Utvärdering av bitumenbundet bärlager, E4 Skånes Fagerhult

(1)

Författare

Safwat Said, Hassan Hakim och

Tomas Winnerholt

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Projektnummer

60779

Projektnamn

E4 Skånes Fagerhult

Uppdragsgivare

Vägverket Region Skåne

VTI notat 37-2004

Utvärdering av bitumenbundet

bärlager, E4 Skånes Fagerhult

(2)

(3)

Förord

VTI har av Vägverket Region Skåne fått uppdraget att utvärdera nyutlagda bitumenbundna beläggningar på E4 förbi Örkelljunga och Skånes Fagerhult. Arbetet har utförts genom laboratorieundersökningar och beräkningar med PMS Objekt för beräkning av teknisk livslängd. En del resultat uppmätta av Vägverket Produktion är också inlagda i detta notat.

Kontaktpersoner på Vägverket har varit Folke Svantesson och Connie Olsson. Från VTI:s sida har Safwat Said varit projektledare medan Hassan Hakim och Andreas Waldemarson har utfört undersökningar. Tomas Winnerholt, Vägverket, Borlänge, har medverkat vid beräkningar och sammanställning av rapporten. Linköping september 2004

(4)

(5)

Innehållsförteckning Sid

Sammanfattning 5 1 Inledning 7 2 Provtagning 8 3 Tjocklekar 9 4 Hålrumshalter 11 5 Dynamiskt kryptest 12 6 Styvhetsmodul 14 7 Utmattning 16 8 Beräkning 18

9 Beräkning av livslängd med hänsyn till sprickor 20

10 Avslutande kommentarer 22

11 Referenser 22

Bilagor

Bilaga 1 Lagertjocklekar och hålrumshalt

Bilaga 2 Provningsresultat utförda av Vägverket Produktion (VVP)

Bilaga 3 Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på

fälttempe-ratur

Bilaga 4 Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på

(6)

(7)

Sammanfattning

Under hösten 2003 har ett vägavsnitt på ca sju km lagts på E4 vid Skånes Fagerhult förbi Örkelljunga. Det är en nybyggd vägsträcka. Bär- och bindlager är utlagda under hösten 2003. Slitlagret utförs under hösten 2004. På uppdrag av Vägverket Region Skåne har borrkärnor tagits upp för undersökning av lager-tjocklekar, hålrumshalt och mekaniska egenskaper hos bundna lager. Syftet med undersökningen är att utvärdera de bitumenbundna lagren ur strukturella funk-tionsegenskaper (styvhetsmodul, utmattning och krypegenskaper) och för jäm-förelse med kraven i ATB VÄG 2002. Syftet är också att beräkna livslängden med avseende på sprickutveckling.

Hålrumshalten hos bärlagret har visat en klar avvikelse från gällande specifika-tioner enligt undersökta prov. Troligen har den låga hålrumshalten givit upphov till låga styvhetsmoduler. Nackdelen med låg styvhet är att det blir större dragtöj-ningar i underkant av bitumenbundna beläggdragtöj-ningar och sämre lastfördelning. Det konstaterades också att utmattningssambandet för AG från Örkelljunga är brantare än standard AG, m.a.o. känsligare för temperatur, vilket kan leda till kortare livslängd som i det här fallet. Det undersökta AG-lagret har dock visat godkänt resultat med avseende på stabilitet (kryptest) trots den låga styvhetsmodulen som även påverkar stabiliteten. Det konstateras att oavsett alla beräkningar har beläggningen sämre egenskaper än normala AG-beläggningar med hänsyn till funktionsegenskaper.

I det här arbetet har livslängden beräknats dels baserad på fälttemperaturer från VVIS data, dels baserad på klimatperioder enligt ATB VÄG. Livslängden ligger klart under kravet på 30 miljoner överfarter av ekvivalenta standardaxlar. Det bör erinras här att asfaltbeläggningar går igenom en hel del efterpackning, härdnings- och åldringsprocess, speciellt under första året efter utläggning. Dessa effekter kan markant förbättra beläggningsegenskaperna efter ca ett år.

(8)

(9)

1 Inledning

Under hösten 2003 har ett vägavsnitt på ca sju km lagts på E4 vid Skånes Fagerhult förbi Örkelljunga. Det är en nybyggd vägsträcka. På uppdrag av Vägverket Region Skåne har borrkärnor tagits upp för undersökningar av lager-tjocklekar, hålrumshalt och mekaniska egenskaper hos bundna lager. Syftet med undersökningen är att utvärdera de bitumenbundna lagren ur strukturella funk-tionsegenskaper (styvhetsmodul, utmattning och krypegenskaper) och för jäm-förelse med kraven i ATB VÄG 2002. Syftet är också beräkning av livslängden med avseende på sprickutveckling. Konstruktionen på K1 består av 95 mm AG 22 160/220, 45 mm ABb16 70/100 och 40 mm ABS16 70/100. Bär- och bindlager är utlagda under hösten 2003. Slitlagret utförs under hösten 2004. ÅDTk är 4 730 och andel tung trafik är 29 procent.

(10)

2 Provtagning

Sammanlagt har 60 borrkärnor tagits upp från vägen mellan sektion 24/000 och 32/000. Provtagningen har utförts av PEAB:s laboratorium i Markaryd. Hälften av borrkärnorna är tagna från norrgående körfält och resterande från södergående körfält. Borrplan och antal prover med diameter 100 och 150 mm redovisas i tabell 1.

