NME In) ID) ET AV E
Nr 121 : 1978 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) : Fack - 58101 Linköping ISSN 0347-6049 National Road & Traffic Research Institute - Fack - S-58101 Linköping - Sweden
Vattenkänsligheten hos bärlagergrus
ME
JLÅNE
Nr 121 - 1978 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) ' Fack - 58101 Linköping
ISSN 0347-6049 National Road & Traffic Research Institute - Fack - S-58101 Linköping - Sweden
Vattenkänsligheten hos bärlagergrus
FÖRORD
Denna skrift initierades av en undersökning av'vägskae dor på den västligare delen av väg 622, den s k Graddis-vägen. Skadorna berodde på vattenmättning av bärlagret varvid infiltration skett genom beläggning och vägsidor. Redogörelsen behandlar därför främst sådana problem jämte egenskaper hos bärlagergrus. Den har bekostats av Statens vägverk, TVb, inom projektet "krav på sten-material under beläggning". Aspekter i samband med ostabiliserat bärlagergrus har även tagits upp i en
annan litteraturstudie, redovisad som VTI Meddelande 96, "Några faktorer som påverkar egenskaperna hos ostabili-serade lager, särskilt grusslitlager".
Peet Höbeda
Vattenkänsligheten hos bärlagergrus av Peet Höbeda
Statens väg- och trafikinstitut (VTI) Fack
581 01 LINKÖPING
REFERAT
Vägskador i form av krackeleringar uppstår ofta p g a vattenmättning av bärlagret. Utländska laboratorieför-sök har visat att bärlagergrus kan förlora bärigheten från en vattenmättnadsgrad på ca 80 %. Försök enligt SEB-metoden visar att sådan effekt kan uppkomma, men beror på faktorer som finmaterialhalt och kornform. Inverkan av mineralogisk sammansättning har studerats, varvid finmaterialets egenskaper är av särskild be-tydelse. Bärlagergrus innehållande lerigt, plastiskt finmaterial, mestadels från sedimentära och vittrade
bergarter, har hög SEB-bärighet vid låg vattenmättnads-grad, men vattenkänsligheten är stor. Innehåller bär-lagergruset hög halt glimmer försämras packnings- och bärighetsegenskaper avsevärt, särskilt av grovbladig glimmer. Denna "glimmereffekt" ger låg SEB-bärighet, t o m vid låg vattenmättnadsgrad.
Betydelsen av vattengenomsläpplighet hos bärlager och beläggning diskuteras. Mätningar visar att bärlagergrus med "normal" finmaterialhalt har dålig
vattengenomsläpp-lighet och besitter vattenhållande förmåga. För att minska risken för bärighetsnedsättning under tjälloss-ningen krävs en reducering av finmaterialhalten. Be-läggningen måste vara litet vattengenomsläpplig för att minska risken för vatteninfiltration i bärlagret.
II
The Water Susceptibility of Base Course Aggregate with Fines
by Peet Höbeda
The National Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI)
Fack
8-581 01 LINKÖPING, Sweden
ABSTRACT
Damage in the form of "alligator" cracking often occurs on thinly surfaced roads as a result of water satura-tion of the base course. Tests in some laboratories have shown that base course gravel can loose its bearing capacity when the degree of water saturation exceeds about 80 %. Tests according to the SEB-methodX indicate that such an effect may arise but it also depends on such factors as fines content and particle shape.
The influence of the mineralogical composition has been
studied and in that respect the properties of the
fines are of particular importance. Base Course gravel containing plastic fines, mostly from sedimentary and weathered rock materials, has a high SEB-strength at a low degree of water saturation, but the water suscepti-bility is high. If the base course gravel contains a high proportion of mica (especially coarse mica), the compaction and bearing capacity properties will de-teriorate considerably. This "mica effect" produces
low SEB-values, even at a low degree of water saturation. The significance of the water permeability of base
courses and surfaces are discussed. Measurements reveal that base course gravel with a "normal" fines content has a poor water permeability and a high water re-taining capacity. In order to reduce the risk of
ob-taining a loss of bearing capacity during the frost
XSEB = Swedish Earth Bearing Method (VTI Rapport 3l) VTI MEDDELANDE 121
III
break-up period a reduction of the fines content in the base course is required. The water permeability of the surfacing has to be sufficiently low to reduce the risk of water infiltration into the base course.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
sid
SAMMANFATTNING I I
ENGLISH SUMMARY III
1. INLEDNING
2. UNDERSÖKNINGAR AV EGENSKAPER HOS BÄRLAGERGRUS 1
2.1 Egenskaper hos bärlagergrus med olika fin- lO
materialhalt och petrografisk sammansättning
2.2 Vattengenomsläppligheten hos bärlagergrus 14
och asfaltbeläggning
3. LITTERATURFÖRTECKNING 20
FIGURBILAGA
Vattenkänsligheten hos bärlagergrus av Peet Höbeda
Statens väg- och trafikinstitut (VTI) Fack
581 01 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
Vägskador som beror på vattenanrikning av det ostabili-serade bärlagret har inträffat i olika länder. Redgörel-sen behandlar främst skador som uppkommit p g a vatten-infiltration genom beläggningen eller från vägsidorna, i det senare fallet under snösmältningsperioden.
Det har visats genom olika laboratorieförsök att den "elastiska" och "plastiska" deformationen hos bärlager-grus starkt kan öka om vattenmättnadsgraden blir högre än 80 %. Försök vid VTI enligt SEB-metoden tyder på att berggrus med "normal" finmaterialhalt kan få ett "kri-tiskt" värde på Vattenmättnadsgraden. Berggrus med hög finmaterialhalt, men också naturgrus med "normal"
fin-materialhalt, kan däremot få en med stigande
vattenmätt-nadsgrad kontinuerligt avtagande bärighet utan att nå-got kritiskt "tröskelvärde" kan anges. Vid låg finmate-rialhalt erhålls ingen markant bärighetsförlust med
ökande vattenmättnadsgrad, E-modulen vid låg vattenmätt* nadsgrad ligger doCk klart lägre än hos bärlagergrus med hög finmaterialhalt.
Inverkan av den mineralogiska sammansättningen hos fina materialet är av särskild betydelse för egenskaperna hos bärlagergrus. österrikiska erfarenheter tyder på att den maximala, tolerabla finmaterialhalten i bärlagergrus be-ror på finmaterialets mineralogiska sammansättning. Den ökning av finmaterialhalten som kan uppkomma genom tra-fikens nedbrytning av svaga partiklar måste också beak-tas, men behandlas icke i denna redogörelse.
II
Bärlagergrus med plastiskt finmaterial (ofta sedimen-tärt eller vittrat bergartsmaterial) kan enligt försök vid VTI (SEB-metoden) ha hög E-modul vid låga vatten-mättnadsgrader men bärigheten kan bli mycket låg med ökande vattenmättnadsgradl. Sådant bärlagergrus har egenskaper som i viss mån påminner om de hos kohesiva jordartsmaterial. Bärlagergruset har en väldefinierad Optimal vattenkvot vid packningsförsök, något som sällan framkommer för grus utan plastiskt finmaterial.
Innehåller bärlagergruset hög halt av fria glimmerfjäll kan dess packnings- och bärighetsegenskaper avsevärt försämras, den torra skrymdensiteten blir låg, liksom E-modulvärdet såväl vid låg som hög vattenmättnadsgrad. Förutsättningen för sådana typiska "glimmeregenskaper" är dock att glimmern är grovbladig. Mineralet har enligt utländska erfarenheter äVen en benägenhet att öka jord-arters tjälfarlighet.
Vattengenomsläppligheten hos bärlagergrus är mycket låg redan vid "normal" finmaterialhalt samt beror på fakto-rer som packningsgrad och mineralogisk Sammansättning hos finmaterialet. Enligt vissa utländska förslag kan kompletterande, dränerande lager läggas antingen över eller under bärlagergruset. Begränsade försök vid VTI tyder på att bärlagergrus med permeabilitetskoefficient >l ° lO_3 cm/sek kan vara tillräckligt dränerande för att porvattentryck ochdärmed stark bärighetsförlust icke ska uppstå.
Bituminöst bundna lager måste vara vattentäta för att skydda underliggande ostabiliserat lager. Beläggningar kan dock vara mindre vattentäta under vissa förhållan-den, särskilt omedelbart efter läggningen, och en viss
"trafikknådning" vid varm väderlek krävs för att porerna i beläggningsytan skall tillslutas.
III
The Water Susceptibility of Base Course Aggregate with Fines
by Peet Höbeda
The National Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI)
Fack
8-581 01 LINKÖPING, Sweden
SUMMARY
Road damage that is due to water infiltration into the unstabilized base course has occured in different
countries. This report deals primarily with damage due to water penetration through the road surface or from the road shoulders, in the latter case mainly during the snow melting period.
