Vägars dimensionering och tillståndsutveckling : samarbete mellan LTH, Vägbyggnad och VTI, Väg- och banteknik, 1999-2000

-2

00

0

o

00

H

.53

_G =

'5

VTI notat 80-2000

Vägars dimensionering

och tillståndsutveckling

Samarbete mellan LTH, Vägbyggnad och VTI, Väg- och

banteknik, 1999-2000

Författare

Leif G Wiman

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Pr0jektnummer

60528

Pr0jektnamn

Vägars dimensionering och

tillståndsutveckling

Uppdragsgivare

KFB

Distribution

Fri

db

Väg- och

transport-forskningsinstitutet

I

Väg- och transport-'farskningsinstitutet

VB 2000-12-12 Dnr 498/98-6 Leif G Wiman

Vägars dimensionering och tillståndsutveckling

Samarbete mellan LTH, Vägbyggnad och VTI, Väg-och banteknik, 1999-2000.

KFB Dnr: 1998-0551

Inledning

Efter en etableringsfas under 1997/1998 erhöll VTI bidrag för 1999 från KFB (250 000 kronor) för att underlätta samverkan mellan LTH och VTI inom det vägtekniska

området. En detaljerad plan skulle utarbetas gemensamt och godkännas av både LTH och VTI och en utförlig avrapportering skulle göras av samarbetet. Av de anslagna medlen, 250 000 kr, förbrukades endast 132 200 kr under 1999. En förlängning av projektet begärdes och erhölls med bibehållen totalbudget 250 000 kr för åren 1999 och 2000.

Plan för samarbetet

Samarbetet har sedan etableringsfasen inriktats mot de områden där det pågår/pågick doktorandarbeten på LTH med Per Ullidtz som handledare. De aktuella ämnesområdena och doktoranderna är följ ande:

- Analytisk dimensionering av vägkonstruktioner, Sven Agardh

- Metoder för avstämning avdrift- och underhållsentreprenader för vägar, Peter Ekdahl

- Utmattning av asfaltbeläggningar, Richard Nilsson - Egenskaper hos friktionsmaterial, Ebrahim Parhamifar

I anslutning till dessa ämnesområden upprättades följ ande plan med aktiviteter för samarbetet:

Egenskaper hos friktionsmaterial

0 VTI-forskare föreläser vid LTH två tillfällen under våren.

0 LTH-doktorand deltar på plats vid VTI i arbetet med treaxialprovning (provning, analys och utvärdering) under envecka hösten 1999.

0 Handledning av examensarbetare från LTH vid VTI

0 Seminarium vid LTH om DEM (Distinkta Element Metoden) för

materialforskare vid VTI samt demonstration av försöksanläggning för grova material.

2(3)

Utveckling av tillståndsförändringsmodeller

0 Validering av nedbrytningsmodeller med hjälp av Vles databas för långtidsuppföljning.

o Utbyte av mätdata och erfarenheter av mätning på instrumenterade vägkonstruktioner.

Accelererad provning / analys av responsmätningar

0 Samarbete kring analys och utvärdering av responsmätningar utförda vid accelererade fullskaleprov med HVS-maskin (Heavy Vehicle Simulator). Utmattning av asfaltbeläggningar

0 Jämförelser mellan VTI:s och LTH:s provningsmetoder för utmattning, pressdragprovning respektive dragprovning.

0 Samarbete kring validering av utmattningsresultat baserat på uppföljning av provvägar och resultat från HVS-körningar.

Genomförda aktiviteter

Egenskaper hos friktionsmaterial

Ansvariga för samarbetet inom denna aktivitet har varit Ebrahim Parhamifar från LTH och Maria Arm från VTI.

Av de planerade aktiviteterna har föreläsning med titeln Alternativa

vägbyggnadsmaterial genomförts två gånger (en gång per år) av Maria Arm inom LTH:s fortsättningskurs i Vägbyggnad, byggande och underhåll. Dokumentationen från årets föreläsning bifogas i bilaga 1.

Maria har vidare varit opponent och granskat ett examensarbete med titeln Myndigheters krav på återvinning av tunga material som vägbyggnadsmaterial . Det planerade deltagandet från LTH i treaxiell provning vid VTI som planerades att genomföras under våren 2000 har inte genomförts.

Utveckling av tillståndsförändringsmodeller

Ansvariga för samarbetet inom denna aktivitet har varit Peter Ekdahl från LTH och Lars-Göran Wågberg och Lennart Dj ärf från VTI.

Vid Peter Ekdahls licentiatseminarium A Sensitivity Test of Two Deterioration Models for Flexible Pavements medverkade Leif G Wiman som opponent. Peter har under året

vistats 4 månader i Minnesota, USA

Under hösten 1999 medverkade Peter vid instrumentering av töjningsgivare i

beläggningen till ett HVS-försök vid VTI. Givarna var av samma typ som Peter använt tidigare och som användes för första gången i ett HVS-försök.