Tabell 1 Planerade och genomförda borrningar samt antal upptagna borrkärnor. Planerade Genomförda Prov-punkt Sektion Sidoläge från höger vägkant Sektion Sidomått från mittlinje Antal Norrgående Norrgående Ø100 Ø150 1 24/372 1,7 24/378 5,3 2 1 2 24/391 2,8 2 1 3 24/665 2,3 24/616 7,0 2 1 4 25/954 2,6 25/876 6,7 2 1 5* 28/812 1,5 28/819 9,1 2 1 6* 29/076 1,6 29/088 9,0 2 1 7* 29/273 1,5 29/294 9,6 2 1 8 30/275 2,2 30/285 8,5 2 1 9* 30/727 0,7 30/714 10,1 2 1 10 31/643 0,8 2 1 Södergående Södergående 11 24/341 1,7 24/301 -5,9 2 1 12 25/552 2,8 25/502 -8,0 2 1 13 26/043 2,3 25/996 -7,0 2 1 14 27/560 2,6 2 1 15 28/128 1,5 2 1 16* 28/940 1,6 28/920 -9,2 2 1 17 29/437 1,5 29/418 -6,7 2 1 18 30/359 2,2 30/328 -8,8 2 1 19* 30/401 0,7 30/370 -9,9 2 1 20* 30/788 0,8 30/758 -9,7 2 1

Prov markerade med stjärna (*) har borrats från vägren av misstag pga. snötäckning av vägen och avsaknad av vägmarkering. Resultat från dessa prov har inte tagits med i beräkningarna.

(11)

3 Tjocklekar

Figurerna 1–4 visar tjockleken hos borrprov från olika lager. Tjockleken är bestämd enligt VVMB 903-1993 (pub. 1993-018). Tjockleksbestämningar utförd av entreprenören (VVP), är också inlagda i figurerna samt resultat från tjockleks-mätningar hos B-prov som utfördes senare av VTI. Enskilda värden redovisas i bilaga 1 och 2. Det framgår att tjocklekar bestämda av VTI är något tunnare.

Översta AG lager 30 35 40 45 50 55 60 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion T jo ckl ek ( m m ) VVP VTI B prov nominellt värde

Figur 1 Tjocklek hos borrprov från översta AG lagret.

Understa AG lager 30 40 50 60 70 80 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion T jo ckl ek ( m m ) VVP VTI B prov nominellt värde

(12)

Total AG lager 80 90 100 110 120 130 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion T jo ckl ek ( m m ) VVP VTI B Prov nominellt värde

Figur 3 Den totala tjockleken hos borrprov från båda AG lagren.

ABb lager 40 42 44 46 48 50 23/000 25/000 27/000 29/000 31/000 Sektion T jo ckl ek ( m m ) VVP VTI B Prov nominellt värde

Figur 4 Tjocklek hos borrprov från bindlagret.

(13)

4 Hålrumshalter

För beräkning av hålrumshalten har skrymdensiteten bestämts enligt FAS Metod 427 på alla prov och kompaktdensiteten bestämdes enligt FAS Metod 425 hos ett antal borrkärnor. Resultaten på enskilda värden redovisas i bilaga 1. Medelvärdet av hålrumshalten hos AG-lagret är 2,6 %, Tillåtet hålrumsintervall på borrprov är 3,0–8,0 % på medelvärde av 2 prov enligt ATB VÄG 2002 kapitel I 2.1.5.

Hålrumshalter hos AG lagren illustreras i figur 5 och 6. Entreprenörens resultat märkta med VVP är också inlagda i figuren och redovisas i bilaga 2.

Översta AG lager 0 2 4 6 8 10 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 Sektion H å lr u m ( % ) VVP VTI B prov

Figur 5 Hålrumshalt hos översta AG-lagret.

Understa AG lager 0 2 4 6 8 10 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 Sektion H å lr u m ( % ) VVP VTI B prov

(14)

5 Dynamiskt

kryptest

Översta AG-lagret i K1 samt ABb-lagret från vägren har undersökts m.a.p. defor-mationsresistens med dynamiskt kryptest enligt FAS Metod 468 (se tabell 5 och figur 7 och 8). Borrkärnorna har sågats till en tjocklek av ca 30 mm och parvis lagts på varandra för att komma upp till rätt tjocklek enligt metoden. För ABb i vägren visas endast resultat.

ÅDTk är 4 730 enligt Vägverkets dokumentation. Tvärfördelnings- och hastig-hetsfaktor för motorvägar är 0,8 och 0,9 respektive enligt ATB VÄG tabellerna C4.11-5 och C4.11-6.

Beräkning av trafik med hänsyn till stabilitet (ÅDTk,stab) blir:

h t k sta k ÅDT J J ÅDT _, = ⋅ ⋅ =3 406 1

Enligt tabell F5.2-4 i ATB VÄG för bärlagret tillhör denna väg till klass 1 800– 3 600 µε och kravet på krypvärde är 15 000–20 000 µε. Med andra ord uppfyller bärlagermassan kravet.

Tabell 5 Kryphastighet, krypmodul och töjning vid 3 600 belastningar.