It has been demonstrated by some different laboratory tests that the "elastic" and "plastic" deformation of a road base course with a fines content can greatly
increase if the degree of water saturation becomes
higher than 80 %. Tests at the National Swedish Road and Traffic Research Institute according to the SEB-method
(E-modulus method) indicate that a crushed rock base course with a "normal" fines content can obtain a critical value on the degree of water saturation. Crushed rock aggregate with a high fines content, but also natural gravel with a "normal" fines content, can, on the other hand, obtain a bearing capacity that con-tinously decreases with an increasing degree of water saturation without one's being able to indicate a critical degree of saturation. At a low fines content no marked loss of the bearing capacity is obtained with an increasing degree of water saturation. However, at a low degree of water saturation the E-modulus is clearly lower than that of a base course with a high fines
con-tent.
IV
The influence of the mineralogical composition on the properties of base course has been studied, and in that respect the nature of the fines is primarily of impor-tance. Experience gained in Austria indicates that the maximal, tolerable fines content in base course gravel depends on the mineralogical compoSition Of the fines. The increase of the fines content due to degradation of
weak particles by the traffic must be taken into
con-sideration. This subject is outside the scope of this report.
According to the SEB-method, base course with plastic fines (often sedimentary or weathered rock materials) can have a high E-modulus at low degrees of water satura-tiOn, but with an increasing degree of saturation the bearing capacity becomes Very low. Such base courses have prOperties that, to a certain degree, are remini-scent of those of cohesivesoil materials. They show a well-defined, optimal water content in compaction tests, which is seldom reached for materials without plastic fines.
If the base course fines contain a high prOportion of mica, mainly in the sand and silt sizes, their proper-tdes of compaction and of bearing capacity can consider-ably deteriorate. At a low degree of water saturation, the dry bulk density becomes low, like the value of the E-modulus. The condition of such typical "mica prOper-ties" is, however, that a high prOportion of the mica flakes are coarse. According to experience gained abroad, the mineral also has a tendency to increase the frost susceptibility of soil materials.
The water permeability of a road base course is very low at a "normal" fines content and depends on such
factors as the degree of compaction and the mineralogical composition of the fines. Abroad it has sometimes been proposed that complementary, draining layers should be
placed either above or below the base course gravel. Limited experience indicates that base course gravel with a coefficient of permeability >l - lO-3 cm/sek can have a sufficient drainability to avoid pore water
pressure and, consequently, a great loss of the bearing capacity.
Bitumen bound layers must have a low permeabilitiy to protect underlying, unstabilized layers. Roads sur-facings can, however, be porous in some instances, especially when freshly layed and a certain amount of "kneading" by the traffic in warm weather is required.
1. INLEDNING
Vägskador som förorsakats av vattenmättning av det osta-biliserade bärlagret har främst uppstått på vägar med svag överbyggnad, utan tjocka stabiliserade lager. Så-dana skador har dock observerats även på relati-t väl-dimensionerade vägar. Enligt Johnson (1974) byggs vägar-na i regel "överstarka" för att motstå korta perioder av vattenmättning varför det ibland kan vara ekonomiskt fördelaktigt att dimensionera tunnare men istället Vid-ta åtgärder som förhindrar vattenmättning av de osVid-tabi- ostabi-liserade lagren.
I bärighetssammanhang har hittills mer uppmärksamhet ägnats åt betydlesen av grundvattenytans läge (Simonsen och Hjalmarsson, 1977) än inverkan av antingen det
vatten som frigörs under tjällossningen eller också det vatten som kan tränga in i vägkroppar under nederbörds-rika perioder eller vid snösmältningen. Vägskador som berott på sviktande, vattenmättat bärlager har även konstaterats i länder utan tjälproblem.
Ostabiliserade bärlagergrus kan få vattenkänsligheten ökad genom nedbrytningen till finmaterial genom arbets-trafik och arbets-trafik efter det att vägen öppnats. Nedbryt-ningproblem har behandlats i bl a VTI Internrapport 210 och 260 samt Rapport 140 och tas icke upp till närmare diskussion i detta Meddelande.
2. UNDERSÖKNINGAR AV EGENSKAPER HOS BÄRLAGERGRUS
Vid den välkända AASHO-provvägen, byggd i slutet på 1950-talet i Illinois, USA, konstaterades det att 80 % av skadorna på de bituminöst uppbyggda provsträckorna inträffade under våren (Thomson, 1970). Figur 1 ger en sammanfattning av några viktiga resultat från provvägen och det framkommer att krackeleringar och spårbildningar VTI MEDDELANDE 121
uppkom främst under tjällossningsperioden. Vattenkvoten i det finkorniga, dåligt vattengenomsläppliga under-grundsmaterialet hade ökat mycket litet under denna tid till skillnad från vattenkvoten i förstärknings- och bärlagren. Det var främst den "elastiska" deformationen hos vägöverbyggnaden ("resilient deformation" enligt figur 1) som hade förorsakat krackeleringsskadorna.
Barenberg (1971) har undersökt berggrus från samma kalk-stenstäkt som använts till AASHO-provvägen. Försöket gjordes i laboratorium, varvid bärlagret packades ovan-på det finkorniga undergrundsmaterialet i en lådformad behållare. Pulserande plattbelastning fick simulera tra-fikpåkänning. Först belastades den torra överbyggnaden med stgvis Ökad spänning varvid deformationen icke öka-de nämnvärt (figur 2 a). Vid vattenmättning av
bärlag-ret erhölls däremot en avsevärd nedsjunkning av
belast-ningsplattan. Försöket visar vilka risker för svårartade skador som kan uppkomma på en vägkonstruktion vid en plötslig vattenmättning av bärlagret. Även en ganska liten ökning av vattenkvoten gav upphov till en stor bärighetsförlust. Figur 2 b visar den permanenta sjunk-ningen som funktion av vattenmättnadsgraden hos bärlager-grus som packats till olika packningsgrad.
Haynes och Yoder (1963) har gjort en laboratorieunder-sökning av bärlagergrusen använda i AASHO-provvägen,
dels berggruset bestående av kalksten, dels det krossade
naturgruset. Provsträckorna utförda med bärlager av berggrus visades sig bärighetsmässigt väsentligt bättre
än sträckorna med liktjocka bärlager av naturgrus.
Prov-materialte med några olika finmaterialhalter utsattes
för upprepad belastning i triaxialapparat
varvidvatten-kvoten icke kunde förändras genom dränering. Vatten-mättnadsgarden i proven varierades varvid berggruset visade sig så vattengenomsläppligt att lika höga vatten-mättnadsgrader som med naturgruset icke kunde uppstå. Vid motsvarande vattenmättnadsgrad hade berggruset
genomgående större elastisk och total deformation än
naturgruset (figur 3). Det senare försämrades dock
mycket starkt om vattenmättnadsgraden ökades till mer än 80 %, d V 5 värden som vid försöket icke uppnåddes med berggruset. Mätningar av vattengenomsläppligheten hos materialen (jfr mom 3) visade att naturgruset hade låga permeabilitetskoefficienter, beroende av packnings-grad, berggruset fick däremot låga värden först efter god packning (figur 4). Den vid byggandet av
AASHO-prov-vägen dåliga packningen av bärlagren har även
kritise-rats av National Crushed Stone Association (1965), som också anmärkt på den höga finmaterialhalten
(ca 10 vitk % <0,074 mm) i berggruset.
Barenberg (1971) har som tidigare nämnts gjort plattbe-lastningsförsök med berggruset från AASHO-provvägen varvid högre vattenmättnadsgarder än vid triaxialprov-ningen verkar ha erhållits (jfr figur 2 b). Den perma-nenta deformationern ökade starkt även vid dessa försök om vattenmättnadsgarden översteg ca 80 %. Haynes och Yoder anser på grundval av sina försök att skillanden i bärlagergrusens vattengenomsläpplighet mer än någon annan faktor vid provvägsförsöket påverkat provsträckor-nas motståndskraft. Det är således lätt att dra miss-visande slutsatser från laboratorieförsök såvida icke alla faktorer noga beaktas. Hade bärlagergrusen under-sökts enbart vid optimala vattenkvoter skulle berggruset ha erhållit sämre deformationsegenskaper än naturgruset till skillnad från vad som erhålls under
vägförhållan-dena.
Opublicerade försök av Höbeda och Bünsow (1973) har vi-sat att bärlagergrus under vissa förhållanden uppvisar en "kritisk" vattenmättnadsgrad. E-modulen hos berggrus
(material >16,0 mm borttaget) med olika finmaterialhalt undersöktes enligt SEB-metoden, som beskrivits av Eng-man (1971). Prov instampades i cylindrar vid olika vattenkvoter med ett packningsarbete nära motsvarande
AASHTO T 180 (tung laboratorieinstampning). Figur 5 visar att den torra skrymdensiteten ökade med finma-terialhalten och vattenkvoten. Provytan belastades se-dan till 0,5 MPa (5 kp/cm2) med en stämpel av 5,0 cm diameter utan att någon överlast anbringades runt stämpeln för att efterlikna tyngden av lager ovanför bärlagret. Berggrus av god petrografisk sammansättning och med "normala" finmaterialhalter (5,3 resp
6,6 vikt % <0,074 mm) försämrades starkt först vid vattenmättnadsgrader överstigande ca 80 % (figur 6). Någon sådan effekt erhölls icke med berggrus innehål-lande 3,3 vikt % finmaterial och tydligen var detta tillräckligt vattengenomsläppligt (jfr mom 3). Berggrus med 11,8 vikt % finmaterial fick däremot en
kontinuer-lig bärighetsförlust med ökande vattenmättnadsgrad utan att något "kritiskt" värde framkom. Detta prov, som hade den högsta torra skrymdensiteten, erhöll således det sämsta bärighetsförloppet.
