II n u n u

0.06 Grovmo 0.2Mellansand0.6 Grovsand Fmgrus Grovg rus

Loke 5% finkornhalt före och efter instampning i E-modulcyiinder.

0.074 0.125 0.25 0.5 19. 4558113162!) 32 5064 0 8 8 8 8 8 Po ss er an de md ng d. vl ld pr oc cn l 8 3 8 8 -L -_ L _ -_ L -_ _- L- _- L- _- L- -- L- -- L-_ -L -_ L -_ L _ -L -L _ -L -L -L -L -L -_ L _ _ -L _ -_ L _ _ L _ -_ L . . -L . . ' 0.06 100 r Grovmo

0.2Meilansand0.6 Grovscnd 2 Fingrus 6 Grovgrus 20

idl Bilaga 1

Loke 20% finkorn'nalt före och efter instampning i E-modulcylinder. 0.074 0.1 0.25 0.5 1,0 4 5.6 81131620 32 506-? ? S e s s a n 39 6m . 5 5 2 0 3 2 . O m a m m m m m wm m ' i i ' " 1 1 I ' l l l l " I l -I ' q q ' l l ' l ' l ' I ' l l ' l l .l . _ -_ -. -_ -. . -_ . . -. . -: -_ -: _ . -: : -: : _ _ : -_ -= : -u _ -q _ = _ _ . -. . -. l : L i l o ur . : 1 . . -r i -L i l . . -. . . 1 0 e rI L . : 3. .. .. 1 nur .. -Y.

,

.uu-u. -.. .n u . a u . .uu-_n uc -_ua -_ un c_ _un a-_uu_ _ uu-_ < -. -v O t ur -. . l øc h I I I ' F ø' l ' -r l 4 l ' r b l n é I I . F . |1 1 -P _ -_ -_ -. un -_ uuuc q _ q u -. . u . . . uu-q - u|-. -. . -. -. -q -n -f . . uu-_ n a d -bl f l l l I P I J xU P t . _ ud -_ d u_ -. uu . -. <_ uv/ -q -. -n l . c a n -_ a uc -c -. 4 1 1 . -u. -. -q HL / .. T _ z . h p b _ -. 1 _ -/ -1 / 4 __ _. _. ._ = .. .. -. .. . .-.. -. ... .. .. .. .. _a __ . . . _ -_ . .-.. -. .. . .. -. -. .-. .. -. _. .-. _n un -q ua -1 Hur .: Is ra xc sr .. . n ur : 4. .. .: ap r. . vi ral : L i l so rt ; .. .. ri r

/

/

.i nn .I I.. na r - 1-.. .. . :. 11 --.1 -år ! ir .. . -. .r i -ur l -L il ir l. .-H 5. .. .. . ... ... .z 5. .. .: . . ' "H J .. .. .. .. .. .4 .. .. . .. .. .. .-. .. .. .... _. _. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .-r _ u _ -'I r .. .. -. .. . .. .. _. -. . .. .. _. .. . .. .-_. ._ . .. __ .-__ . . . . . -. . . . _ . -_ -_ _ .. .. -. .. . .. .. _. .. . . . . --. . . .I ' 1 x .A I; A. . i

0.06 Grovmo 0.2Meilanscnd0.6 Grovsqnd 2 Fingrus Grovgrus

Loke 15% finkornhalt före och efter instampning i E-modulcylinder.

0.074 0.17: 0.25 0.5 1.0 4 5.6 811.31620 32 5064 ? 3 8 3 2 . 0 3 9 6 9 5 5 2 6 2 2 . o m m m m wm m m m m TT " I ' I ' l l l l l ' I l l ' -|' |_ ' I l ' ' l i l l i -i I ' : iI Ilrllllñlv| .. .. .. .I 5. .. W L . : : L i l -. .r f .. .. r. .... .. ru. . .. .. r. .-5. .. .: .. .. .. .1 . . . . . _ : . . . . . a -r . . .. .. . .. . . : . -: : : . . -= : 5 : -. . . . 1 = . : .. .a -_ uu_ . -: _ = = . ai r-, : ur i n øÅ -. .. 11 .. .. ri : L åg : L un r ø, --.i i i r -. . - IT.| . h p b .uu- _u-u . -c -.c c-_c al q .-u. -q u-| _a u-_a cud _a u-_uu_

-/

K' | .. .4 -a a -. _ c c -Ä .un -u. .. . . . u -uq .. .c -q .. . .. .u-uu. . . j a a -.. .1 0. 4 30 .. .. .. tur .. -la rs -. . . . . . 3 / va r. .. ar r-.. -. .r f syr a. .. . . . -c -. . . . . .. 5. .. .: .. .. -. -. .. .. -. ... .. .. _. .. . . . . . -_ q . -. -. -. . . . . -. _ _ .. ._ _q qq .. .. .. .. . . U l r l l l i f t ; l l r l l a l r l zI I P |1 ||P OJ I I F 1 1 a l r l çul f l xl l r l wi .\ II ; I» i ' t 1;