Prov Tjocklek Kryp- hastighet Krypmodul vid n=3600 Töjning (n=3600) mm µε/n MPa µε 1N3Ö & 2N3Ö 59,1 1,4 4,3 23 300 3N3Ö & 4N3Ö 59,8 1,8 6,9 14 500 8N3Ö & 10N3Ö 59,9 2,0 6,3 15 800 11S3Ö & 12S3Ö 59,7 1,2 5,2 19 300 13S3Ö & 14S3Ö 60,1 1,2 7,9 12 800 15S3Ö & 17S3Ö 59,9 1,0 6,9 14 600 AG22 översta lager Medelvärde 59,8 1,4 6,2 16 717 5N3 & 6N3 59,9 0,94 6,3 15 900 7N3 & 9N3 60,2 1,86 6,26 16 000 19S3 & 20S3 60,3 0,61 7,73 12 900 ABb16 från vägren Medelvärde 60,1 1,1 6,8 14 933 12 VTI notat 37-2004

(15)

kryptest, E4 Örkelljunga, AG22 översta lager 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Antal belastningar Töj ni ng ( µε ) 1N3Ö & 2N3Ö 3N3Ö & 4N3Ö 8N3Ö & 10N3Ö 11S3Ö & 12S3Ö 13S3Ö & 14S3Ö 15S3Ö & 17S3Ö mdv

Figur 7 Deformationsutvecklingen för översta AG22 lagret.

kryptest, E4 Örkelljunga, ABb22 lager från vägren

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Antal belastningar T ö jn in g (µε ) 5N3 & 6N3 7N3 & 9N3 19S3 & 20S3 mdv

(16)

6 Styvhetsmodul

Styvhetsmodulen har bestämts vid +10°C hos båda AG lagren, vilket visas i figur 9–10. Det konstateras att det inte finns någon signifikant skillnad mellan belägg-ningar från understa och översta lagren. Det finns inte heller någon signifikant skillnad mellan beläggningar från norr- och södergående riktningar. Eftersom beläggningen är nylagd (2,5 månader gammal) har styvhetsmodulen korrigerats för motsvarande ett år gammal beläggning (se tabell 6).

Korrigerade moduler för AG-lagren ligger under det nedersta tillåtna gräns-värdet enligt ATB VÄG tabell F5.2.10 med avseende på trafikklass >1,0. ÅDTk är lika med 4 730 med 29 procent tunga fordon enligt Vägverkets dokumentation. (ÅDTk.tung = 4 730 x 0,29 = 1 372).

Modulmätningar vid 2 och 17°C har bestämts hos prov från översta AG lagret. Sambandet mellan modulvärden och temperatur visas i figur 11. Sambandet har använts för beräkning av moduler hos AG vid olika temperaturer för beräkning av livslängden (se avsnittet om beräkningar).

Fyra borrkärnor har av misstag borrats ur vägren i stället för K1. Massabe-läggningen i vägren består av ABb16 70/100 enligt dokumentation. Utförda modulmätningar visas i figur 12. Eftersom beläggningen är nylagd (2,5 månader gammal) har styvhetsmodulen korrigerats för motsvarande ett år gammal belägg-ning (se tabell 6).

Styvhetsmodul vid 10°C, E4 Örkelljunga, AG22 understa lager 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1N1U 2N1U 3N1U 4N1U 8N1U _10N1U _11S1U _12S1U _13S1U _14S1U _17S1U _18S1U prov nr S ty v he ts m odul ( M pa )

Figur 9 Styvhetsmodul vid +10°C för understa AG22 lagret i MPa.

(17)

Styvhetsmodul vid 10°C, E4 Örkelljunga, AG22 översta lager 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

1N1O 2N1O 3N1O 4N1O 11S1O 12S1O 13S1O 14S1O

prov nr S ty v h e ts m odu l ( M pa )

Figur 10 Styvhetsmodul vid +10°C för översta AG22 lagret i MPa.

Tabell 6 Korrigerade styvhetsmoduler för motsvarande ett år gammal belägg-ning.

skikt Styvhetsmodul i MPa

Mätvärde Ålderskorrigerad

2°C 10°C 17°C 2°C 10°C 17°C

AG22 understa lager 4 041 4 581

AG22 översta lager 8 924 3 833 1 915 10 117 4 346 2 170

ABb16 från vägren 7 308 8 285 Mr = 12531e-0,1025T 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 5 10 15 20 Temperatur °C S tyvhe tsm od u l (M Pa ) ATB väg Labbmodul Expon. (Labbmodul)

Figur 11 Styvhetsmodul vid olika temperaturer hos aktuell AG och standard AG enligt ATB VÄG samt samband för den aktuella AGn.

(18)

Styvhetsmodul vid 10°C, E4 Örkelljunga, ABb lager 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 5N1* 6N1* 16S1* 19S1* prov nr S ty v he ts m o dul ( M pa )

Figur 12 Styvhetsmodul vid +10°C för ABb16 lagret (utborrade från vägren).

7 Utmattning

Utmattningskurva har bestämts enligt VTI-metod för AG 22 (Said, 1995) vid tre temperaturer. Understa lagret i varje riktning har undersökts var för sig (se figur 13). Eftersom det inte finns någon signifikant skillnad mellan de två riktningarna har man analyserat proverna tillsammans. Utmattningskurvor vid tre temperaturer visas i figur 14. I figur 15 har utmattningskurvan för AG-lagret vid 10°C jämförts med standardutmattningskurvan för bärlager enligt ATB VÄG. Det konstateras att utmattningssambandet för AG från Örkelljunga är brantare, vilket betyder att den är känsligare för töjningar i underkant av beläggningen.