Peter avslutade sitt doktorandarbete under 2000 med disputation den 28 april. Titeln var Deterioration Models and Road Capital as Tools in Performance Contracts for

Pavement Maintenance och opponent var professor Joe P Mahoney, University of

Washington, Seattle, USA.

Examensarbetare, med Peter som handledare, har under året utnyttjat uppföljningsdata från VTI:s databas över observationssträckor för validering av nedbrytningsmodellen i HDM-4 (Highway Development and Maintenance Tool).

3(3)

Accelererad provning / analys av responsmätningar

Ansvariga för samarbetet inom denna aktivitet har varit Sven Agardh från LTH och Leif G Wiman från VTI.

Sven Agardh har genomfört ett omfattande arbete med granskning, bearbetning och analys av mätdata från responsmätningar vid HVS-försök, (Heavy Vehicle Simulator). Vid responsmätningarna registreras spänningar, töjningar och deformationer inne i vägkroppen på olika nivåer samtidigt som testhjulet belastar vägytan. Genom att variera testparametrarna hjullast, hjultyp, ringtryck, hastighet, sidoläge och temperatur erhålls en stor mängd mätvärden som bl a kan användas för utveckling av teoretiska modeller eller för validering av befintliga. Sven har genomfört sitt arbete både i Lund och på VTI i Linköping. Sammanlagt har han varit på VTI 17 dagar fördelat på 5 tillfällen under

1999 och 15 dagar fördelat på 5 tillfällen under 2000.

Fyra olika vägkonstruktioner har provats med HVS-utrustningen vilket innebär att totalt ca 100.000 signaler från ett trettiotal givare i varje konstruktion samlats in. Från de flesta av dessa har mätvärden (toppvärden) erhållits med automatik via datorprogram men en stor del, (ca 30%), har krävt manuell behandling. I bilaga till 1999 års rapport redovisade Sven resultat från en första kvalitetsgranskning av mätdata från mätningar gjorda i första HVS-försöket (SE01). I bilaga 2 till föreliggande rapport redovisas en fortsättning av denna kontroll kompletterad med rimlighetsanalyser.

Utöver detta arbete har mätdata från samtliga tester, SE01-SE04, behandlats och matats

in i databasen HVS-Nordic genom samarbete mellan Sven och personal från VTI. Utmattning av asfaltbeläggningar

Ansvariga för samarbetet inom denna aktivitet har varit Richard Nilsson från LTH och Safwat Said från VTI.

Delvis på grund av Richards 5 månaders vistelse i North Carolina, USA, blev samarbetet under 1999 begränsat till diskussioner kring inledningen av hans

doktorandarbete. I första hand diskussion kring Richards rapport Asphalt Fatigue-a , literature study samt utmattningsprovning och försöksuppläggningen på LTH.

Under 2000 har Richard haft tillgång till VTIs utmattningsmodul för asfaltbeläggningar, som är baserad på laboratorieundersökningar, för att testa programmet och för att jämföra med egna mätningar och beräkningar.

Linköping i december 2000

In ar ia.a rm @vt i. se 01 3-16 42 77

ari

aA

I'm

Väg

-oc

h

tr

an

sp

or

tf

or

sk

ni

ng

si

ns

ti

tut

et

(V

TI

)

K

T

H

L

T

H

00

02

BILAGA 1

Tänkbara material

- g'ruvavfall och skrotstcn

,- SChakLmassor och uppriven asfalt . '- bygg- och 'ri'vningsre'ster

F' StålSiagg och maSügnsSlagg

Slaggrus (enligt Rvm

1:: 'Sorterad och lagrad

ÖOttenaska från sopförbränning

;img-gnevtjskt material och partiklar > 50 mm'

"*5 'söfterat's bort

fårlçagrv'ingi'( åldring ) utomhus i minst sex månader

Avfallsbunker sade-rivroth vsiön'derdelning sorter '_t'a'yfall

méllahla'áñng

i??? V rök aser,sánga turbin*- el

n ". kondensor -* fjärrvärme 'r'ökggsrening -« *fö-kgas flygaska

Mart) Arv-I' An: nam:) \'å'-('1'r..\h',i1| : W Producerad mängd/år [milj ton] 34.5

V a * _ ::;ñá_tür-_ _'Kios'sá! morän grus". .i berg' 'I

gyåberg schakl ygg- 0 stålequ energi Och > massor ivning's masugns askor *skrotsten + asfalt .

