Svag-grusprovvägen Östersund -84 : Lägesrapport 1989

V ZP£

Sumner: v 96 _{Datum: 1989-06-21}

Titel: _{Svag-grusprovvägen Östersund -84} Lägesrapport 1989

Författare: 5-0 Hjalmarsson

Avdelning: _{Vägavdelningen (D-sektionen)} Projektnumer: _4230603-5

Projektnamn: _{Svag-grusprovvägen Östersund -84} Uppdragsgivare : Vägverket

Distribution: fri/begränsad

Statens väg- och trafikinstitut i

w Väg-06]! Trafik-

Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-1152.00. Telex 50125 VTISGI S

SVAG»GRUSPROVVÄGEN ÖSTERSUND-84

BESKRIVNING AV PROVVÃGEN

Inom huvudprojektet Bär- och förstärkningslager har Vägverket i sammarbete med Statens väg och trafikinstitut (VTI) hösten 1983,våren l984,utfört en provväg vid nybyggnadsprojektet på

väg E75 vid Östersund,delen Brunflo-Östersund,i syfte att

studera hur användningen av lokalt svag-grus från Z-län i överbyggnaden under årens lopp inverkar på vägens uppförande under inverkan av trafiken och miljön.Schematisk längdprofil över provvägen framgår av bilaga 1.

UTFÖRDA MÄTNINGAR

Tidpunkt för och typ av mätning som utförts t o m hösten 1988 framgår av nedanstående tabell.

TABELL l

Dynamisk Spårbildning Jämnhet Inspek. Avvägning Tjäldjup provbel.

(Fallvikt) (Primal) (Chloe) 1984

Juli Aug,Sep Aug Aug Aug Nov

1985

Maj,Jun,Okt Jun,Aug Jun,Aug Aug April Juni 1986

Maj,Jun,Aug Sep Sep Sep Apr,Sep Nov 1987

Jun,Sep Sep Sep Sep - Jun

1988

Jun,Sep Sep Sep Sep - Nov

DYNAMESK,PROVBELASTNING

Bärighetsmätning har utförts med VTI:s fallvikt.Vid

provbelastningarna har vägytans elastiska deformation uppmätts i belastningsplattans centrum(D0) samt i punkterna

30.45,60 och 90 cm från densamma.Mätningen har gjorts var 10:e meter i 4 mätlinjer på varje provsträcka.Resultaten som

redovisas i figuren är medelvärden av samtliga mätpunkter i

Sträcka 1 och 2 har samma överbyggnadstjocklek men med den skillnaden att sträcka 2 innehåller svagggrus från Loke.

Sträcka 3 innehåller också svaggrus frånLoke men har en annan överbyggnadstjocklek,330 kg AG istället för 220 kg.

Efter fyra års trafikbelastning uppvisar Strl,2 och 3 helt oskadade vägytor.Inga synliga skillnader kan noteras mellan svagrussträckorna och sträckan medgranitiskt bärlagermaterial, men med hjälp av resultaten från bärighetsmätningarna ska jag försöka visa på de eventuella skillnader som är osynliga för ögat.

Bärigheten varierar under olika årstider,lägst är den under urtjälningsperioden och då är påkänningarna (dragtöjningen) i beläggningen som störst och många gånger skadligare.Genom att , beräkna dragtöjningen hos beläggningen för de tre '

provsträckorna vid olikaårstider kan vissa skillnader hos grusmaterialen påvisas.Av Figl framgår att under de första två Av Figl framgår att under de första två årens mätningar är påkänningarna kraftigt varierande,detta är ett fenomen som iaktagits tidigare för nybyggda vägar.Materialen i

överbyggnaden har inte "satt" sig och dräneringsförhållandena har heller inte stabiliserat sig. Från och med höstmätningen 1986 visar emellertid de beräknade töjningarna på betydligt bättre homogenitet hos vägens överbyggnad.

Av diagrammet framgår det,att påkänningarna är betydligt större under vårperioden än under hösten,skillnaden är så pass stor som 30-4OZ.Det intressanta i resultaten är emellertid

skillnaderna hos provsträckorna.