För jämförelse av utmattningsresultat med ATB VÄG beräknas ÅDTk.tung, där ÅDTk är lika med 4 730 med 29 procent tunga fordon enligt Vägverkets dokumentation. 100 , A ÅDT ÅDTktung = k⋅ 2 ÅDTk.tung = 4 730 x 0,29 = 1 372

Enligt tabell F5.2-10 ska trafikklassen större än 1 000 ÅDTk.tung ha en styvhets-modul mellan 6 000–10 000 MPa och klara en töjning större än 80 mikrostrain vid 106 belastningar vid utmattningsprovning vid 10°C. Styvheten för AG-lagret är 4 581 MPa och töjningen vid 106 belastningar är endast 63 mikrostrain, vilket innebär att detta AG-lager inte uppfyller kravet enligt ATB VÄG. Detta illustreras också i figur 14. (Anmärkning: det är tryckfel i tabell F5.2-10, tecknet (<) ska vara större än (>)).

Genom multipel regression på utmattningsdata vid tre temperaturer har utmatt-ningsformel tagits fram för den aktuella AG:n för beräkning av livslängd vid olika temperaturer och korresponderande styvhetsmoduler.

(19)

3

s

f Log LogM

LogN =14,0403−2,4546* ε −0,9612*

Ovanstående samband motsvarar sambandet i ATB VÄG C4.12.2 som är för standard AG.

10 100 1000

1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7

Antal belastningar In it ie ll t ö jn in g ( µ st ra in ) Södergående Norrgående N enskildvärden S enskildvärden Nf = K (1/ε)n

Figur 13 Utmattningskurvor för AG22-lager från norr- och södergående riktningar.

10 100 1000

1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7

Antal belastningar t öj n in g ( µ st r ain In it ie ll ) 14°C 10°C 2°C Nf = K (1/ε) n

(20)

10.0 100.0 1000.0 10000.0

1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07

Antal belastningar In it ie ll t ö jn in g ( µ s tr a in ) Örkelljunga Bärlager Nf = K (1/ε)n

Figur 15 Utmattningskurva för understa AG lagret bestämd enligt VTI-metod mot motsvarande utmattningskurva för standardbärlager.

8 Beräkning

Beläggningars temperaturer och dess variationer under sommarperioden har stor effekt på nedbrytningen hos bitumenbundna lager. Beläggningstemperaturen varierar också på djupet i en vägkropp. Vid beräkning av livslängd för ett specifikt objekt bör man bl.a. ta hänsyn till förväntade temperaturer i det aktuella lagret. Det geografiska läget för vägobjektet, beläggningens placering i vägkonstruk-tionen och aktuell trafikbelastning kan vara avgörande för hur en asfaltbeläggning bryts ned. Av den anledningen har vi analyserat temperaturmätningar under 1999/2000 från en VVIS station (VVIS1106) som är placerad nära det här objektet. Temperaturmätningar under ett helt år visas nedan (figur 16).

(21)

-20 -10 0 10 20 30 1999-02-09 00:00 1999-08-28 00:00 2000-03-15 00:00 2000-10-01 00:00 40 50

Figur 16 Temperaturmätningar från VVIS station (ty1106) under 1999/2000.

Temperaturmätningar från VVIS-stationen har analyserats genom antal timmar gentemot beläggningstemperatur vid 120 mm djup, vilket har antagits som repre-sentativt djup för bärlagret. Temperaturberäkningar vid olika djup har utförts med Hermanssons modell (2001).

Figur 17 illustrerar temperaturfördelningar på 120 mm djup. Dessa tempera-turer har antagits representativa för hela överbyggnaden vid beräkning av livs-längden. Temperaturmätningar ledde till tio perioder med ett antal dagar per period enligt tabell 7.

Örkelljunga, 120 m m djup, 1 m ätning/tim m e, period 99-10-01 till 00-09-12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 5 -30 0 -25 5 -2 0 0 -15 5 -10 10 5 -5 - 0 0 5 5 -10 10 15 15 20 0 - 25_{25 -} 3 0 30 35 _{- 40} 0 - 45 _{45 -} 5 0 An ta l t im m a r -3 -3 -2 -2 -1 - 2 35 4 Tem peraturklasser °C

(22)

9 Beräkning av livslängd med hänsyn till

sprickor

Styvhetsmodul för slit- och bindlager (slitlagret är inte utlagt än och prov från bindlagret är inte uttagna) har beräknats för varje period baserad på ATB VÄG tabell F5.2-5 respektive tabell F5.2-6. Av praktiska skäl har nedanstående ekva-tioner (ekvation 4 och 5) använts som motsvarar tabellerna. De är representativa för genomsnittliga värden i tabellerna. För AG:n har ett samband tagits fram (ekv. 6) baserat på modulmätningar hos de testade borrkärnorna vid tre temperaturer.

Sambandet har använts för beräkning av moduler hos AG vid olika tempera-turer för beräkning av livslängden. Det bör påpekas att avsikten med beräkning av livslängden enligt C4.12.2 är att använda de aktuella egenskaperna hos befintliga lager vid verkliga temperaturer i vägkroppen. De uppmätta (verkliga) tempera-turerna nämns inte i ATB VÄG 2002. Av den anledningen har beräkningen genomförts på två sätt; dels baserade på verkliga temperaturer från VVIS stationen, dels baserade på klimatperiodens längd och temperaturer i beläggning enligt ATB VÄG 2002.