.-r'ZI'.: ' ' -H o .'33 Ö$'5*Y"x V89- och Irans/Jon' _{_,:55' "gå-1:?} .-;;'-i..*l.."*l'ä?r<' '*° i'-32' i k

' forskningsinstitute! »+751 .._[)5_7.v:f..,f';{< : p" 41 ' åv\ N \ 3 .,' s f å _4 1* . 1 'f " .. N A I .. ){\ , ,a v s v' v . A 4 mq w' ' .[ 1 ' \ . . v

11 ') ., \l | :7% CUP/Cl! åEV/Q'MV' 1:? ,. k: \J/ Q 0 _ Hlmöund

'NDSVALL ? ;., i A \

T

4

Hutg .OM :olvm

M,

5.?

Mm

värma

OH Twh

d

O\á{ Wat; ;OH

+ 70 000 ;ÖVN (Xx/cyaiäül O 9 'KL \.'\\' -V \ _ V 1 4 ;MM grinxopmo , /klrøound - ' snmnx I f

. ,

m, 5(15)

GÖTEBOR -- " - .. lm.) ' ' .Makrot men" Buvgovü Olmdt 0:- udde Hbg-nl. A ?WLQNOBORO

Speciella egenskaper hos

några restrodukter

Låg densitet'

Värmeisolerande förmåga

Hållfásthetsökning.med tiden_ .

.- Permeabilitetsminskning med tidên

' Sämrebeständighet

'

Utlakning *av milj Öpåverkande ämnen

Magia Arm: Alternativa vägmmen'al

Lämpliga användningsområden

.-VKrOSsad betong 2- fyllnadsmaterialmtrltyp 2),

skyddSJager Och fÖfS'tärkningslager _

*êvH-y'ttisten - fyllnadsmaterial (mtrltyp

2)-,-V

gsla

.çdslaggms _ finnadsmaterialmm '

om organisk. halt* < 2% " n

'

i Maria ArnrAltcmativa vâigmmen'al

ärm äUthandö-,»^ -. '

7 77-57:

_{i ° 7' ° -'*;:;§$êi!§§i_Ä*-.ii , 571.' Ö '}

FoU-resultat: .egenskaper

KTOSSadbetOng hyttstenøchslaggms i

Alla

'Krossad betong och hyttstenfår Ökad

i . v

1

§ _

:tistenochç:s1aggms:hartjähsolerande

Y

*Lakningsrésuüatmeningâgränsvärden.

Exempel på innehållsanalys Storlek (mm)

_

22,441;

2ka55434 11,2-_16

: 851.142* -- y

'

Betong (1;) 11003_ 1089,1 _ 902485

371,841-79,9'_.?_-- '

31,1

3575ä

,75

330,5

22

18,2

84_

147

11

57,2

180,9

1:6.,

1-347 '

"ii-7:1:

'137,3 .265

5,7 i

f ' = '12, 2:729?- . ._Li845;. 19; 297,5' f - ' Sten Tegel (%) (g) ('70) (g) (%) (g) (%) Annat 20,7 1 0.1 0 6 30 2,4 1,8 1 7 f 29' . 0,3 0,1 0 _ 35,4.. N H N H ' H ÄH

.' , .53,08- :_ ; 445,6

_Skägg_

<9 .(70) 19,1%), ta) 1%) <0

' G133

Me tall I' 'Annat'

Wii.

.<%> .<9 <_%

12 ;4.- 121,9 * föl 4 6 _7,5 11_ . 196 10._ ,16.57. ,8.

Sj Töitáltu

Mina Arm: Alternativa vägmaterial

InnehållsanalySSrkrossad betong

100% 90% 80% * 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Grums St Lars "Husbetong" Cl övrigt láttbetong E8 tegel, kakel ballast El cement I cement + ballast Björsby-vägen, Kv Mimer, väg 109 Västerås Ekeby Boden /0

Alder efter utläggning 10 15 20 25 [månader] rmmm qäo ac _ 1000 800 > 0 0 200 [MPa] 1200

Björsbyn bth [ Bjöirsbyn- ref J [Västerå

sbth_ JEkeby ref]

Beräknade lagermoduler från fallviktsmätningar

rstärkningslagret

Hållfasthetsti växtif

Ö . f ? g a g n a . 5 4 . 1 4 ox. . é . a g g. å \g å. 2% » 4 .. .. A. ..4 ... .n . .. .u n. .. .. 4. 4. ) .. . .. .. L. . .-. ... A ... .4 ... . .-4 \\ . v. hl ,. ., (s .1 .. E. .. VV AY .. ^. HH MH MW MY mkht si .. . , . \ \

:fMáxriu Arm: Alicmariva våigmalcn'al

E4 .för-bi Nyköping, 1996

(mm) .