Vid försök med rundat naturgrus innehållande tämligen ringa halt finmaterial erhölls ett med det finmaterial-rika berggruset likartat samband mellan E-modul och vattenmättnadsgrad, utan att något "kritiskt" värde för det senare framkom (figur 7). Orsaken kan vara att naturgruset hade<sämre inre friktion än berggruset p g a de rundade partiklarna varjmäte det aktuella
naturgruset även hade ett visst sandöverskott. Den höga inre friktionen hos berggruset kunde sannolikt motverka bärighetsförlusten vid icke alltför hög finmaterialhalt och vattenmättnadsgrad. Positivt porvattentryck utveck-lades däremot lättare i finmaterialrikt berggrus. Per-meabilitetskoefficienterna var vid samma packning och jämförbara finmaterialhalter av samma storleksordning hos berggruset och naturgruset (jfr mom 3).
Readshaw (1967) har undersökt omfattande krackelerings-skador, uppkomna på en väg i British Columbia, Kanada, under tjällossningen. Skadorna uppstod i större
ning först efter 5 års trafik. Vägen var uppbyggd med 50 cm okrossat naturgrus som förstärkningslager, 25 cm krossat grus som bärlager och 14 cm asfaltbeläggning. Eventuellt kan den tämligen tjocka beläggningen ha för-dröjt skadorna. Den låga vattengenomsläppligheten hos bärlagergruset, som hade finmaterialhalter (<0,074 mm) varierande från 8 till 15 viktprocent, ansågs vara
huvudorsaken till krackeleringsskadorna. Permeabilitets-koefficienten varierade enligt laboratoriemätningar
mellan 1 - 10-4 och l - 10-6 cm/sek. Finmaterialhalten
var ej högre i skadade än oskadade vägpartier, däremot tenderade bärlagret att ha högre torr skrymdensitet i de förstnämnda. Det låga hålrummet i bärlagergruset an-sågs ha resulterat i porvattentryck under trafikbelast-ningen.
Frysförsök visade vidare att bärlagergruset i detta fall var tjällyftande i kontakt med ett vattenmagasin och att det efter nedfrysning blev vattenmättat vid upptining. Vid triaxialförsök, gjorda vid icke dränera-de förhållandränera-den, erhölls ett positivt porvattentryck i materialet varvid effektivtrycket gick förlorat. Om vattenkvoten i bärlagret ökades med endast 0,5 % erhölls en stor bärighetsförlust.
Readshaw ansåg att vägskadorna uppkommit genom vatten som vintertid anrikats i bärlagergruset vid upprepade frysningscykler. Han förmodade också att bärlagergruset nedbrutits genom trafiken varvid finmaterialhalten ökat, men har ej kunnat verifiera detta med siktningskurvor på uttagna prov. Det ursprungliga materialets kornför-delning var nämligen icke känd.
Försök gjordesäVen att undersöka vägens bärighet under
tjällossningen genom mätningar med Benkelmanbalk. Ex-tremt dåliga värden kunde dock icke konstateras, sanno-likt var vägen i ett starkt försämrat tillstånd endast en mycket kort tid.
Phang och Chong (1974) har gjort en inventering av väg-skador uppkomna på vägar försedda med tunna asfaltbe-läggningar, i Ontario, Kanada. Svårartade krackeleringar hade uppkommit när bärlagret vattenmättades under tjäl-lossningen. Huvudorsaken till skadorna ansågs vara det smältvatten som dämts upp mot de på vägrenarna och till vägdikena plogade snövallarna. Krackeleringsskador före-kom därför särskilt rikligt i det yttre hjulSpåret.
Några uppgifter om efenskaperna hos bärlagergrusen ges
icke.
Wallace (1974) har undersökt krackeleringsskador i Australien, uppkomna under nederbördsrika perioder ge-nom vattenmättning av bärlagret från vägrenarna. Vatt-net kunde stå under hydrostatiskt tryck om det bildade pölar på vägrenen eller på beläggningen. Trafikbelast-ningen ansågs kunna bidraga till att vattenmätta bär-lagret, särskilt ute vid beläggningskanter där vattnet lättast kunde tränga in.
Brandl (1970) har gjort tjällyftningsförsök med bärla-gergrus och erhållit dels större tjällyftning, dels större bärighetsnedsättning vid upptining om vattnet fått infiltrera materialet ovanifrån istället för genom kapillär uppsugning. Brandl varnar därför särskilt för det vatten som tränger ned genom de bituminösa lagren eller också infiltrerar vägkroppen från sidan. Brandl jämför de svenska och österrikiska bärlagerföreskrifter-na samt påpekar att de petrografiskt sett goda svenska stenmaterialen möjliggör högre finmaterialhalter än vad som kan accepteras vid de sämre österrikiska material-kvaliteterna. Casagrandes tjälfarlighetskriterium an-vänds i Österrike för bedömning av bärlagergrus varvid maximalt 3 % finmaterial <0,02 mm tillåts i väggradera-de jordarter för klassificering som tjälfarliga. Svenska BYA tillåter högst 10 vikt-% finmaterial <0,074 mm i bärlagergrus, och överförs detta värde till material
<0,02 mm erhålls ungefärligen en maximal halt av VT I MEDDELANDE l 2 l
6 Vikt-%. Brandl (1977) har senare föreslagit en modi-fiering av det i Österrike använda tjälkriteriet varvid högre finmaterialhalter tillåts i bärlagergruset om mineralsammansättningen hos finmaterialet är gynnsam
(jfr mom 2). Observeras bör dock att som regel används ganska tjocka bituminösa lager på det ostabiliserade bärlagergruset i österrike.
Mc Gullough m.fl (1966) nämner att den växlande grade-ringen hos bärlagergrus förorsakat lokala skador på sekundära vägar i NOrdcarolina. Finmaterialrika partier uppstår vid utläggningen av bärlagergruset genom separa-tion. Vid snöröjningsarbeten hade dessutom vägdikena fyllts med.snö, vilket resulterat i en icke fungerande ytdränering under tjällossningen. Snövallar hade även ibland plogats upp på vägrenarna. Smältvatten kunde därför tränga in i vägkrOppen under tjällossningen. Vid grusvägar kunde även det av trafiken till vägkan-ten kastade lösa materialet bilda smärre vallar mot Vilka vatten utppdämdes. Olika typer av stabilisering studerades med hjälp av provsträckor varvid bitumen-stabiliserat grus bedömdes ha gett bättre resultat än cemnt-, kalk- och puzzolanstabiliseringar. I det senare fallet användes en blandning av flygaska och kalk som stabiliseringsmedel.
Cedergren och Godfrey (1971) har undersökt Vägskador i nederbördsrika delar av Kalifornien och funnit att de vanligen vidtagna dräneringsåtgärderna varit otill-räckliga. Bärlagergrus med "normala" 5-10 vikt-% fin-material ansågs vara mycket litet vattengenomsläppliga
- bärlagren hade stundom vattenmättats p g a infiltra-tion genom asfaltbeläggningen, som ibland kunde vara mer vattengenomsläpplig än de underliggande ostabilise-rade lagren. Ett dräneringslager, bestående av makadam med ensartad partikelstorlek, rekommenderas därför un-der bärlagret för att motverka försvagningen genom vattenmättning. Ett filterlager som motverkar
ningenen av finmaterial från undre lager i dränerings-materialet skall också användas. Dräneringslagret kan
lämpligen stabiliseras med en ringa halt asfalt för ökad bärighet. Dessa ganska dyra och svårbyggda över-byggnadskonstruktioner verkar ha kommit till viss an-vändning i Kalifornien.
Johnson (1975) har behandlat tjällossningsproblemet i de nordligare delarna av USA och framhäver att bärlagere grus med "normala" finmaterialhalter kan vara vatten-känsliga och t o m tjällyftande. För att tillräcklig dränering ska kunna vara möjlig under tjällossningen borde bärlagret icke innehålla mer än 1-2 vikt-% fin-material <0,074 mm. Sådant fin-material förorsakar dock vissa utläggningsproblem då det är separationsbenäget. Det dräneringslager som Cedergren och Godfrey rekommen-derat att placeras under bärlagret i Kalifornien borde i de nordligare delstaterna enligt Johnson läggas ovan-på bärlagret eftersom det är tjälat i början av tjäl-lossningsperioden. Johnson nämner också möjligheten att utföra membranisolering (inkapsling av bärlagret), en ännu oprövad åtgärd. Efter förseglingen med bitumen eller plastduk kan dess vattenkvot icke förändras med årstiden.