Provsträcka 2 (svaggrussträckan) har de klart största

töjningarna både vår ochhöst,dragtöjningarna ligger dessutom på en sådan nivå att skador kan komma att uppstå. Förklaringen till de höga töjningsnivåerna står säkert att finna i

skiffergrusets sämre förmåga att avleda vatten och därmed sämre möjlighet att ta upp belastningar.Skiffermaterialet är i sig också mera elastiskt och håller även vatten kapillärt.

Provsträcka 1 (granitiskt bärlager) ligger genomgående på en lägre töjningsnivå,men även denna sträcka befinner sig i

riskområdet för att skador skall uppstå.Sträcka 3 som utfördes med ett tjockare AG-lager för att kompensera eventuella

svagheter hos skiffergruset uppvisar klart lägst töjningar men påkänningarna hos beläggningen vid vårmätningen är av den storleksordningen att skador kan uppstå.Att skador ännu inte har uppkommit vid så höga töjningsnivåer kan bero på att

vägkroppen är tjälad så pass lång tid under året (ca 100 dagar) Avslutningsvis kan sägas att beräkningarna tyder på skillnader hos grusmaterialens förmåga att uppta trafikbelastning,hur stora dessa skillnader är får framtida mätningar påvisa.

Dr

ag

tüj

ni

ng

-s

tr

al

n

a I I I I I I I I BSBSEQ 951815 860524 87623 898629 950824 BEES27Å968926 878922 R

Figur 1 Beräknade dragtöjningar i beläggningens underkant för provsträckorna 1,2 och 3.Fallviktsmätningarna,som är underlaget för beräkningarna,omfattar åren 1985-88.

JÄMNHETSMÄTNING I TVÄRLED

På varje provsträcka har ett antal tvärprofiler inlagts,en tvärprofil på var tionde meter i vardera körriktningen.

Spårdjupet har mätta med VTIs Primalmätare.Resultatet redovisas i fig 2.

M

M

Sp

är

dj

up

B . u I 1994 1995 1.988 1987

ÅR

Riktning mot. 0 :tex-:lund 16 2 31121

14

s'rnz

nu

:å

sms

'En

3

a<

E E f'* H E 6 4- -P in 4 .P .4- IF' :a m 2 o I I I I

1984

1985

1986

1987

ÅR

Riktning mot Sundsvall

Fig 2 Spârdjupsmätning på provsträckorna 1,2 och 3.

De i figuren visade spårdjupen är medelvärden från ett antal tvärprofiler.

Av fig 2 framgår följande,spårdjupet i riktning mot Östersund har ökat med ca 1,5 mm per år.Provsträcka 2 (80MAB,220AG,lSOmm bärlager svaggrus) har haft den största spårdjupsutvecklingen under åren 1984-88,det totala max spårdjupet är l4mm.Man bör dock lägga märke till att spårdjupskurvan för sträcka 2 hela tiden legat över de övriga två.

Spårdjupsutvecklingen i körriktning mot Sundsvall har varit något mindre än mot Östersund,i runda tal 1 mm per år.

Observera att max-spârdjupet hos samtliga provsträckor var ca 5 mm redan vid den första mätningen som gjordes strax efter att vägen öppnades för trafik.

i] 9+r1 X Siw-2 g 9+r3 Od

få;

låg GQ

Riktning mot. Uuteruund

330-

_{2 5+r'1}

250_ X S+r2 C6 28@ Siw-3

få m

, Ha,... -' '53

EK

159W

,§45

109

09 50-G 1 1988 1997

ÅLIE

Riktning mat. Sundsvall

Fig 3 Spårarea beräknad ur de uppmätta tvärprofilerna. Varje kurva representerar medelvärdet av ett antal

tvärprofiler.