_

_

_ (mm)

r. . , .' 4 ;4, *I 4.'.,:\° 1 4 I. I. Fl 4'! :man :av :vy: :ty/ya ' y ' v'

' _{.'x ('N'MZulx'x :w nog-*ua}q! <5°v"- "^§'tá%°v' å 'KI' t*r?ng . :_{- s}

:. gmhñMr'Mxårñ < o?!f a5.-:5Jr-w...ey wgtfwsçgtvl. v.49 _JN-l' : -_ V: - vV 1 ' ' <0^o ww. MVM) ,'51 A A V ' §3 '3%' ' "*M ?22:2 4./ : '_. :u \v

420 *J J-.s ki X \ _c I.. . . éåøñgu'* ..;n. ' '\ "PYMNLGW, kevinv 1. ,.. 1%; få ' _- . .ax ' :än_{?3 xx/'35} TOt ,_{. ' *. ;.ç: få}

' i '(5 5. ;fås A 64:a äga.:

Nian'a Arm: Alternativa väg material

Provsträcka 4 och 5, L

* F'J' 754. ._512533521' (mm) w www, 37707 *an-1.'-,HM-,An-'cI. v;4. '., "1.,<4.ag

inköping 1987

. i Mggia Arm: Alternativa 'vägrmatcrial

'äld'up Linköping vintern 98/99

01-feb O4-mar Oi-dec 01 -jan 0

10

20

-30

40

50 >

60

70 v

_{.- * '}

80

Ä

90

100

[Om]

slaggrussträcka

I ,'73 grussträcka

O4-apr

IC

. v _ . ' * l _ . . . . _ ' . . / * w0 % . A A _ _ . . " . . . . . . _ _ _ _ . ' , . . . 4 . . .. .J

Ko

lb

ot

te

na

sk

a

(P

b)

1 0 W *

0,

1

_T

ot

at

ha

tt

"

"

'

W

o

W

-

+

-CE

N-:a

kn

hg

A

0,

01

'

"*

"'

OE

MW

EQ

EJ

(bn/Om) pöugw man DNOIMUMW

0.

00

01

0.

01

0.

1

1

10

10

0

"

US

\

N

Ng

an

'

5.

U

tl

ak

ni

ng

av

bl

y

ir

as

te

re

ld

ad

?f

ån

M

Ca

di

na

.3

60

i

i

Jäm

för

el

se

to

ta

lh

al

t

-

ti

ll

gän

gl

ig

ha

lt

100 0

I

4,

1

"

I

m

i

k

l

:i

_m e d e l * m a x (ön/öm) ' m i n

I

i

'

0, 01 i I i Cd-t ot Cd -t il lg Cr -tot Cr -t il lg Cu-to t Cu-ti ll g Ni -t ot Ni -t il lg Pb -t ot Pb-t il lg Zn -t ot Zn -t illg ._4 .d .i m .4 ...4

'vy-TO

ta

lh

al

t

0c

h

ti

ll

gän

gl

ig

män

gd

av

Cd

,

Cr

,

Cu,

Ni

,

Pb

oc

h

Zn

im

Or

än

oc

h

be

rg

kr

os

s.

\ 9%

från

Ma

ri

aC

arl

ing

,S

GI

Faktorcr som påverkar utlakning

och spridning

Totalhalt? _

Vallenomsätlmng?

Tillgänglighet? ,ln/,u // //l//y /

// Valtncts pH-värdc?/l / // 3-? .24' .'7 5,' /zj /, / l a 0 __ " 51/ U - I_ 3 .v 'H (7 _ _ _. ' Ö Permeab'met? *90.5 Buffnngsknpacnet? .0

Mar-Lu Am: .Hartman-.1 \r. :man :241

forts miljöpåverkan

MgO

CaO

Sammansättning Sammansättning

hyttsten bergkross (ex)

Fältförsök

Krossad 199%

.° L'i'rt'köñi Pêrkçfiñgsy?455.83Ia

;

*

.':fa'näé-.ééáäñ mmm»

Hyttsten

_. _

>

_

'V 2 - gator

:

i '

* _ ,

_{_. .. _,}

_{__ ._}

_{:i: V i}

i 6

Om

Provsträckor Malmö 1998 Törringcvägcn .a 1 o n wo uw , krossa! berg 0-40 (r i . 0 1 i O I O l * I I

krossad belon g

lv ut nu* wer-_{' _Ktáuøw}

;v a* ., _t i [1;On*_o ._{.v6. to yo. .4}r o.. :t° S '(1_'4 c ?6_. Sa* . .áçy'\

Qin? 4.51? ååwg

NLAFM

VTl

looo ut

Aktuella projekt som behandlar alternativa obundna material iväg

Finansiår:

VV, Ingrid Södergren:

EU/KFB:

SBUF, P-O Jönsson:

KFB, Peter Påldt:

GMF, Peter Andersson:

Boverket/SYSAV/VV:

VV, Ingrid Södergren:

VV, Peder Henriksson:

Luleå Tekn. Universitet:

NCC i Göteborg:

Material. Typ av undersökning (utförare). Eventuell rapport.