Enligt Barker och Steffens (1958) kan positivt porvat-tentryck uppkomma genom temperaturhöjning i ett nära vattenmättat bärlagergrus, då luften och vattnet expan-derar i proerna. Vatten kan t o m tränga upp genom as-faltbeläggningen under varam vårdagar och porvatten-trycket försvagar vägkonstruktionens bärighet genom att beläggningen t o m mer eller mindre kan sägas "flyta" ovanpå bärlagret.
Mc Donald (1949) har påpekat att vissa icke plastiska
bärlagergrus kan ha vattenhållande förmåga beroendepå
finkapillära porer varvid vattenmättning kan resultera i positivt porvattentryck. Prov av bärlagergrus, som VTI MEDDELANDE.121
uppvisat god resp dålig lämplighet i vägen, insamlades för laboratorieförsök. Egenskaper som kapillaritet, per-meabilitet, Atterbergs gränser m m bestämdes men stod icke i relation till lämpligheten som sannolikt bestäm-des av en kombination olika egnskaper. Ett Specialför-sök utvecklades därför varvid bärlagergrusets egenskaper vid Proctorpackning (AASHO T-99) studerades. Provcylin-dern hade till skillnad från standardförsöket dock per-forerad botten för att möjliggöra dränering. Vissa ma-terial sviktade under packningen varvid fallvikten ten-derade att tränga in en bit i provet. Bärlagergrusen klassificerades dels genom okulär granskning, dels ge-nom ett bärighetsförsök varvid inträngningen av en be-lastad stämpel uppmättes, både vid vattenmättnad och efter 30 minuters dränering. En god överensstämmelse erhölls mellan resultaten från laboratorieförsöket och bärlagergrusens lämplighet i vägen. De dåliga materia-len innehöll dock med något undantag mer än 10 vikt-% finmaterial <0,074 mm. Eörsöksmetoden, som utvecklats i Arizona, verkar icke ha kommit till användning i andra delstater i USA.
Haas (1968) har visat att tjälande bärlagergrus kan suga upp vatten kapillärt genom det undertryck som utvecklas vid tjälfronten. Triaxialförsök gjordes vid upprepad
be-lastning med bärlagergrus innehållande olika halt fin-material varvid proven utsattes för cykler av frysning och upptining före försöket. Icke nedfrysta referensprov, som innehöll 8 vikt-% finmaerial (<0,074 mm), undersök-tes parallellt. Resultatet för detta prov kunde påverkas starkt genom en liten ändring av vattenkvoten. Ett prov med vattenkvoten 5,50 %_deformerades sålunda tämligen
litet under cyklisk belastning, medan ett med vatten-kvoten 5,98 % plötsligt kollapsade efter ca 3000 last-växlingar (figur 8, test 25-3 B).De frysta och upptina-de proven upptina-deforeraupptina-des starkt vid upptina-den första belastningen i triaxialapparaten, provet efterpackades dock samtidigt och deformationen per belastning blev därför betydligt VT I IJ'IEDDELANDE l 2 l
lO
mindre vid de följande belastningarna. Provet med ca 7,24 vikt-% finmaterial visade dock påtagliga utmatt-ningstendenser efter 100 lastväxlingar, medan provet med ca 5,50 vikt-% finmaterial var beständigt (figur 8, test 25-1 B resp test 25-4 B).
Brandl (1977) har efter CBR-mätningar på bärlagergrus, som dessförinnan utsatts för cykler av frysning och upp-tining, framhävt betydelsen av finmaerialets mineralo-giska sammansättning. Resultaten beskrivs närmare 1 mom 2.2. Enligt schweizisk norm för naturgrus till
"Frostschutzschicht" (SNV 670120) skall även sådana
kombinaerade frys- och bärighetsförsök göras
vidmate-rialbedömningar.
Flera forskare har påvsat att porvolymen i ett bärlager-grus ökar vid frysning genom kapillär vattentransport och isbildning samt att det vid upptiningen friögrs vatten, vilket resulterar i höga vattenmättnadsgrader.
Värden på 100 % är möjliga under tjällossningen.
Posi-tivt porvattentryck kan därvid uppstå genom trafikens efterpackning (Readshaw 1968, Haas 1968, Johnson 1974). Enligt Barber och Sawyer (1952) kan ett välpackat vat-tenmättat bärlagergrus expandera utanför belastnings-stället, varvid dess hålrum ökar och porvattentrycket kan försvinna. Vid dålig packning erhålls däremot en-bart en sammantryckning av bärlagergruset med åtföljan-de minskning av porvolymen och ökning av vattenmättnads-graden. Kombinationen av god packning och vattenmätt-ning kan dock enligt Readshaws (1967) tidigare nämnda undersökning vara en farlig kombination under vissa förhållanden.
2.1 Egenskaper hos bärlagergrus med olika
fin-materialhalt'och'petrografisk'sammansättning Bärlagergrus får enligt laboratoireförsök olika grade-VTI MEDDELANDE 121
ll
ring beroende på om maximal bärighet eller god vatten-genomsläpplighet anses vara den viktigaste egenskapen. Maximal bärighet erhålls ofta vid en relativt hög fin-materialhalt, enligt triaxialförsöken i figur 9 t ex vid ca 8 vikt-% <0,074 mm. Ganska höga finmaterialhale ter i bärlagergrus kan också tolereras i länder utan tjälproblem. Föreligger risk för bärighetsnedsättning under tjällossningen får dock vattengenomsläppligheten snarare än den maximala bärigheten vara avgörande. Drä-neringsåtgärder, som fungerar även under tjällossningen,
är även särskilt svåra (Johnson, 1974).
Höbeda och Bünsow (opubl försök 1973) har undersökt vattenkänsligheten hos berggrus av god petrografisk sammansättning (huvudsakligen gnejs och med olika fin-materialinnehåll (figur 6)) enligt SEB-metoden. Vid
"normala" finmaterialhalter erhölls bärighetsförlust först efter det att en "kritisk" vattenmättnadsgrad
(ca 80 %) överskrididts (jfr mom 2.1). Vid berggrus medhög finmaterialhalt, men också vid naturgrus med ringa finmaterialhalt konstaterades en kontinuerlig bärighetsförlust med stigande vattenmättnadsgard (fi-gur 7). Odemark (1955) har tidigare använt sig av samma utrustning, även om det icke är känt om försöksförhål-landena (packningsgrad m m) varit helt jämförbara. Det framkom att E-modulvärdet vid låg vattenkvot kunde vara tämligen högt för grusmaterial innehålalnde rikligt med finmaterial men sjönk med ökande vattenkvot till låga värden (figur lO). Grus innehållande låg halt finmatee rial fick ett förhållandevis lågt E-modulvärde vid låg vattenkvot men var samtidigt icke så vattenkänsligt vid ökning av vattenkvoten. Den permanenta deformationen vid höga fuktkvoter var helt obetydlig till skillnad mot vad som erhölls för finmaterialrikt grus (figur lO). Höbeda och Bünsow (opubl försök 1973) har även under-sökt egnskaperna hos bärlagergrus av varierande petro-grafisk sammansättning, varvid finmaerialets egenskaper
12
är av störst betydelse. Figur 11 visar resultat med några bärlagergrus innehållande plastiskt finmaterial. Bergartsmaterialet utgjordes av sedimentära bergarter
(lerig kalksten och lerskifferrikt naturgrus) eller vittrat "urberg". Dessa bärlagergrus karakteriseras av en väldefinierad Optimal vattenkvot vid packning (nära motsvarande AASHO T 180). Enligt figuren erhölls höga E-modulvärden vid låga vattenmättnadsgrader men bärig-heten sjönk med ökande vattenmättnadsgrad till mycket låga värden, betydligt lägre än hos berggrus av god petrografisk beskaffenhet. Om det funnes möjlighet att bibehålla en låg vattenkvot (vattenmättnadsgard <6O %) i vägen torde även bärlagergrus innehållande plastiskt finmaterial kunna ge godtagbara resultat. Vattenmätt-nadsgraden 60 % motsvarar ungefärligen optimal vatten-kvot för packning. Nedbrytningen till högre finmaterial-halt genom trafik har icke beaktats vid ovannämnda för-sök men utgör en viktig, komplicerande faktor. Det ler-skifferrika bärlagergruset har i annat sammanhang under-sökts med avseende på nedbrytning på provbana (VTI In-ternrapport 260). Det justerades, vältades och utsattes för lastbilstrafik varvid det blev finmaterialrikt och sviktande under trafiken. Nedbrytningen resulterar i ökning av skrymdensitet varvid vattenmättnadsgraden vid en viss vattenkvot kommer att öka.