För att kunna göra en nogrannare bedömmning av provsträckornas spårutveckling har spårarean beräknats och visas i fig 3. Spårarean är summan av de båda spårens areor beräknade med trådprincipen.Fig 3 visar tydligt att någon egentlig skillnad mellan provsträckor utförda med svaggrus resp. granitiskt material finns ej.En klar skillnad däremot tycks trafikmängden vara i de båda riktningarna.$litaget i riktning mot Östersund är som tidigare nämnts större än vad det är i riktning mot Sundsvallo Avslutningsvis kan konstateras att den ringa spårdjupsökningen under åren som gått sedan vägen öppnades tyder på enbart slitage och alltså inga deformationer orsakade av den tunga trafiken.

JÄMNHETSMÄTNING I LÄNGDLED

Jämnhetsmatning i vägens längdled har utförts med VTIs Chloe-mätare.Mätresultatet har bearbetats och redovisas som trafikerbarhetsvärde (present serviceability index) PSI. Fig 4 visar resultatetav jämnhetsmätningarna i längdled, uttryckt som ett PSI-värde på en femgradig skala,där S møtsvarar en mycket jämn väg,och där 1 motsvarar en mycket ojämn väg. ng D

i

a

a 21" å

I'

;3

X 9+.- 3

ä 5

2_

*3 Du_då .ä 1-i: S 8 | I I I

;N Sep-94 Hus-95 Sep-97

"'9 Jun-95 Sep-95

ÅR

Riktning mat. Center-:lund

ä

a

5 31" å

I"

?ä

X s.+.- .3

ä 5

2._

*i nu_4.) .4= J.,d G E 6 I I | I

:05 SEP'94 Hus'GS Sep-97

"'5 Jun-95 Sep-98

ÅR

Riktning mat. Sunda-vall

Fig 4 Jämnhetsmätning i längdled (Chloe).

Av fig 4 framgår att jämnheten hos samtliga provsträckor är god ännu efter fyra års trafikering,nedgången av PSI-värdet är helt normalt.Det finns inget som tyder på förändringar hos de undre liggande lagren.

.-Ls- _

REGISTRERING AV TJÄLDJUP oca UPPTINING

Ett antal tjälgrånsmätare är utplacerade på provsträckorna, tjäldjupet avlästes med början i november -87.Tjälgränsmåtarna var bottenfrusna (2,5m) i mitten av mars.Tjälen hade därmed gått ned med ca 2,0 cmjdygn.Detta tyder på en mildare vinter än vad somär vanligt i detta område.Urtjälningen börjar de första dagarna i april, och helt urtjålad är provvågen i slutet av maj. Urtjälningsförloppet har under perioden varit ca 5 cmjdygn. Resultatet redovisas i fig 5.0bservera att tjålgränsmätarna endast är 2.5m långa.

TJALDJUP VINTER 87-88.

o-r --- -- -- LV -- ZH sy

.\

0 50 100 ' 150 200 DAGAR

Figur 5 Tjäldjup och upptining vintern 1987-88. I diagrammet redovisas 3 st tjålgränsmåtare.

Sammanfattning

Beläggningen börjar se något slitenut (se foto fig 6)

en del stensläpp kan noteras främst då i hjulspåren,ingen av provstråckorna uppvisar emellertid några andra

skador.Spårdjupen som uppmätta är så pass ringa att allt tyder på att de är orsakade av enbart dubbslitage.Spåren är något mera utvecklade i riktning mot Östersund. Jämnhetsmåtning i längdled visar inte på några strukturella förändringar hos vägkroppen,ett ganska oförändrat högt PSI-värde visar på detta. Bärighetsmåtningarna visar på skillnader mellan skiffergrus och granitgrus,entydigt högre dragtöjningar hos överbyggnad försedd med bårlager av svaggrus.Töjningsnivåerna är dessutom så höga att risk finns för att skador kan uppstå.

Fig 6 Beläggningens något slitna utseende i september -88 I 4 . \ . . . . t y-I n . o. ' 0 l du, 0. h. . v . I . , 3 . a .. .1 .. . r. Ma s 3. .. . .m »03. 9% 4.3 .. .. _.. A. . . i . . . i. . o o I i .. . 0 . . . I. . . å . , . . 40 th .. . O 4 .. _ . . . ,. ... ..W .1 . . åt a. .. .. .h är av . _ . . . .. i i . n \ d . | W. .. . âr \c . 0. . l dv c .. . ... ... ?2 13 7. r. . . - in . W . . 3 . 0 4 . 2 4

.w

än.