Slaggrus, betong. Provstr'ackor med alternativa underbyggnadsmaterial

(Andersson & Lind SGI + Arm VTI).

Planerad start 2001. Lämpligt objekt sökes!

ALT-MAT . Betong, hyttsten, Slaggrus, stålslagg. Långtidseffekter,

miljöpåverkan (UK + A + DK + SF + F + CH + S) (Johansson VTI + Håkansson SGI).

Rapport: Delrapporter via Internet (wwwtrl.co.uk/altmat/index.htm). Slutrapport våren 2000.

Betong, tegel, schaktmassor. Litteraturstudier, analys av lab- och

fältre-sultat (Arm VTI/KTH).

Rapport: Lic-avhandlingjuni 2000.

Slaggrus, hyttsten. Litteraturstudier, lab- och fältförsök (Arm VTI/KTH).

Rapport: Lic-avhandling juni 2000.

Betong. Råd och anvisningar som bygger på lab- och fåltresultat (Ydre-vik VTI).

Rapport: Återvågen . VTI notat 67-1999.

Betong. Labförsök och provvågar med uppföljning (Ydrevik VTI +

SYSAV).

Rapport: Betong i vägar - materialstudie . Boverket 1999.

Slaggrus, kolbottenaska, (betong). Labprovning (SP + SGI + VTI). Rapport: Provningsmetoder för alternativa material till

Vägunder-byggnader . VTI 1999.

Hyttsten, järnsand, gruvavfall. Labförsök och provva'g med uppföljning (VTI + VV region Nord).

Rapport: Utlåtande angående några sekundära mineraliska materials

mekaniska egenskaper . VTI utlåtande Nr 652, 1998.

Hyttsten, järnsand, gruvavfall. Examensarbete med analys av labförsök (S Sundberg).

Rapport: Parametrar som inverkar vid val av alternativa

vågbygg-nadsmaterial . LTU, Inst för Väg- och vattenbyggnad, 1998:223 CIV. Betong. Labförsök och provstråckor med uppföljning. (Bo Johansson

CTH/NCC + VTI).

Rapport: Krossad betong som överbyggnadsmaterial - fullskaleför-sök . CTH, Inst. för geoteknik, Rapport B 1998:8.

Bilaga 2

Kvalitetskontroll av

responsmätningar vid

accelererad provning

(HVS-test SE01)

Sven Agardh

Avdelning Vägbyggnad, LTH

Inledning

De mätningar som denna rapport behandlar är från fullskalig provning på testyta vid VTI i Linköping. Belastningen har bestått av ett lastbilshjul i form av HVS (Heavy Vehicle Simulator). I vägkroppen har placerats ett antal givare för att registrera responsen under belastningen enligt Figur 1.

H

_"'-

T

_'LAsfalt

T

T

_-'-

H

L__J 'T |_| T 1.4 T l_l T Lri T F7! .L T I. _1..-_F'1 .. _I_ I I_ _L_ I I _1_

a: E3' »w-13.1:1Barlalger v

:3

I: [3 Undergrund I:

[3

:i

:I

I Tvärgående asfalttöjningsgivare (ASG) H Längsgående asfalttöjningsgivare (ASG) |::| Spänningsgivare (SPC)

Figur 1 Instrumentering av Vägkroppen

I underkant av beläggningenplacerades fem tvärgående och fem längsgående asfalttöjningsgivare. I ytan placerades två längsgående och tre tvärgående. Spänningsgivare placerades ut på tre olika nivåer: mitt i bärlagret samt på två olika nivåer i undergrunden. På varje nivå placerades tre givare. Samtliga givare utom de tvärgående på ytan ligger i samma linje, parallellt med hjulets

färdriktning.

Flera olika belastningsparametrar har varierats var för sig under försöket. Denna rapport behandlar endast kvalitetskontrollen av signalerna från givarna, varför endast ett belastningsfall studerats. Lasten har endast varierats genom att flytta hjulet i sidled från 35 cm till vänster om givarna till 35 cm till höger om givarna i steg om 5 cm. De mätningar som studerats är samtliga från belastning med singelhjul.

Denna rapport är en kvalitetskontroll av den uppmätta responsen i HVS-test SEOl. Rapporten kan ses som en fortsättning på rapporten kontroll av givare - provväg SEOl. Den rapporten fokuserade på de enskilda givarna och formen på signalerna. I denna rapport studeras nivån på signalerna.

Töjning i underkant av beläggningen

Longitudinell töjning

1000

!

.