För slitlager Ms = 9 450.e (-0,068*T) 4

För bindlager Ms = 18 628.e(-0,058*T) 5

För bärlager Ms = 12 531.e(-0,1025T) 6

Töjningar i underkant av det bitumenbundna bärlagret har beräknats med hjälp av PMS Objekt ver. 3.1.0 för de olika perioderna med hänsyn till följande konstruk-tion: Lager Tjocklek i mm Slitlager 40 Bindlager 45 Bärlager 95 Obundet bärlager 80 Krossat förstärkningslager 420 M3 blandkornig jord 1 000

Styvhetsmoduler för slit- och bindlager är enligt ATB VÄG som omnämndes tidigare. För bärlagret är styvhetsmodulerna baserade på mätvärden vid tre temperaturer.

Tabell 7 visar indata till PMS Objekt och resulterade töjningar. Beräkningen är baserad på verkliga temperaturer från VVIS stationen.

(23)

Tabell 7 Beräknade styvhetsmoduler för olika lager samt töjning i underkant av det bitumenbundna bärlagret vid olika temperaturperioder.

Temperatur, °C -8 -3 2 7 12 17 22 27 32 37 Antal dagar 1 16 108 66 41 47 53 26 7 1 Slitlager, MPa 16 281 11 589 8 248 5 871 4 179 2 974 2 117 1 507 1 073 763 Bindlager, MPa 29 626 22 168 16 588 12 412 9 287 6 949 5 200 3 891 2 911 2179 Bärlager,MPa 28 452 17 042 10 208 6 115 3 663 2 194 1 314 787 472 282 Obundet bärlager, MPa 1 000 150 450 Krossat förstärknings-lager, MPa 450 M3 blandkornig jord, MPa 1 000 35 100 Töjning µε 35 48 98 106 135 166 194 212 217 206

Utmattningslivslängden har därefter beräknats för det aktuella avsnittet med hän-syn till de beräknade töjningarna med hjälp av utmattningssambandet för det befintliga bitumenbundna bärlagret (ekvation 3). Den genomsnittliga livslängden Nekv blev endast 2,5 miljoner. Självfallet är det mycket lågt i jämförelse med beräknade standardaxlar, 30 miljoner. Det bör påpekas att dessa beräkningar är mycket känsliga till materialvariabler. Den aktuella AG:n har underkänts med avseende på styvhetsmodul och utmattningsegenskaper vid jämförelse med kraven i ATB VÄG enligt den här undersökningen. Körningarna från PMS Objekt visas i bilaga 3.

Motsvarande utmattningslivslängd har beräknats efter klimatperiodens längd och temperatur i bitumenbunden beläggningen enligt ATB VÄG tabell C3.1-1 och C3.1-2. För beräkning av styvhetsmodulerna i slit-, bind- och bärlager har ekva-tion 4 till 6 använts. Töjningar i underkant av det bitumenbundna bärlagret har beräknats med hjälp av PMS Objekt (se bilaga 4). Tabell 8 visar indata till PMS objekt och resulterade töjningar.

Tabell 8 Beräknade styvhetsmoduler för olika lager samt töjning i underkant av det bitumenbundna bärlagret vid temperaturperioder enligt ATB VÄG.

Vinter Tjällossning

s-vinter Tjällossning Senvår Sommar Höst

Temperatur, °C -1.9 1 2.3 3 18.1 3.8 Antal dagar 80 10 31 15 153 76 Slitlager, MPa 10 753 8 829 8 082 7 706 2 760 7 298 Bindlager, MPa 20 798 17 578 16 302 15 653 6 520 14 943 Bärlager,MPa 15 225 11 310 9 899 9 214 1 960 8 488 Obundet bärlager, MPa 1000 150 300 450 Krossat förstärknings-lager, MPa 450 M3 blandkornig jord, MPa 1000 35 50 100 Töjning µε 51 79 91 88 172 89

(24)

Nekv blev endast 3,1 miljoner. Båda temperaturperioderna ger upphov till betydligt kortare livslängd än den beräknade livslängden (ca 30 miljoner).

10 Avslutande

kommentarer

Huvudsyftet med det här arbetet är att utvärdera de bitumenbundna lagren mot ATB VÄG specifikationer. Hålrumshalten hos bärlagret har visat en klar av-vikelse från gällande specifikationer enligt undersökta prov. Den låga hålrums-halten kan bero på att bitumenhålrums-halten är hög. Dock ingick det inte i uppdraget att bestämma bitumenhalt. Troligen har den låga hålrumshalten gett upphov till låga styvhetsmoduler. Låg styvhetsmodul, låg hålrumshalt och hög bitumenhalt leder normalt till bättre utmattningsegenskaper men trots det har AG-lagret visat sämre egenskaper än standardbeläggning vid en miljon belastningar med avseende på utmattningsegenskaper enligt ATB VÄG. Det konstaterades att utmattnings-sambandet för AG från Örkelljunga är brantare än standard AG, m.a.o. känsligare för temperatur, vilket kan leda till kortare livslängd som i det här fallet. Nackdelen med låg styvhet är att det blir större dragtöjningar i underkant av bitumenbundna beläggningar och sämre lastfördelning, med andra ord större belastning på under-liggande obundna lager och undergrunden. Deformationer i undergrunden som är dimensionerande ligger utanför uppdraget. Om det förekommer stora deforma-tioner i undergrunden leder det även till snabbare nedbrytning av bundna lager. Det undersökta AG-lagret har dock visat godkänt resultat med avseende på stabilitet (kryptest) trots den låga styvhetsmodulen som även påverkar stabiliteten. Det konstateras att oavsett alla beräkningar har beläggningen sämre egenskaper än normala AG-beläggningar med hänsyn till funktionsegenskaper.