Houlubec och de Lory har undersökt triaxialstabiliteten hos bärlagergrus, huvudsakligen bestående av kalksten och lerskiffer. Provet hade dessförinnan utsatts dels för simulerad trafikpåkänning (instampning i Proctor-apparat vid högt slagantal), dels för cykler av frys-ning och upptifrys-ning. Lika goda resultat erhölls i labora-toriet med detta grus som med ett jämförelsematerial av bättre petrografisk kvalitet. Triaxialförsöket gjor-des dock vid optimal vattenkvot och provet kunde dräne-ras vid belastning. Vattenmättnadsgraden hade sannolikt varit låg i provet, vilket medförde att skiffergrusets dåliga bärighetsegenskaper icke blev avslöjade (jfr
13
försök av Haynes och Yoder 1963, figur 3).
Inverkan av glimmer på egenskaperna hos berggrus har även undersökts av Höbeda och Bünsow (1974). Kommer-siell ljus glimmer inblandades i granitiskt berggrus vars finmaterialhalt kom att ligga vid 7-8 vikt-%. Glimmertillsatsen försämrade påtagligt packningsegen-skaperna hos berggruset, något som beror på mineralets fjälliga kornform, fjädrande förmåga och vattenbindande egenskaper (jfr figur 12). Berggrus med högt glimmer-innehåll uppvisade låga E-moduler, t o m vid låga vat-tenmättnadsgrader, (figur 13). Det verkar som en
"glimmereffekt" överlagrar vattenmättnadsgardens inver-kan, särskilt för verggrus innehållande lO vikt-% glim-mer (räknat på stenmjölet 0-4 mm). Mätningar av provens vattengenomsläpplighet redovisas i mom 3. En
komplette-randeundersökning har ä ven gjorts med en
glimmerskiffer-bergart som krossats i laboraotiret till 6,7 % finmate-rialhalt..Finmaterialet var anrikat på glimmermineral. Tndens till låga E-modulvärden även vid låg vattenmätt-nadsgrad erhölls även med detta material (figur l4). Försök har dessutom gjorts att efterlikna trafiknedbryt-ningen i ett bärlager genom att det "konstgjorda", glim-merrika berggruset nötts i Los Angelestrumma utan
stål-kulor. Finmaterialhalten kom därigenom att öka från de ursprungliga 6-7 och 10-12 vikt-%. Mätningar av E-modul har utförts och den speciella "glimmereffekten" har för-svunnit eller starkt minskat i betydelse för prov inne-hållande 2,5 resp 5,0 vikt-% glimmer (figur 15). Vatten-känsligheten var hög hos de "trafiknedbrutna" materia-len och det framkom att materiamateria-len blivit mindre vatten-genomsläppliga (jfr mom 3). Tydligen har glimmerfjällen mer eller mindre nedbrutits till finamre glimmerkorn med anan kornform som icke längre har samma överbryggan-de och hålrumsskapanöverbryggan-de verkan. överbryggan-det verkar såleöverbryggan-des vara främst de större glimmerfjällen som gett de icke "tra-fikpåverkade" berggrusen speciella egenskaper.
14
torieförsöken har sannolikt också gett något överdrivna effekter p g a den inblandade grovbladiga glimmern. Rengmark (1947) har hänfört bärighetsproblemen under tjällossningen hos en grusväg i Gävletrakten till den höga glimmerhalten i finmaterialet. Selmer-Olsen (1971) har visat att en glimmerinblandning kan öka finkorniga
jordarters kapillaritet och vattenhållande förmåga.
Tate och Larew (1963) har beskrivit finkorniga, glimmer-rika undergrundsmaterial med fjädrande egenskaper som förorsakat krackelerinsskador på vägar i Sydcarolina. En mycket liten ökning av vattenkvoten i jordarten kun-de ge en stark bärighetsnedsättning vid laboratorieför-söken. Tubey (1963) rekommenderar cementstabilisering
av glimmerrika jordarter (sand och grus) för att
mot-verka minderalets negativa egenskaper.
Brandl (1977) påpekar att finmaterialets mineralogiska sammansättning särskilt måste beaktas vid bedömning av kvaliteten hos bärlagergrus. Finmaterialhalten ska vara låg (högst 3 vikt-% <0,02 mm) om vissa "aktiva" lermi-neral förekommer i hög halt. Överväger "icke-aktiva" mineral, såsom fältspat, kvarts och kalcit, kan upp
till 8 vikt-% finmaterial (<0,02 mm) tolereras.
Glim-mern intar en mellanställning i fårga om skadlighet och förhöjer speciellt jordarters tjälfarlighet. Därför bör tjällyftningsförsök göras med bärlagergrus som innehål-ler mer än 40 % glimmer i finmaterialet och även bärig-hetsnedsättningen efter upptining provas.
2.2 Vattengenomsläppligheten hos bärlagergrus och
asfaltbeläggning
Barber och Sawyer (1952) har bestämt permeabilitetsko-efficienter hos bärlagergrus innehållande varierande halt finmaterial av olika sammansättning (figur 16).
Finmaterial bestående av lera av odefinierad
15
ning (figur 16). Finmaterial bestående av lera av ode-finierad sammansättning nedsatte vattengenomsläpplighe-ten betydligt mer än malen kvarts eller kalksvattengenomsläpplighe-ten, be-roende på lerans större svällning. Permeabilitetskoeffi-cienten minskade snabbt med ökande finmaterialhalt och var mycket låg redan vid 10 vikt-% <0,074 mm. Vid
_15 vikt-% finmaterial hos bärlagermaterialet var
vat-tengenomsläppligheten ungefär lika låg som hosdet rena, oblandade finmaterialet. Ett bärlagergrus innehållande mer än 5 vikt-% finmaterial kan enligt författarna icke längre fungera som ett dränerande lager i vägen.
Haynes och Yoder (1963) har studerat inverkan av par-tikelform och packningsgrad på vattengenomsläppligheten hos bärlagergrus (figur 4). Ett naturgrus, som bestod av rundade partiklar, erhöll en relativt lågpermeabili-tetskoefficient även efter dålig packning, ett berggrus fick däremot låg vattengenomsläpplighet först efter god packning._
Strohm m fl (1967) har undersökt vattengenomsläpplighe-ten hos bärlagergrus, dels utan finmaterial, dels med 5 resp 10 vikt-% passerande 0,074 mm maskvidd. Perme-abilitetskoefficienten var starkt avhängig av packnings-graden (figur 17). Den övre partikelstorleken vid kon-stant finmaterialhalt varierades även för ett prov,' varvid permeabiliteteskoefficienten ökade med Större partikelstorlek. Vattenmättnadsgraden i proven mättes efter 24 timmars dränering och var starkt beroende av graderingen och den torra skrymdensiteten. Den av vissa forskare påvisade "kritiska" vattenmättnadsgraden av
80 % överskreds vid god packning för bärlagergrus
inne-hållande både 5 och 10 vikt-% finmaterial. Det påpeka-des att effektinorositeten (kvoten mellan den porvolym som dränerats efter 24 timmar genom tyngdkraften och den totala porvolymen) kunde vara nära 0 vid bärlager-grus innehållande så 1itet som 5 vikt-% finmaterial.
Även normala material är därför mycket litet
dräne-rande.
16
York (1970) har visat att permeabilitetskoefficienten hos ett.bärlagergrus kan avta med tiden, troligen
be-roende på en fortående svällning av lerbeståndsdelarna.
Liksom vid sistnämnda försök erhölls högre permeabili-tetskoefficient om den övre partikelstorleken i provet ökades.
Den separation som uppkommer vid utläggningen av ett bärlagergrus kan ge variationer av permeabilitetskoeffi-cienten med mer än en tiopotens (Wallace, 1974). De
grövsta partiklarna måste som regel bortsiktas från bär-lagergruset vid laboratorieförsöken, varvid vattengenom-* släppligheten hos provet försämras. Provningsresultaten får därför anses främst representera de finare partier-na i ett på vägen separerat bärlagergrus.
Moyanahan och Sternberg (1974) har undersökt både den vertikala och horisontella permeabiliteten hos ett bär-lagergrus av icke angiven petrografisk sammansättning. Den senare antogs teoretiskt kunna vara högre på grund av den vid packning ofta uppkomna skiktningen och par-tikelorienteringen. Endast små skillnader kunde dock konstateras vid mätningarna. Mycket låga värden erhölls och även bärlagergrus utan finmaterial hade en permeabi-litetskoefficient av 4,5 - 10-_4 cm/sek. Finmaterial bil-das dock genom nedbrytningen vid packning och det måste därför vara svårt att undersöka ett prov helt utan
fin-material. Bärlagergrus innehållande4 resp 10
viktpro-cent finmaterial <0,074 mm erhöll permeabilitetskoeffi-cienter 4,27 - 10-5 resp 6,80 - 10-6 cm/sek. Den låga vattengenomsläppligheten hos bärlagergrus verkar således i hög grad bero på den ojämnkorniga graderingen och ett väl dränerande material bör därför ha en så ensartad partikelstorlek som möjligt (lågt graderingstal).