2

800 4'_0. 2₀ :År 9 4D i) o o 'o '0 600 «$ 4 v 9 g 0 . Ö . Ö .9 o 0 400 9 vi 00 O. O 0 0. O 0 200 ° '° 0 O 0: .: ': 0 0 .o 10 12 -400

Figur 2 Longitudinell asfalttöjning

1000 8 800 0 9 ' ° 600 0 O 400 200 -200 -400

Figur 3 Longitudinell asfalttöjning, en överfart

Det asymmetriska utseendet i Figur 3 visar att asfalten är viskoelastisk. Trots att asfaltlagret är väldigt tunt (40mm) ser signalen ut på samma sätt som förväntat. Med en tunn beläggning kunde man förvänta sig att det obundna bärlagret kan samverka mer med asfaltlagret och därigenom förflytta det neutrala lagret längre ner i konstruktionen. De uppmätta signalerna visar att det neutrala lagret ligger ganska nära mitten av asfaltlagret.

I Figur 2 syns en antydan till att den mellersta töjningen är något större än de båda övriga. Det vill säga att töjningen blir större när hjulet kör i ena riktningen. Detta kan bero på två saker:

1. Lasten är större i ena riktningen än den andra 2. Töjningsgivaren ligger inte helt plant

Skillnaden mellan de olika belastningsriktningarna är dock väldigt liten.

:3 i

_l

\\

200 Töj ni ng (p st ra in )

ml

\\ // . . , I , I I T

100

\ /

-400 Tld

Figur 4 Utveckling av den longitudinella töjningen med tiden

Endast en av de fem longitudinella asfalttöjningsgivarnagav någon signal efter de inledande responsmåtningarna. Det var den givare som registrerade lägst töjning under

responsmätningarna. Efter avslutat försök fanns det sprickor genom alla borrkärnor med givare utom genom ASG 4, där sprickan i stället fanns runt om borrkärnan. Sprickorna hade initierats av de rör som kablarna från givarna går genom. Förmodligen var det sprickorna som gjorde att ingen töjning registrerades från de andra givarna. Att ASG 4 gav lägst töjning kan förklaras med att vidhåftningen mellan borrk'arnan och den övriga asfalten var något sämre för den givaren.

Transversell tajnmg

mm 400 4' i

6

c

I:

*0 '9 00 i. 00 Q. 0. 'o ', o 0, O. 300 'tÖ. n_.0 0,_9. 00 0 .: .o 0: . 0: o: *o 0. O. 68 00 200 ° 9 0 - t o ' ' 0 ° ?i : i 0 1' , : Ö 4 _ O 6 2 0 . g 100 3 i ' 5 § 1 O . C) 2 4 6 8 10 12 -100

Figur 5 Transvetsell asfalttöjning

Även den transversella töjningen ser ut som väntat, med en viss kvarstående töjning efter

avslutad belastning.

:i _

K

A

// *

\ //

500 _{X +A$G 915} +ASG 715 500 ASG 5 15 Töj ni ng (p st ra in ) \/ +Ases15 400 +ASG115 X 300 200 100 Tid

Att fler aV de transversella givarna klarade hela försöksserien kan bero på att de år transversella. Eftersom de ligger i samma riktning som sprickorna år det mindre risk att sprickorna påverkar dem. Redan Vid den första mätningen efter de inledande responsmåtningarna har töjningen Ökat något, men sedan sker inte någon förändring av töjningen förrän Vid de allra sista mätningarna då terrassen fylldes med vatten.

Spänning i obundna lager

250

.

_i

₂

200 i? vA . O O 0 0 o 0 *0 O₀ 00 '0 150 o .. to 0 00 00 'o 6. O. O₀ .O 100 . ,v 09 ° . .O O. 0_{O 9. o}0 '0 .9 ° OO Q. .0 00 .o 00 12 -50

Figur 7 Spänning i obundna lager

250

200

150

100

50

Signalerna från samtliga spänningsceller är jämna och symmetriska. Dessa signaler kan användas för att kontrollera så att lasten är lika i båda överfartsriktningarna.

Tabell 1 Spänning från olika Överfartsriktningar

Passage 1 Passage 2 Passage 3 Avvikelse (%)

SPC37 216.6 223.9 217.5 3.2 spcsg 188.6 191.2 188.6 1.4 SPC4O 127.2 128.4 126.9 1.1 spc17 66.9 66.7 66.4 0.1 SPC19 89.9 91.0 89.6 1.4 spczz 88.9 86.5 88.7 -2.6 SPC16 18.8 18.1 18.8 _3.7 SPC18 22.1 22.1 22.0 0.2 spc21 21.3 21.3 21.0 0.7 Medel 0.0

Avvikelsen i Tabell 1 är beräknad som spänningen i passage 2 delad med medelvärdet av passage 1 och 3.