..,

4h.

l . §Å. I ; . i .

_å_

ä...

.ä.

.

.

ä

H o . . vt . ( 4 1 . . .. är ;å . . 7. , i. ., . o. . va r .W 'H röl ' . l r

REFERENSPROVSTRÄCKA

BBÖ

För att få en uppfattning om utvecklingen hos vägen utanför provsträckorna,inlades en 100 meter lång referenssträcka i mätprogrammet.På detta avsnitt av väg E75 har vägen utförts som en BBÖ-konstruktion dvs bergkrossmaterial (kvartsit 8-80) har utlagts på terrassen,ovanpå bergkrossen har sedan en beläggning utlagts bestående av AEBÖ + HAB. BBÖ-sträckan har behandlats precis som svaggrus-provsträckorna då det gäller mätning och inspektion.

DYNAMISK.PROVBELASTNING

Bärighetsmätning har utförts med VTI:s fallvikt.Vid

provbelastningarna har vägytans elastiska deformation uppmätts i belastningsplattans centrum(D0) och i punkterna 30.45,60 samt 90 cm ifrån densammatMätningen har gjorts var 10:e meter i 4 mätlinjer° Då BBöøsträckan uppvisar en hel del skador och då främst tvärgående sprickor,är det av stort intresse att försöka utreda hur BBÖn:s bärighetstillstånd har utvecklats.Ett känt fenomen är att bärigheten varierar under olika årstider, som lägst är den på våren under urtjälningsperioden.Detta gör då att påkänningarna (dragtöjningarna) i beläggningen är som störst och därmed som mest skadliga.Med hjälp av

fallviktsresultaten kan en geometrisk figur den sk.

"sjunktratten" uppritas, dess geometriska form och djup kan sägas vara ett inderekt uttryck för dragtöjningen i

beläggningen.Med hjälp av regressionsanalys kan

lO

SJUNKTRATT

I Fig.7 visas en geometrisk bild över nedsjunkningsvärdena från mätningar gjorda 1985-88.Diagrammet visar på god

överensstämmelse hos de olika sjunktrattarna detta trots att mätningarna är gjorda vid olika årstider.Detta tyder på att de uppmätta nedsjunkningarna 60 respektive 90 cm från

belastningsplattans centrum, visar på goda

undergrundsförhållanden samt väldränerad överbyggnad. Skillnader hos sjunkningsvärdena i centrum kan tillskrivas variationer i temperaturen hos beläggningen

Ref.aträ.cka. BBC 95115

ä

--.999.591----a 9

...99999%...

.9 9

_99999-_

ä 3

..-910.993.-."

så

"979929"-'37:

Hissen--.,

E

-999

I

.

.

999919

08 030 D45 068 Seismometeravstånd

Fig 7. Visar en grafisk bild över nedsjunkningsvärden från mätningar gjorda 1985-88.Varje kurva representerar medelvärdet från ett stort antal mätpunkter.

ll

DRAGTÖJNING

I Fig.8 redovisas de beräknade dragtöjningarna från varje mättillfälle sedan maj 1985.Tidigare erfarenheter visar att då

strukturella skador orsakade av den tunga trafiken förekommer finns det mycket som antyder att dragtöjningen i underkant beläggningen ej bör överstiga 200 microstrain vår/höst för att rimlig livslängd hos vägen skall uppnås. Av diagrammet framgår då att dragtöjningarna hos BBÖ-sträckan ligger på gränsen för vad man kan tillåta.Med avseende på vad som tidigare sagts kan därför en ökad spårbildning och sprickbildning förväntas.Vad som förvånar är att dragtöjningarna ej ökat i samband med att sprickor uppkommit (efter besiktning 1986-08).En hypotes kan vara att eftersom spårbildningen bevisligen ökat utöver normalt slitage har bergkrossen efterpackats.En ökad packning hos

bergkrossen kan motverka ökad dragtöjning i beläggningen.Vidare är ju bergkrossen helt okänslig för vatten och detta är i

sammanhanget av stor vikt.I diagrammet ser vi att skillnaden mellan vår-höst mätning är relativt liten,just beroende på den goda dräneringsförmågan hos bergkrossen.