För beräkning av livslängd har konstruktionen och fälttemperaturer en stor effekt på resultatet utöver egenskaper hos överbyggnadslager. I det här arbetet har livslängden beräknats dels baserad på fälttemperaturer från VVIS data, dels baserad på klimatperioder enligt ATB VÄG. De ålderskorrigerade styvhets-modulerna har använts vid beräkning av livslängden. Livslängden blev i genomsnitt 2,5 respektive 3,1 miljoner för bundna lager. Det ligger klart under kravet på 30 miljoner överfarter av ekvivalenta standardaxlar. Det bör erinras här att sambanden i C4.12 är framtagna för undersökning av beläggningar som är minst ett år gamla. Asfaltbeläggningar går igenom en härdnings- och åldrings-process speciellt under första året efter utläggning. Det sker också en hel del efterpackning av trafiken. Dessa effekter kan markant förbättra beläggnings-egenskaperna efter ca ett år.

11 Referenser

Hermansson, Å: Mathematical model for calculation of pavement

temperatures. TRR 1764, Paper No. 01-3543. 2001.

Said, S: Bestämning av utmattningshållfasthet hos asfaltbetong genom

pulserande pressdragprovning. VTI notat 38-1995. Statens väg- och

transportforskningsinstitut. Linköping. 1995.

(25)

Bilaga 1 Sid 1 (5)

Lagertjocklekar och hålrumshalt

Tabell 1:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna bestämda enligt VVMB 903-1993.

Provpunkt Prov nr Tjocklek i mm

Norrgående

ABb16 lager

AG22 lager

Översta Understa Total

1 1n1 41,6 41,9 83.5 2 2n1 42,9 37,7 80.6 3 3n1 42,7 46,4 89.2 4 4n1 45,5 42,7 50,4 93.1 5* 5n1 48,4 6* 6n1 47,6 7* 7n1 42,1 8 8n1 38,8 43,8 46,3 90.1 9* 9n1 49,6 10 10n1 42,1 40,0 54,8 94.7 Medelvärde 42,1 42,3 46,3 88.5 Södergående 11 11s1 48,7 47,8 96.5 12 12s1 46,3 62,8 109.1 13 13s1 41,0 40,9 81.9 14 14s1 44,3 46,9 91.2 15 15s1 48,1 51,6 99.7 16* 16s1 45,6 17 17s1 44,5 43,9 54,7 98.6 18 18s1 40,3 42,8 46,1 88.9 19* 19s1 45,5 20* 20s1 49,6 Medelvärde 42,4 45,0 50,1 95.1 * prov från vägren

(26)

Bilaga 1 Sid 2 (5)

Tabell 1:2 Skrymdensiteten för de olika beläggningslagren enligt FAS Metod 427. Borr- punkt Prov nr Skrymdensitet i g/cm3 Prov nr Skrymdensitet i g/cm3 AG 22 lager understa AG 22 lager översta ABb16 1 1n1u 2,539 1n3ö 2,565 2 2n1u 2,497 2n3ö 2,508 3 3n1u 2,517 3n3ö 2,468 4 4n1u 2,386 4n3ö 2,458 5* 5n3 2,453 6* 6n3 2,456 7* 7n3 2,317 8 8n1u 2,414 8n3ö 2,414 9* 9n3 2,293 10 10n1u 2,468 10n3ö 2,424 11 11s1u 2,560 11s3ö 2,551 12 12s1u 2,419 12s3ö 2,406 13 13s1u 2,436 13s3ö 2,411 14 14s1u 2,438 14s3ö 2,426 15 15s1u 2,411 15s3ö 2,496 16* 16s3 2,268 17 17s1u 2,393 17s3ö 2,443 18 18s1u 2,361 18s3ö 2,340 19* 19s3 2,470 20* 20s3 2,517 Medel 2,449 2,455 2,396 Stdav 0,062 0,063 0,100

Tabell 1:3 Kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna enligt FAS Metoder 425 och 413.

Provnr Kompaktdensitet i g/cm3 Hålrumshalt i %

3n1u 2,618 3,9 AG 22 understa skiktet 17s1u 2,478 3,4 2n3ö 2,563 2,2 8n3ö 2,486 2,9 11s3ö 2,580 1,1 AG 22 översta skiktet 17s3ö 2,496 2,1 Medelvärde 2,6 9n3 2,460 6,8 ABb16 från vägren 19s3 2,535 2,6 Medelvärde 4,7 VTI notat 37-2004

(27)

Bilaga 1 Sid 3 (5)

Sektion ABb-lagret AG-lagret öv

B prover

Tabell 2:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna i mm bestämda enligt VVMB 903-1993.

AG-lagret un AG-lager total Alla lager

18/350 54.6 64.9 119.4 119.4

18/453 52.4 54.1 106.5 106.5

24/493 44.5 54.1 42.7 96.7 141.3

24/539 46.7 56.5 trasig trasig trasig

25/320 41.3 41.4 65.1 106.5 147.8 25/901 44.1 51.0 58.2 109.2 153.3 25/996 42.2 37.2 42.5 79.6 121.8 26/238 45.5 47.9 65.3 113.2 158.6 28/789 42.9 40.5 52.6 93.0 136.0 28/789 43.5 56.5 100.0 100.0 29/140 43.5 44.3 58.2 102.5 146.0 29/725 42.1 40.4 43.9 84.3 126.4 30/285 42.4 43.8 54.2 98.0 140.4 30/363 43.7 57.5 101.2 101.2 30/738 45.7 46.1 63.0 109.1 154.8 mdv 43.7 46.5 55.6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 18/ 3 50 18/ 4 53 24/ 4 93 24/ 5 39 25/ 3 20 25/ 9 01 25/ 9 96 26/ 2 38 28/ 7 89 28/ 7 89 29/ 1 40 29/ 7 25 30/ 2 85 30/ 3 63 30/ 7 38 Sektion T jo ckl ek m m

ABb-lagret AG-lagret öv AG-lagret un

Figur 2:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna bestämda enligt VVMB 903-1993.