Grovmo Mellansqnd

0.06 0.2 0.6 Grovscnd Fangrus 6 Grovng 20 Bilaga 2

Olivehult 10% finkornhalt före och efter instampning i E-modulcyllnder. 0.074 0.125 0.25 05 10 4 5.6 8 11.3 16 20 32 50 64 7 l -L -L -L -L -_ _ L _ _ . : -L -L -L _ -_ L -Pa ss cr an de män gd . vt kl pr oc cn l 8 $ 8 8 ö _ -L -L -_ L -_ L -_ -L _ _ -L _ -_ _ -L _ -L -_ L _ -L _ -L -_ L -_ L -_ _ L _ »_ L _ -L -_ -L _ _ -L _ -L -L -L -_ L _ -_ L -0.06 100 f 0.2 0.6

Grovmo Mellansand Gravscnd Finng Grovgrus

Olivehult 5% finkornhalt före och efter instampning i E-modulcylinder.

0.074 0.125 0.2.5 19 4 _{5.6 81131620 32 5064} 0 8 8 8 8 8 Po ss er an de män gd . vi kl pr oc en i 8 3 8 -. L _ -L -L -_ -L -_ -L _ -L -_ -L _ -_ L -_ L -L -_ L -L -L -L -L -8 _ L _ -L -_ -L _ -_ L -L -_ -L --_L :

ê

Grovmo Meilcnsand Gmand Fingrus

006 03 Gå 2 6

1

Grovgrus

Bilaga 3 Sid 1

Olivehult 20% finkornhalt före och efter instampnlng i E-modulcylinder. 0,0% 0.175 0.25 0.5 1 .O 4 5.6 8 11.3 16 20 32 5064 1 3 3 3 2 ? Sc am ? 55 39 .2 .. o m m m m C. nu m W. m m m I l l . -' l l ' ' I ' l ' l l ' I n i t i a l I -. ' -' -l |. l " -N d i 0.06 1 _ -_ d -. -_un a- _- quu-qa -q -a l f a : -- r-L A I |F I ||| I I P IL l i r l x I l r l x Grovmo l l r l yt 0.2 44 Mellanscnd -: r : 3. .. ; -. .ru .. ._ E: 5. .. .: :. .. .zø :1 .:

4..

i l r l n .. .. _. .. . i i r l x |t P |L I I P 3 4 i |. P. .|1 0.6 I I . F . | 1 v A

...

hk * » xp Grovsand .. _. _. .

7

b .. .u-_q _-:b - uu-uu a . uu . -q -u -.. _. _. .-. _ -q m -_ _ .I b .. .-_. .. . .. .. -. -. . . -. -. . . . < _ . -. -n ur . : i n r ! ør . 1 an r. ..

/r

_ uu-_ q -q .uu-__ un _ 1 I 1. ? I 1 - uu -uu I I F C J Finng _ _ -q -1 -u l 1 r. |.1 T av! _ ua -_ q -u _ d un -un a _ _ a c -_ I n c _ -. -q uq q -u _ -_ 1 1 .. .. 11 / y

y

Grovg rus -M i r a n l i r l l l i r l j l l r l 1 _ -uq -_ -I l r i n A l r l nI l r l L a l r l -q -q _ -_ .. .r ui _n u-_q quq lur a. .. ; ; Q ' 1 ' ! i I I

'I 1 !

Olivehult 15% finkornhalt före och efter instampning i E-modulcylinder.

0.074 0.17: 0.25 0.5 1.0 4 5.6 81131620 32 5064 1 3 3 3 3 0 Ba na n. 3 5 2 0 3 2 . o m wm m m m um wm ' l " ' I I I ' l " | ul l " I l l ' I I -' | I -I ' l l I ' l x' I : 4 T 1 0 | I I) alu citl -Ä --q . a a 4 . - «u -. .. .u-.. -. -_ I P |||L |. I F |J I l I l K l ' -I ul I . IF -| 1 Ö |F . I J ' . ' D a l u1 ' . I F V I U J I I A I -I I . 1 I . |. F u| I |. I F . ' 1 A . . . . . . . -c . . l ' l ur ' l c ' r i l l n l . l l -F ul l J' l r ' l l ' r ' L |-r ' l ' |-|' uI . -P I |. 1 -P . I . J Y

/

I I I I Il (1' K -.. .-.. .q ' 2 1 n u I i 1 1 I i . . . n a d -i n c . . a u-_ Å_ -I -_ c d -d un . _ ua -_ uu_ -Hur ... .. -r i sur .: : r : 1. .. .. 1 y .. er .. -r i .0 .1 .1.. .. ra g. n 5 i r'74r.a / 1 I l. 'l I. A I. IV F. 1I A 0 lvp l l. 1 .I |. P. o| J l.| Pi lc uL I . | P. |l l I. I. I _| I; I l. .| I . L 1. 0. -l |. |4 l I. .I lW W I ' ' 1 Ö ' : 4 *Ö |

0.06 Grovmo 0.2Mellamnd0.6 Grovsand 2 Fingrus* 6 Grovgrus

Bilaga 4 Sid 1