Ref.aträuka BEG 566* 4 696

nu

480-;l '* u". .5..3 \svf'1f' ssa'ø'kss5v'4H'4'gs :3 L. 280- *

:3.013

a: | 166-ha = _{6 I I I I I I I I} 656529 661616 666624 676623 666629 666624 660527 660626 678922

ÅR

Fig 8. Visar de beräknade dragtöjningarna i beläggningens underkant.Underlag för beräkningarna är fallviktsmätningar gjorda 1985-88.

12 JÄMNHETSMÄTNING I TVÄRLED

På BBÖ-sträckan har inlagts 10 stycken tvärprofiler i vardera körriktningen.5pårdjupen är mätta med VTI:s Primalmätare Resultatet redovisas i fig 9.

E75 Östersund

Re'F-pr-av=+r-ä:I-:= BBÖ 14'* g Hoi' Sundsv 12" Moi' Ös+=rsd % .

'FFI

'E'

#45: 0025 Da m B | I I I 1994 1995 1999 1997

ÅR

Fig 90 Visar spårdiupens förändring undertiden 1985-88

SPÅRDJUP

Av figuren framgår det att spärdjupsutvecklingen har varit ganska måttlig fram till och med hösten 1986.Sedan inträffade något som förändrade spårdjupsutvecklingen.En stor mängd

tvärgående sprickor uppstod under vintern,vâren 1987 och detta påskyndade spårutvecklingen kraftigt.Mest påtaglig var det ökade spårdjupet i riktning mot Östersund.

13

JÄMNHETSMÃTNING I LÄNGDLED

Jämnhetsmätning i vägens längdled har utförts med VTI:s Chloe-mätare.Mätresultaten redovisas i fig 10.

Rz'P-er-øvs'l-r-äcka BBÖ än '5 _ i Hoi' Sundsv 'F'

_s:

₄

-P' 'F" "' "* -b

_*-

_{_}

Hiüshn

_°

ä

3..

51-4

mm

2..

'*3CL_Q) .-2 1-* F3 5 a I | I I

2:6 Sep-94 Hus-95 SEP'B7

ha Jun-95 Sep-98

ÅR

Fig 10. Visar jämnheten i längdled uttryckt som ett PSI-värde.

En viss nedgång hos PSI-värdet har inträffat i samband med den sprickbildning som uppstod vintern,våren 1987.Jämnheten är i längdled emellertid mycket god och ur körkomfortsynpunkt är nedgången knappast märkbar.

14

INSPEKTIONER

Vid inspektionstillfällena hösten 1985 och 1986 fanns inga skador att notera på referenssträckan,men under vintern,våren 1987 har något inträffat som gjort att en kraftig sprick-bildning uppstått.Det är i första hand tvärgående sprickor ca 2 a 3 mm vida som.uppkommit.Eftersom de återkommer med ca 10 meters mellanrum måste man klassa dem som krympsprickor orsakade av hastiga temperaturändringar;se fig. 11.

Där nu de tvärgående sprickorna har uppstått närmare varandra än 10 meter kan man på vissa ställen se att längsgående

sprickor bildats i spåren, dessa kan man då hänföra till

kategorin belastningssprickor.Av dessa iaktagelser förstår man då allvarligheten i de uppkommna skadorna för vägens vidare förmåga att ta upp trafikbelastning. Skadornas omfattning framgår av Bil.2

För att få krympspricksteorin styrkt ytterligare gjorde

undertecknad en mera omfattande sprickinventering på ett annat avsnitt av E75 närmare bestämt på den flygsträcka som är

belägen strax väster om provvägen.Det visade sig då att på 300 meter inspekterad väg kunde 28 st tvärgående sprickor noteras.

Sprickornas läge framgår av Bil.3.