Höbeda och Bünsow (opubl försök 1973) har undersökt in-verkan av finmaterialhalt och packningskvot på permabi-litetskoefficienten hos berggrus, som dessutom provats VT I MEDDELANDE l 2 l
17
med avseende pm E-modulvärde (jfr mom 1 och 2). Den torra skrymdensiteten ökade med vattenkvoten vid pack-ning, nära motsvarande AASHTO T 180, utan att något
optimum framkom (figur 5). Sambanden mellan
permeabili-tetskoefficient och portal vid olika finmaterialhalter redovisas i figur 18 a. Detta material hade enligt
fi-_3 cm/ gur 18 a en permeabilitetskoefficient av ca 1 - 10
/sek vid portalet 0,30, något som kan ge en viss upplys-ning om värdet hos ett tillräckligt vattengenomsläppligt berggrus. Permeabilitetskoefficienten ökade med stigande portal. Ingen nämnvärd bärighetsförlust med ökande vat-tenkvot erhölls vid mätning av E-modulen hos berggrus innehållande ca 3 vikt-% finmaterial (figur 6).
Mätningar har dessutom gjorts på berggrus som blandats med kommersiell glimmer ochäven på det material som
först utsatts för simulerad trafikpåkänning (mom 2). I det sista fallet har glimmerfjällen finfördelats genom .nötningenr vilket gjort materialet tätare. Figur 19
vi-sar sambandet mellan permeabilitetskoefficient,tinstamp-ningsvattenkvot och portal. Vid samma portal har det
"trafiknötta" materialet en markant lägre vattengenom-släpplighet än obehandlat, glimmerrikt berggrus.
En faktor av mycket stor betydelse för vägkonstruktio-ners hållbarhet är asfaltbeläggningens
vattengenomsläpp-lighet. Beläggningen ska vara så tät sommöjligt för
att skydda de underliggande ostabiliserade lagren.
Doyen (1964) har givit resultat från mätningar på olika oskadade beläggningsytor och den erhållna stora varia-tionen i vattengenomsläpplighet hos samma beläggnings-typ kan bero på materialseparation vid läggningen. Per-meabilitetskoefficienten var i vissa fall t o m högre än vid tidigare redovisade mätningar på bärlagergrus. En stor del av nederbörden kan i sådana fall passera rakt genom beläggningen. Enligt Tägt och Lindh (1971) kan en asfaltbeläggning anses tillräckligt vattentät om
dess hålvolym understiger5 %, vid högre värden finns
18
risk för alltför stor vattengenomsläpplighet. Sambandet mellan hålrumshalt och permeabilitetskoefficient är dock dåligt (Doyen, 1964). Permeabilitetskoefficienten är avsevärt högre hos en nylagd än en under låg tid trafikerad, oskadad beläggning. I det senare fallet har ytan "knådats" av trafiken under varam sommardagar var-vid porerna i beläggningsytan tillslutits. Barber och Sawyer (1952) redovisar således permeabilitetskoeffi-cienter varierande från 3 - 10_4 till 6 - 10_5 cm/sek för laboratorietillverkade provkroppar av asfaltbetong medan prov från vägen kunde ha värdet 7 ' 10_9 cm/sek.'
Zube (1962) påpekar också att en nylagd asfaltbelägg-ning måste utsättas för tillräcklig trafik före en ne-derbördsrik period då enbart vältning icke alltid till-sluter porerna i beläggningsytan tillräckligt. Belägg-ningar som lagts på senhösten har ofta fått en otill-räcklig packning och kan bibehålla hög permeabilitet över vintersäsongen varigenom de underliggande lagren kan vattenmättas nästa vår.
Ridgeway (1976) har mätt permeabiliteen hos flera år gamla beläggningar, bestående dels av cementbetong, dels av tät asfaltbetong, samt funnit att dessa är mycket litet vattengenomsläppliga men att fogar och sprickor utgör defekter. Nederbördens varaktighet anses vara en viktigare faktor än dess mängd med avseende på risken för skadlig infiltration. Vid intensiva, korta skurar rinner mestadelen av nederbörden av vägbanan till
dike-na.
Hutchinson m fl (1968) har visat att den "dynamiska" permeabiliteten hos asfaltbeläggningar icke behöver överensstämma med den vanligen bestämda "statiska". Vid fordonsöverfarter uppkommer ett snabbt hydrodynamiskt tryckförlopp mellan den våta vägytan och bildäcket, vilket kan pressa vatten in i beläggningen. Författarna diskuterar dock enbart vattenplaningsproblem i samband
härmed.
19
Nämnas bör att icke vattengenomsläppliga beläggningar Visserligen minskar risken för vatteninfiltration ovan men ökar samtidigt risken för vattenanrikning genom kondensation på beläggningens undersida (från vatten-ånga som stiger upp genom överbyggnaden då dess yta har lägre temperatur än underliggande lager (Low och Lovell, 1959)). Denna effekt, som är litet undersökt, torde
dock vara av mindre betydelse vid svenska förhållanden.
20
3. LITTERATURFÖRTECKNING
Barber, E.S., Sawyer, C.L. Highway Subdrainage. Highway Research Board, Proceedings, 1952.
Barber, E.S., Steffens, G.P. Pore Pressure in Base Courses. Highway Research Board, Proc., 1968.
Barenberg, E.J. Behaviour and Performance of Aggregate - Soil Systems under Repeated Loads. Univ. Illinois, Civ. Engr. Series No. 42, 1971.
Brandl, H. Ungebundene Tragschichten im Strassenbau. Bundesministerium für Bauten und Technik. Strassen-forschung, Heft 67, 19770
Cedergren, H.R., Godfrey, K.A. Water: Key Cause to
Pavement Failure? Civil Engineering - ASCE, Sept., 1974. Doyne, A. Die Entwässerung von der Strassen in Belgien. Entwässerungsprobleme an Strassen. Mitteilungen des
Lehrstuhls Strassenwesen, Erd- und Tunnelbau,
Rheinisch-westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Heft 3, 1964.
Engman, S. Bestämning i E-modulapparat av jordmaterials bärighetsegenskaper enligt SEB-metoden. Statens väg-och trafikinstitut, Internrapport nr 32, 1971.
Haas. A Study of the Mechanism whereby the Strength of Bases and Subbases is Affected by Frost and Moisture. Project 4-5, National Cooperative Highway Research Program, Summary of Progress, 1968.
Haynes, J.H., Yoder, E.J. EffeCts of Repeated Loading on Gravel and Crushed Stone Base Materials Used in the AASHO Road Test, Highway Research Record 39, 1963. Houlubec, J., De Lory, F.A. A Study of Shaly Gravel. University of Toronto, Department of Civil Engineering
(opubl, odaterad rapport).
Hutchinson, J.W., Kao, T.Y., Pendley, L.C. Pavement Dynamic Permeability Testing. ASTM Spec. Technical Publication 456, 1968.
Höbeda, P., Bünsow, L. Inverkan av glimmer på packnings-och bärighetsegenskaper hos berggrus. Statens väg- packnings-och trafikinstitut, Rapport 55, 1974.
Höbeda, P., Bünsow, L. Nedbrytningsbenägenhet hos bär-lagergrus, Statens väg- och trafikinstitut. Rapport 140, 1977.
21
Höbeda, P. Fuktighetens inverkan på stenmaterials håll-fasthets- och nötningsegenskaper. Statens väg- och tra-fikinstitut, Rapport 42, 1974.
Höbeda, P. Nedbrytningen av bärlagergrus genom byggnads-trafikundersökningar på provbana år 1974. Statens väg-coh trafikinstitut, Internrapport 260, 1976.
Johnson, T.C. Is Graded Aggregate Base the Solution in Frost Areas? Proc. Conf. Utilization of Graded Aggregate Base Materials in Flexible Pavements, 1974.
Krukar, M., Cook, J.C. Comparison of Washington State University Test Track Departmental Pavement Ring Nos 2 and 3. Proc. AAPT, Vol. 40, 1971.
Low, P.F., Lovell, C.W. The Factor of Moisture in Frost Action. Highway Research Board, Bullentin 225, 1959. Marek, R. Compaction of Aggregate Base and Subbases. Transportation Engineering Journal, TE 1, Jan., 1977. McDonald, C.H. Investigation of a Simple Method of Identifying Base Course Material Subjected to Frost Damage. Highway Research Board , Proc. 1949.
McGullough, C.R., Horn, J.W., Mullen, W.G., Gray, E.W. Soil Stabilization Methods for Minimizing the Detrimen-tal Effects of Frost Action on Paved and Unpaved Roads in North Carolina, Highway Research Program, North Carolina State Highway Commission and US Department of Commerce - Bureau of Public Roads, Project ERD llO-A, 1966, PB 174967.
National Crushed Stone Association, Statement of Policy with Respect to the AASHO Road Test, 1965.