2 * passage2

Avvikelse(%) = (

-1] * 100

passagel + passage3

Tabell 1 visar tydligt att belastningen i de olika riktningarna inte skiljer sig nämnvärt från varandra. Däremot är spridningen mellan de olika givarna som är placerade på samma djup ganska stor. De tre översta givarna i Tabell 1 (37, 39 och 40) är placerade i mitten av bärlagret. Nästa tre (17, 19 och 22) är placerade i Övre delen av undergrunden och de tre sista (16, 18 och 21) är placerade längre ner i undergrunden. Framförallt i bärlagret är spridningen stor. Den uppmätta spänningen varierar från 127 till 220 kPa. Detta kan förmodligen till stor del förklaras med att det finns förhållandevis stora partiklar i bärlagret (32mm). I ett granulärt material existerar endast spänningar som medelkraft över en area. Kraftfördelningen mellan partiklar är

probabilistiskt fördelad, vilket medför att spänningscellerna kan ha hamnat i lägen med olika

spänningsnivåer. Denna risk är dock mindre i undergrunden som består av finare partiklar (sand). Detta återspeglas också i mindre spridning mellan mätvärdena.

45 SPC 21 -I-SPC 18 -I-SPC 16 SPCZ115 +SPC1815 +SPC 1615 40 1._ 35 30 E_ /1 §25 . - __ m / E 'E :g 20

__-5?

I/ /

-/ 15- A 10 s 0 1 2 3 4 5 e 7 8 9 10 11 Tid

Figur 9 Spännings utveckling med tiden på understa mätnivån i undergrunden

Spänningen ökar med tiden under försökets gång. De fyra sista mätpunkterna i Figur 9 är gjorda med högre last. Spänningen ökar alltså med antalet belastningar.

//1

M 250 200 150

Figur 10 Spänning i bärlagret

där!wa

,m%\

S13 200-250 .150-200 [3100-150 E150-1 00 I0-50 E-SO-O

I Figur 10 Visas hur spänningen från ett singelhjul är fördelad i bärlagret. Belastningen från hjulet är 60 kN. Därför bör volymen under grafen i Figur 10 också vara 60 kN. Beräkningar Visar dock att den uppmätta spänningen i bärlagret ger en volym under grafen på mellan 23 kN och 37 kN. De uppmätta spänningarna är alltså mindre än medelspänningen i lagret.

I undergrunden är spänningskonen mer utbredd vilket leder till att hela konen inte finns med

inom den sidoförflyttning av lasten som görs under mätningarna (se Figur 11).

Figur 11 Spänningsfördelning i undergrunden

.16-18 .14-16 Ei 12-14 I 10-12 58-10 .6-8 D4-6 [32-4 .0-2 -2-0

Det kan antas att spänningsfördelningen är rotationssymmetrisk. Därför kan man enbart med hjälp av spänningen längs med en linje rakt under lasten beräkna volymen under grafen.

Tabell 2 Beräknad last från spänningscellerna

SE01 Se03 Verklig last 60.0 60.0 Bärlager 22.5 26.3 Undergrund nivå 1 14.7 47.9 Undergrund nivå 1 19.8 34.9 Undergrund nivå 1 19.7 37.6 Undergrund nivå 2 9.3 27.7 Undergrund nivå 2 10.1 48.5 Undergrund nivå 2 10.2 35.1

Beräkningarna i Tabell 2 gäller vid inledande responsmätningar på konstruktion SE01 och inledande responsmätnginar på konstruktion Se03. Se03 är en lagad version av den sönderkörda SE01. Det är alltså samma spänningsceller som ligger kvar i konstruktionen. För samtliga givare har den uppmätta spänningen ökat. Den ligger dock fortfarande under den verkliga lasten. En möjlig förklaring till detta kan vara att sanden runt givarna inte varit riktigt lika hårt packad som den övriga sanden. Därför har en stor del av spänningen gått vid sidan av givarna. Efter ett antal belastningar har dock packningsgraden ökat runt givarna och då har också en större del av

Jämförelse mellan beräknad och uppmätt respons

Ett sätt att kontrollera rimligheten i den uppmätta responsen är att jämföra den uppmätta

responsen med beräknad respons. Det finns många sätt att beräkna respons i en vägkonstruktion. De beräkningar som redovisas hr är gjorda med hjälp av ekvivalenta tjocklekar enligt Odemark och responsberäkningar enligt Boussinesq. Det har också antagits att undergrundens E-modul beror på största huvudspänningen.

Indatan till beräkningarna har tagits fram genom bakåträkning på två sätt: 1. Anpassa indatan till fallviktsmätningar

2. Anpassa indatan till uppmätt respons De beräknade E-modulerna visas i Tabell 3.

Tabell 3 Beräknade E-moduler

Fallvikt Respons Asfalt 12401 7127 Bärlager 286 134 Undergrund -0. 14 _0_ 14

110(9-1-j

650[ij

P [7

Enligt tidigare är den uppmätta spänningen mindre än medelspänningen på den nivå där givarna ligger. För att kompensera för det har mätvärdena multiplicerats med en faktor för varje givare för att nå upp till den last som vägen utsatts för enligt samma sätt att räkna som redovisats tidigare (med rotationssymmetrisk spänningsfördelning).