(28)

Bilaga 1 Sid 4 (5)

Tabell 2:2 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna från översta AG-lager enligt FAS Metoder 427, 425 och 413.

AG-lager öv

Prov nr Sektion Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum

(g/cm3) (g/cm3) % 18/350 18/350 2.456 2.514 2.3 18/453 18/453 2.423 2.522 3.9 24/493 24/493 2.526 2.539 0.5 24/539 24/539 2.504 2.591 3.4 25/320 25/320 2.419 2.517 3.9 25/901 25/901 2.480 2.499 0.8 25/996 25/996 2.425 2.525 3.9 26/238 26/238 2.425 2.505 3.2 28/789A 28/789 2.412 2.479 2.7 28/789 28/789 2.455 2.481 1.0 29/140 29/140 2.427 2.461 1.4 29/725 29/725 2.446 2.494 1.9 30/285 30/285 2.429 2.468 1.6 30/363 30/363 2.392 2.509 4.7 30/738 30/738 2.360 2.557 7.7 mdv 2.9 stdav 1.9

Tabell 2:3 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna från understa AG-lager enligt FAS Metoder 427, 425 och 413.

AG-lager un

Prov nr Sektion Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum

(g/cm3) (g/cm3) % 18/350 18/350 2.375 2.541 6.5 18/453 18/453 2.352 2.567 8.4 24/493 24/493 2.555 2.594 1.5 24/539 24/539 Trasig 25/320 25/320 2.451 2.487 1.5 25/901 25/901 2.331 2.506 7.0 25/996 25/996 2.406 2.597 7.4 26/238 26/238 2.459 2.524 2.6 28/789A 28/789 2.398 2.460 2.5 28/789 28/789 2.372 2.494 4.9 29/140 29/140 2.422 2.479 2.3 29/725 29/725 2.475 2.494 0.7 30/285 30/285 2.442 2.507 2.6 30/363 30/363 2.469 2.488 0.8 30/738 30/738 2.344 2.531 7.4 mdv 4.0 stdav 2.8 VTI notat 37-2004

(29)

Bilaga 1 Sid 5 (5) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion Hå lr u m s h a lt % AG-lager öv AG-lager un

Figur 2:2 Hålrumshalt för de undersökta AG-lager bestämda enligt FAS Metoder.

(30)

(31)

Bilaga 2 Sid 1 (2)

Provningsresultat utförda av Vägverket Produktion (VVP)

Tabell 3:1 Lagertjocklekar för AG lager i mm.

Kör riktning Sektion: AG-lagret öv AG-lagret un AG-lager total 115 117 100 101 97 91 105 104 113 115 100 99 104.8 N 23/854 47 68 23/854 47 70 N 26/602 47 53 26/602 47 54 S 23/563 46 51 23/563 39 52 S 25/323 48 57 25/323 48 56 S 26/268 52 61 26/268 53 62 S 28/582 48 52 28/582 47 52 mdv 47.4 57.3

Tabell 3:2 Lagertjocklekar för ABb lager i mm.

Kör riktning Sektion: ABb lager

N 26/045 45 26/045 46 S 28/637 47 28/637 46 S 29/590 46 29/591 46 mdv 46.0

(32)

Bilaga 2 Sid 2 (2)

Tabell 3:3 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för översta AG-lager.

Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum

riktning Sektion: (g/cm3) (g/cm3) % N 23/854 2.365 2.546 7.1 23/854 2.373 2.554 7.1 N 26/602 2.399 2.51 4.4 26/602 2.413 2.517 4.1 S 23/563 2.446 2.531 3.4 23/563 2.445 2.538 3.6 S 25/323 2.385 2.505 4.8 25/323 2.409 2.517 4.3 S 26/268 2.429 2.555 5 26/268 2.414 2.531 4.8 S 28/582 2.426 2.532 4.2 28/582 2.439 2.531 3.6 mdv 4.7

Tabell 3:4 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för understa AG-lager.

Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum

riktning Sektion: (g/cm3) (g/cm3) % N 23/854 2.438 2.537 3.9 23/854 2.434 2.542 4.3 N 26/602 2.395 2.57 6.8 26/602 2.384 2.559 6.8 S 23/563 2.416 2.538 4.8 23/563 2.397 2.525 5.1 S 25/323 2.425 2.516 3.6 25/323 2.426 2.508 3.3 S 26/268 2.438 2.518 3.2 26/268 2.422 2.515 3.7 S 28/582 2.451 2.543 3.6 28/582 2.467 2.55 3.3 mdv 4.4 VTI notat 37-2004

(33)

Bilaga 3 Sid 1 (6)

Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på fälttemperatur

Skapad med PMS Objekt version 3.1 Utskriftsdatum: 2004-04-27 13:46

Projektinformation - örkelljunga 04-04-27

Skapat: 2004-04-27 10:59 Kommentarer till projektet

——————————————————————————————————————

Avsnittsinformation -8 till 17 temp

Avsnitt nr: 1

Avsnittstyp: NYBYGGNAD

Skapat datum: 2004-04-27 11:01

Vägnummer: E4 skåne fagerhult

Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1,5

Vägtyp: Normal sektion

Körfältsbredd riktning 1: 3,75 Körfält: "Riktning 1" StartpunktX: StartpunktY: StartpunktZ: SlutpunktX: SlutpunktY: SlutpunktZ: Släntriktning riktning 1: Släntriktning riktning 2: Stödremsa: 0 Skapat av: Organisation:

(34)

Bilaga 3 Sid 2 (6)

Anmärkningar

1. Beräkningen är inte utförd med vare sig aktuell trafik eller konstruktion. 2. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003

Trafikberäkning avsnitt

Beräkningsmetod: Beräkning enligt ATB VÄG

ÅDTk: 4 730

Antagen trafikförändring per år(%): 1 Andel tunga fordon(%): 29

Standardaxlar per tungt fordon: 2,7

Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173

Trafikberäkning med axelspektrum

Beräkningen är ej utförd.

Konstruktionens uppbyggnad

överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men förändrad!

Egen överbyggnadstyp: JA

Materialtyp, övre terrass: 3 - Blandkornig jord <= 30%

Tjälfarlighetsklass övre terrass: 2 - Något tjällyftande

Lager

Lageröversikt

Lager Tjocklek(mm) Förändrat Namn

1 40 JA Bitumenbundet slitlager

2 45 JA Bindlager

3 95 JA Bitumenbundet bärlager

4 80 JA Obundet bärlager

5 420 NEJ Förstärkningslager krossat

material

6 0 JA Skyddslager

7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30% ÖVRE TERRASS

Total tjocklek ovanför övre terrassyta: 680

(35)

Bilaga 3 Sid 3 (6) E-moduler [MPa] Lager -8°C -3°C 2°C 7°C 12°C 17°C 1 16281 11589 8248 5871 4179 2974 2 29626 22168 16588 12412 9287 5949 3 28452 17042 10208 6115 3663 2194 4 1000 1000 150 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450 6 1000 1000 70 85 100 100 7 1000 1000 35 100 100 100

(36)

Bilaga 3 Sid 4 (6)

Bärighetsberäkning

Töjningar i detalj(strain)

Dragtöjning i bitumenlager, ackumulerad

8°C -3°C 2°C 7°C 12°C 17°C

0,000035 0,000048 0,000098 0,000106 0,000135 0,000167

Avsnittsinformation 17 till 37 temp

Avsnitt nr: 2

Skapat datum: 2004-04-27 11:02

Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1,5

Körfältsbredd riktning 1: 3,75

Körfält: "Riktning 1"

Anmärkningar

1. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003

(37)

Bilaga 3 Sid 5 (6)

Trafikberäkning avsnitt

ÅDTk: 4 730

Antagen trafikförändring per år(%): 1 Andel tunga fordon(%): 29

Standardaxlar per tungt fordon: 2,7

Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173

Trafikberäkning med axelspektrum

Konstruktionens uppbyggnad

överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men förändrad!

Lager

Lageröversikt

1 40 JA Bitumenbundet slitlager 2 45 JA Bindlager 3 95 JA Bitumenbundet bärlager 4 80 JA Obundet bärlager 5 420 NEJ Förstärkningslager krossat material 6 0 NEJ Skyddslager

7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30%

ÖVRE TERRASS

E-moduler [MPa] Lager 17°C 22°C 27°C 32°C 37°C 37°C 1 2974 2117 1507 1073 763 763 2 6949 5200 3891 2911 2179 2179 3 2194 1314 787 472 282 282 4 450 450 450 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450

(38)

Bilaga 3 Sid 6 (6)

Bärighetsberäkning

17°C 22°C 27°C 32°C 37°C 37°C

0,000166 0,000194 0,000212 0,000217 0,000206 0,000206

(39)

Bilaga 4 Sid 1 (3)

Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på temperaturer enligt ATB VÄG

Skapad med PMS Objekt version 3.1 Utskriftsdatum: 2004-05-03 16:47

Projektinformation – Örkelljunga 04-04-27

Skapat: 2004-05-03 11:44 Kommentarer till projektet

———————————————————————————————————————

Avsnittsinformation - ATB Temp

Avsnitt nr: 7

Skapat datum: 2004-05-03 11:44

Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1.5

Körfältsbredd riktning 1: 3.75

(40)

Bilaga 4 Sid 2 (3)

Anmärkningar

1. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003

Trafikberäkning avsnitt

ÅDTk: 4 730

Antagen trafikförändring per år(%): 1

Andel tunga fordon(%): 29

Standardaxlar per tungt fordon: 2.7

Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173

Trafikberäkning med axelspektrum

Konstruktionens uppbyggnad

överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men

förändrad!

Lager

Lageröversikt

1 40 JA Bitumenbundet slitlager

2 45 JA Bindlager

3 95 JA Bitumenbundet bärlager

4 80 JA Obundet bärlager

5 420 NEJ Förstärkningslager krossat

material

6 0 JA Skyddslager

7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30%

ÖVRE TERRASS

(41)

Bilaga 4 Sid 3 (3)

E-moduler [MPa]

Lager Vinter Tjällossningsvinter Tjällossning

Senvår Sommar Höst 1 10753 8829 8082 7706 2760 7298 2 20798 17578 16302 15653 6520 14943 3 15225 11310 9899 9214 1960 8488 4 1000 150 300 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450 6 1000 1000 70 85 100 100 7 1000 1000 35 50 100 100

Bärighetsberäkning

Vinter Tjällossningsvinter Tjällossning Senvår

Sommar Höst