Odemark, N. Bearing Capacity (Sweden). PIARC Xth Congress, Instanbul, Section I, Question II, 1955. Phang, W.A., Chong, G. A Performance Study on Thin Asphalt Pavements. Proc. 19th nn. Conf. Canadian Technical ASphalt Association, 1974.
Phang, W.A. Four Years' Experience at the Brampton Test Road. Highway Research Record 311, 1970.
Readshaw, E.E. Some Notes on Base Course Stability. Canadian Good Roads Association, Proceedings, 1967. Rengmark, F. Om den mineralogiska sammansättningens betydelse för Vägarnas bärighetsförhållanden. Svenska Vägföreningens Tidskrift nr 4, 1947.
Ridgeway, H.H. Infiltration of Water Through the Pave-ment Surface. Transportation Research Record 616, 1976.
22
Selmer-Olsen, R. Mineralogins betydelse for kapillari-teten. Frost i Jord, H.2., l97l.
Simonsen, P., Hjalmarsson, S-O. Grundvattenytans inver-kan på bärigheten. Ett fullskaleförsök. VTI Rapport nr 131, 1977.
Strohm, W.E., Nettles, E.H., Calhoun, C.C. Study of Drainage Characteristics of Base Course Materials. Highway Research Record 203, 1967.
Tate, B.D., Larew, H.G. Effect of Structure on Resilient Rebound Characteristics of Soils in the Piedmont
Province of Virginia. Highway Research Board nr 39,
1963. '
Thomson, C.O. Evaluations of Flexible Pavement Behaviour with Emphasis on the Behaviour of Granular Layers.
University of Illinois, Ph.D., 1969.
Tomkin, Taylor. Factors which Affect the Stability of
Unbound Base Course Pavements (BC/2) Road Research
Unit Newsletter 40, 1974.
Tubey, L.W. A Laboratory Investigation to Determine the Effect of Mica on the PrOperties of Soils and Stabilized Soils. Road Research Laboratory, Lab. Note, LN/29l/LWT,
1963. i
Tägt, H., Lindh, I.M. Packningsgradens betydelse för asfaltmassornas egenskaper. FEB-Meddelande nr 5/71. Wallace, K. On the Wetting-up of Gravel Road Bases and Subgrades under Seasonally Wet Conditions. Proc. 7th Conf. Australian Road Research Board, Vol. 7, Part 6, Sept., 1970.
York, K.J. Permeability of Granular Materials.
Australian Road Research, Vol. 4, No. 7, Sept., 1970. Zube, E. Compaction Studies of Asphalt Concrete Pave-ment As Related to the Water Permeability Test. High-way Research Board, Bullentin 358, 1962.
FIGURBILAGA
onth Sept. Gcz. Nov. Dec. Jan. Feb. archl Apr??
Ax'c L.- _._..._ H-. ._.--.t_._...-. -_ IN.-." .. w. -- .- - 17--...., T_-_.___.__..
App?{cations -- 500 5200 20!00 36üüü 59200772LQ 950UD
Present b *w" "'V ' *i:fl'jb *"*kh\årr4%a- ;;fr--- '»--
*-0 a 0 H'k-.\ |
Servaceaolllty 3 »um*__--..uwümw_._t-u-u.tm_.u_+ nee_»m -°x?i:fm_.
Index 2 r_ _-__ __ .--www _ 3.:_
I , Him-.- -T_...___.. 4 . ._ - --...T-..-._._:
0 L
100
Dlstressed 30 Class 3 crackingçfffff
Area, .30 ' M'
Percent 0 Class l cracking
20 0
Total _ '-0.5 i ;
Permanent o , ;
Deformat'on ^ "=>°;;45:l-00 T
(Rut öepåh). . - , 0 S y_ ___ _4_.__ w<h\ääo*" ° "*L° gK\
inches ' 2 \b\\
1.0 '
-.ISO _ . u
Resilient ' V i
Deformation, ,100 ,_wüu.h1 - - -. ' /Wncr/o >lnches
i
Mean ' 0Uf
MTA-El
i [ { Frost 10 _J'_wrh __ T ,i Death , / Inches 20 nu___at_.-_ P .050.000 I *m*
U
30
Figur 1.. Översikt av viktigare mätresultat från AASHO-provvägen (Thomson 1969) avseende samband mellan årstid och vägskadornas omfattning (tjälkänslig undergrund).
LOÅG ÅPpLUCATlONS 3 m JM m5 V! 2. §; I 1 I_ (47 fl T T T I I 1 i (4 ;Ifguih - h_ 6: e: 50 ps! i\ -z 5, a: 20 pt! .\ \\ 2 Star: ?n ;sl \\ z 0 LL_ AL_ ' _ å Y -x d?w.:7 i : o 50 ps! -/ u. / u, 60 '* :3 U: 0 . ä .'94 r.: 51) 2:.-<
2
"-
-:I: c. . __9 .200 < y..°
J
P _-" i b ååh I 1 [LllH l l 11111!UUMH' T I
lasa Dry Donnity_ 982 ' 8030 Dry Den;2ty 95! - 81
. . i
mm r L
1 9
.7
'On', . 4,/1,. _{I:it
5 -" ' 15'
S
O .-S 1: 1 _ ib) E
b.'
8 " I 1. _T' H I GE lasa Dry Danslty 32! :§35: inte bry Dcnllty <9:!
0
S
0:
.f'5
l i m- H » l 3o 0 "'\/ p-. p-.1: ,I . ell. . d', . *xx-'f g i_u*31 , ' 1 O ' 50 300 0 53 lOOFinal tuta Dogrwc of Sa:uro:!on. 55'. 2
Figur' 2. a) Upprepad plattbelastnings-försök på bärlagergrus (krossad kalksten) från AASHO_provvägen, ökande spänning följd av mättning b) inverkan av vatten-mättningsgrad på total deforma-tion vid olika packningsgrad
(Barenberg 1975). VTI MEDDELANDE 121
lOO
f
LEGEND
; ü GRAVEL' i C)CRUSHED sroue ' 80 i i F. 5 . I ' : 0 g 5 ig
60
*i i
y
. P i ! m 40 1 \ i * i 5 .\\, så
,
2 T\\\ 2
t
1 I
.s
ä
2 '20
0 i
6)
u:
.
1
§2
-
s
' .
ä] 0 i 9 l -u-J) 2.0 :.0 0.5 0.: 0.05 0.0: 0.005 ocoz 0.000: :0000: . GRANü $ZE,ENCHES om LEGEND < I A 6.235 mssmctzoo SIEVE ; ' DIG 0 9.10* .. u n ' _ I o 5% " _" n . L. 1-- GRAVEL _ :054 - v- " CRUSHED STONE - *g ' "_Ju, NOTE POWYS :NOlCATE VALUES 7
m AFTER' :000 LOAD CYCLE s 9
få omLe-'fw % E l 4 \\% 2! a'
8
i
6
b) m - J LU 00° T / 'I . E ' .am g 5 . .OO _ . //A hl I (J 4 2 ii
J
. 9 3 v-. __.__ ----15-... -..LW på L) ' 4i.: .-.... , _,_._.... . r..- ...-.W ...4 DJ O Ö 3' .l »ww- w « F.2
0ri*
50 55 60 .65DEGREE OF SATURÅTION, PERCENT
100
Figur 23. a) Graderingar för två bärlagergrus från AASHO-provvägen och b) resultat från triaxialförsök (1000 belastningar), elastisk och total deformation som
funktion av vattenmättnadsgrad vid olika finmaterialhalter hos bärlager-grusen (Haynes och Yoder 1963).
CMü//ngig
å
LEGEND
.o
r
.
7
\ e--GRAVEL. °
åt-
_( -u-Czin-:HEO STONE
O
F
' \
USED :..zmzssTorço T0
U
-
\
THGSE 2:e THE
\ AASHO ECAD TEST.
-3
>:
W
A
L.: 5.0 \ 'fi' ' 055
X
1
\
lä. 4.0
\
G:
A
\
Lu
0-
\
' Lv_
3.0
x
(3 h+-
\
Ef.
_. 20 v\
4 'se.
\
I
\
LLt
\r
\
LU -l8
.Lo
\\
l \ "" -...433 32540
0 A\\\\\?\\\\?an-ms
;40
35;
1142
:43
14:;
:45
3
91:' 97?? ?vw-:2 5417'
Ȥ0 ,3
% um
Ö" -
DRY DcñlölTL LN" CU.r-T.
Fig r 4. Permeabilitetskoefficient för två
bärlager-VTI MEDDELANDE 121
grus från AASHO-provvägen som funktion av
torr skrymdensitet enligt Haynes och Yoder
w
Yi? \f5<-\/0ttenfyLLt håLrum voL.-%F1
ES
k;
Eg
W?
c:
2140
g ' i.
i
i
i i
M t ' L t
3
230"
.
m5 \
WÅMOJDÅ
!