Beräknad respons med E-moduler från faIIvikt

1400 1200 x f: ?%*x 1000 " av 4500 5000 5500 6000 -600 Distans (mm)

00 400 350 K b/ '\ 8/ *ut 300 -K *8 ä 'k 250 1k: x X */ * X 200 x,I Px 150 i! 9x 0

.x/

Yu

9< 100 v 50 0 "..Liii';1113:3.liiçlglglulüill. . I - = = : = : : 2 2000 2500 3000 3500 4500 5000 -50 dist (mm)

Figur 13 Beräknad och uppmätt spänning i barlagret

300 250 2:; X' >9 >b 200 ,t X Q X 0 X 150 5: §<_C ä >$ 100 >-M x 50 0 M a :v: =. - , , w.. , lmiMlmuw_-___ 2000 2500 3500 4000 4500 50 dist (mm)

140 120 få ,M ', ; v'₉ <-ä! 100 *3 3 ä'. 9\ y; 9;' 7.0 x 80 X0x' 31'i n s» ( 4' § 60 »5 Jr '§2' 20 lå_'7 ZTO 2500 3000 3500 4000 4500 5000 dist (mm)

Figur 15 Beräknad och uppmätt spänning på undre nivån i undergrunden

Dessa beräkningar ger en asfalttöjning som är mindre än den uppmätta. En orsak till detta kan vara att asfaltlagret är relativt tunt. E-modulen för ett så tunt lager kan vara svårt att bestämma med hjälp av bakåträkning. En liten förändring av indatan för bakåträkningen kan ge stort utslag för resultatet.

När det gäller spänningen stämmer den uppmätta och beräknade mycket bra i bärlagret. I undergrunden är den beräknade dock endast hälften så stor som den uppmätta. Detta kan ha att göra med den tidigare nämnda kompenseringen av mätdatan.

Beräknad respons med E-moduler från uppmätt respons

1600 1400 ?5,1 1200 x >< ?6 1000 *X 00 4500 5000 5500 6000 -600 Distans (mm)

Figur 16 Beräknad och uppmätt asfalttöjning

400 350 st 8 x 300 _{5 \x} ä lö 250 _x5, ?á_X 9/ \0 * X 200 x II 13;

,J

3?

150 i! 3( O O 100 i « 04 50 I 0 -3 .: :3.9.1:2429;;.!.;1:1!:!,_ . 1 '1 3 = = = = = i 2000 2500 3000 3500 0 4000 4500 50 -50 dist(mm)

300 250 200 150 100 50 - . . I.','..'"W*' 'I^ I W__ 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 -50 dist (mm)

Figur 18 Beräknad och uppmätt spänning i Övre undergrunden

140 120 100 80 60 40 20 5000 -20 dist (mm)

Figur 19 Beräknad och uppmätt spänning på den undre givarnivån i undergrunden

Eftersom E-modulerna har anpassats för att ge bra passning till de uppmätta signalerna är det endast på den understa nivån som inte uppmätt och beräknat stämmer Överens. Tyvärr ser materialdatan inte så fin ut. Undergrundens spänningsberoende E-modul är på terrassnivän ungefär 1300 MPa Vid den last som här redovisas. Det skulle innebära att undergrunden är mycket styvare än bärlagret. Detta indikerar att den kompensation aV mätvärdena som gjorts för att få medelspänningen i lagret inte är bra. Någon annan modell krävs för att få medelspänningen.

Diskussion

Asfalttöjningsgivarna ger signaler som är rimliga både till form och storlek. Det är dock ganska stor spridning mellan de olika givarna. Beräkningar för att kontrollera rimligheten på storleken på töjningarna är svåra att göra. Framförallt är det svårt att veta vilka materialparametrar man bör använda. I de beräkningar som redovisats i denna rapport har materialparametrar tagits fram utifrån fallviktsmätningar. Eftersom asfaltlagret är tunt, är E-modulen för det lagret svår att bestämma med hjälp av bakåträkning.

All kraft som påförs vägen fördelas i vägkroppen. Detta gör att på varje nivå måste summan av spänningarna vara lika med den påförda kraften. Summan av deuppmätta spänningarna är för samtliga spänningsceller lägre än den påförda kraften. Spänningscellerna registrerar alltså en spänning som är lägre än medelspänningen på den nivå de är placerade. Troligen beror detta på att materialet runt givarna är något mjukare än det övriga materialet. Detta gör att en stor del av kraften tar vägen runt om givarna. Ju fler belastningar som utförts, desto större blir spänningen. I denna rapport beräknades medelspänningen genom att multiplicera signalen med en faktor så att hela signaltratten gav en volym som motsvarar den pålagda belastningen. Denna metod Visade sig