15 Eftersom inga sprickor förekommer på provsträckorna med

grusöverbyggnad måste krympspricksfenomenet stå att finna hos bergöverbyggnadskonstruktionen.En annan olikhet är

beläggningarna,på grusöverbyggnaden består beläggningslagren av MAB+Ag medan de för bergöverbyggnaden består av HAB+AEBÖ.

Teorin kan vara den att den mycket öppna bergöverbyggnaden tillsammans med den öppna emulsionsbetongen kyles ned mycket snabbt vid kraftigt sänkt temperatur,det uppstår då drag-spänningar som resulterar i de uppkommna tvärsprickorna.

Trafikmätning

Vägverket utförde under perioden jan-sep 1987 trafikmätning med fordonsklassificerande utrustning strax väster om provsträck-orna.För att få en uppfattning om hur stort antal lO-tonsaxlar som belastar vägen gjordes en beräkning där hänsyn togs till den tjälade perioden,(ca 12 veckor).Resultatet blev att antalet NlO/år = 50 000.

Fig.12 visar antal och sammansättning av den tunga trafiken under två normalveckor,en på våren och en på hösten.

800 - 'man 20 g 600 _ Youma 1: L. c tm-En!

'1;

200

-.på a v_ a, 45 0 _{Fl I I 1 l 1 r} momommmnzmmmt Fordonakod

Fig 12.Sammanställning över antal samt typ tunga fordon, mätt vid två olika veckor 1987

Ös

te

rs

un

d

-8

4

9/ 90 0 'I G/ 10 0 ' 19 /5 00 @ *K g/ 40 0 '/ /l /l // /l /I // /I // /I I/ // II II II I/ II II II II /I II I/ IA i( ll lI II II II /I II // II II II II II I/ II II II II II II II II I/

3°.

'>

':

°Å

°°

.'

-Ä'

ñe

'áf

å'

z'

f

'24

25-'

.-.

-.°

..

få..

°z°-.°

"4

:0

'4

'é'

9°3

'3

'.

:3

:âå

:: A. 9. A' 3- '-'° _a 3 50 .0 L O K E . y. 0 2 0 . 9 3 . _ 404". ' 0Aa 6 l .' A°_ _.0, -A O0 i 0 ' l ' °. ' . . -0 ° -. °-. : ° -0 " c o " °. * = ah a* 11 ': . ' . i ' ur . o . 4 -0 . . o . o 80 ;<5n u 80 002 3MA S 80 k: m o Kg A 6 '1 9. 03 A6 _ 55 00 !: A 6 i. I 1 50 m m B ur m a n s 1 50 m m n um e 4 5 0 m m Bi ZL .G ZU $ (G am m a -r ) ($ V^ 66U $) ( W G' W ) 1 . i . 0. 6 5 0 mm F O K S T M K NÅM $ I 6 5 0 m m F OI S M K K M G I W , 6 5 0 m m år s r xl m á_ 7; ;I â/ [s 'Wir 7/ F/ /& 7/ :: //:: / / 3 / / áyá% 7 7 ' :=% = W 3 W a 7 .7 7 7 7 -: . V W.r :/ /- .-// .. // .: // : u M O E A N L E R A 9046-85' BMA.

INSPEKTIONSPROTOKOLL

VÄGBREDD 13m

.

BN. Z

PROVVAG: 515 05752st

DATUM: 88mm

SIGN: s-ouj

25:57:. 330

»to/soc

qqo

'160

*HO

H60

H50

*Ho

4130 '+20

440

40 40 400 /HOO '5.50 '+230 -1 /

_zmvmxdozm3040X0rr

<h0mwm00 UB

.

\

m2. WS

302.90

mudmnuczv min

035..

mmomi

mözu wåra

mmm _nionZnZL

»Eco

§2

0.8

30

08

umo.

30

.to

00°

..30

omo

äs-?6

ago

80

...3

.So

....50

20

.To

D\ooo ego

_zmvmxdozmvnqqoxop

Sømmmmoo §3

GFWHN

:

38539 omamnucro m um

035.." mmofg

mazn möta

: wmo nr<QNrsrt

»Eco

m8

mmo

mao

m8

mmo

mao

mwo

mac

m5

n\moo