å
\
\
spgecéi/liitâ 5
§5
g_
220«3 -
v' --
*Q3*
4 '.
\
å
' »in i:
mm
:2
2,10» '/
M? ,Q
§\
l \ \\ \\\\Ä\\\
g
' 5
\ \ \ \%W
2:
1,903
\\\ \\\
i
W \ \ \N§\\\\>\x\
17° \
\ '\ \
,150 I
\
\
\
N
.
\
\
\
\
. \
*
'\_ B_
1,5 0
\
\
\ . \
\
\55§?§
11.0 v v 7 *r 7 1 7 1x r v 7 T ' l ' i\v' 0
2
4
6
8 10 12 12. 16 18 20 22 24 26 28 30
\
VattenhatHefter ev.bindemedeLs reaktion ),vikt-°/o_
Figur 35, Resultat från tung laboratorieinstampning (AASHO mod) på berggrus från Dalby med olika finmaterialhalt (Höbeda
1973). och Bünsow,
E-modul MPa 160,07
140,0_
120,0_ 100,0- 80,0-'_0_ = 313% <0,074 mm 60'0_ -<D- = 5,3% <0,074 mm _D- = 616% <0,074 mm 40,0- _Au_. = 11,8% <0,074 mm I 50 100 Vattenmättnadsgrad %Figur 6. E-modul (enl SEB-metoden) som funktion av**"
W vagtenmattnadsgrad för berggrus 0-16 mm fran Dalby (Höbeda och Bünsow, 1973)
E-modul MPa 140,01 120,01 100,0 80,0 60,04 40,0 VTI q -1 O / O 7 40,074 mm "sandpuckel" I 100 0 6 Vattenmättnadsgrad E-modul som funktion av vattenmättnadsgrad för krossat naturgrus från 0 - 16 mm, Örsjö
(Höbeda och Bünsow, 1973). EÅQHÄMZ;
,i t/ i: J m T \ * . /'/ 7 h_ h J J \ - , \ ! CJ s w .. FW-, .ft »3 4 f i p/ /' ' * 5 / V ' ä / 4 L_ ' r& 3 X u _n__ _ -Q V-. y V E ' 'w- - 1 '2. f of r . '/ N
2 *i* r
' M /V *V :»>
r
5 1 \\\» _b.J/ÄU »W 5*- ? \ ,dgr-'V V // / E 2 WD? / ' c / i: ?I L"- . 'I ' * / .9 W 41, 44" \ Reference Specmxcns : / 'E ,av 9. - \ / i _j/ \'" .' '0 i' \ 0 , " II 0' JJ/ CJ I Q. år -I *- Test 43-38 55 7 / W : 5 .98:70 5 2 Tea 25«18 Tea 25"ZB 4 g * ., - w. ,_ w :: 6 57%' /Å i: l '°' / . .4 A , /o qøa'üapâ I ' ,a _. 'b ;JA/<3 7- .3 Test 25-48 *1,x? ?LHWV
,msár\
' ä\
W255W,äa/JYH
' M Å . k' . M / 0 l J 1 l l 1 10 100 1,000 10,000. . 100,000Number of Loaá. .8.;*.-.;:ica;f: :'as 420.; :.caêc).z
Figur 8. Den permanenta deformationen hos
bärlager-grus Vid cyklisk belastning i triaxialappa-rat. En del av proven har undersökts efter frysning och upptining (W = vattenkvot; - 200 = material < 0,074 mm). Enligt Haas
1968.
250 I
Futura: by lymbol xndxcate B pc-rvcnt pan-mg No. 200 IlCVQ 6
A ' uno :
.
4 / .
l/ v . ,.12 å-øzoo // IE 0*
/
[I
; 'ä 2' .H . ,'-3 Vi vi '9 xx a: ._ Oa,wo 2 D 3 x CONFINlNG PRESSURE 15 g _ ospsi(34.475 N/mz) ,an IOpsi (68.950 film:)
| 20
300 80 84 88 DENSITY. PERCENT OF' 'THEO.MAX. AT OPTIMUM WATER
Figur' 9. Triaxialförsök utfört vid två
olika sidotryck på bärlagergrus innehåülande olika finmaterial-halt. Maximal bärighet erhålles
Vid 8 Vikt-% '5 0,074 mm (Marek,.
1977).
a)
3 1: m
v w
:: r:
-__ ...m -a ...
.
x
K L
"1. . A, . q
vi.-.ll,r lr! IL!A. .-.*.2L.'.|0| .i till..
"I /L/_gu _ Wu.. m \ i
. -M;_.,..,.,A_.._M-.?.wun. w :x
. ./ .ln ...0. .N .\Wa;7|.3;!r.(4 .J,|+I. .en 7' 5 H _ ..
. :
* ....Tør L143? affwvi_ n \
r . q _ W n.. a .. \ T .I v.41. NL M..r,._../,w-,,u- :BL .
. . , . ,.n 4 wifi.. MÅLL ,2. p . . _ . . _ Z. . I,-..(-..1.TTL,
x . . . o :\ 'L . a 7.x
-. .. vill.. " 1 ...kan " Q . ,Mx _
. _ _ .. .i .25 ' se' m ' G N T ' J M h r . 00 19 :. . -. . _ _ b ) "föga ?.00ng 9 8 x 7 \ 6 S 4 3 EEJocñoo. 9:010; ...0. ...S :0:09:00 ...3:952 Mo is tur e c o n t e n t ) : of d r y we i g h t Fi ur 10 . p e r m a n e n t n e d -E -m o d ul o c h b) a) sj un k n i n g vi d o l i k a va t t e n k vo t e r f ör g r us m a t e r i a l m e d o l i k a g r a d e -ri ng ar (O de ma rk 19 55 ). V T I M E D D E L A N D E 12 1-ir-. = Brunflo 8,6% <0,074mm -<>- = Brunflo 5,6% <0,074mm -<>- = Granvik 11,1% <0,074mm __43_. = Hällekis 9,3% <0,074mm E-modul MPa 160,0* 140, " 120,0* 100,0 80,0* 60,0* 40,0* 30,0+
\<>
20,0»la,
i I r? T* I I I I I I 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vattenmättnadsgrad % Figuälgl E-modul som funktion av vattenmättnadsgraden vidbärlagergrus O n 16 mm innehållande plastiskt finmaterial. Belastningsintensitet 0,5 MPa
(Höbeda och Bünsow 1973).
Torr Skrymdepsitet g/Cm3 Vattenkvot 2,0 [ l 1 I , 2,5 5,0 10,0 Glimmerhalt Z
Figur lg, Samband mellan glimmerhalt och torr skrymdensitet vid olika instampningsvattenkvoter (Höbeda och
Bün-sow, 1974).
Basmaterial I 2,5% glimmer A H 0 10,02 H' MPa 16%)-'__\\
1Mm-IZQQ-a100,0 -«
AsBQD"
' ' .
A.
_
6QO-D400-4
20,0
--1 i, I ! I ! i 1 r 1 50 100 Vattenmättnadsgrad ZFigur 13. Samband mellan E-modul och vattenmättnadsgrad vid olika glimmerhalter, bestämda på material <4,0 mm.
(Höbeda Och Bünsow, 1974).
E-modul MP a 100,0" 80,0» 60,0 40,0a 20,0-L 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vattenmättnadsgrad % FigurlA. E-modul som funktion av vattenmättnadsgrad
"WE-_muma för krossad glimmerskiffer från Arlanda (0-16,0 mm, 6,7%< 0,074 mm) enligt Höbeda och Bünsow (1973).
E-mod u 1 MPa
1400..
2,5% glimmar 12Q0v4 5,0% glimmar
100,0 ..
8QO* 10,0% glimmar60,0 -4
40,0
-ZQOa 50 100 Vattenmättnadsgrad Z Figur Lä, E-modul som funktion av vattenmättnadsgrad för provmed olika glimmerhalt efter nötning i Los Angeles-maskin. Glimmerhalten bestämd i material <4,0 mm
(Höbeda och Bünsow, 1974).
(. )(v 4 -?E ET PE R DA V C O E F F I C J E N T OR , P E R M E A W L H Y ä 1 ' t 5 *0 15 20 25
PERCENTAGE PASSWNG 200 MESH SIEVE
0000! 0
Figur_l§. Inverkan av finmaterialhalt
på permeabilitetskoefficient
hos bärlagergrus. (Enligt
Barber och Sawyers 1952).
too f i ! c.: p.. in... __._.--_Y-.v___v H .
NOTE FIGUQES ADJACENT 'ro PLOTTED 904475 ARE rss* TEMPERATURES w DEGREES; c 1 ! 3x ä r 0 a ;001 MAX om :5%er kl 3;; |(* (3 ,8% _- 4._ + ,-w. . ...M _...._____....i)__.__.__ _. w LEGEND U I 7: r. o . I "FAO I.: DH'F'LRLNYIAL :h SVMUOL 1h" ro h!! W 4 J" 0 40 CM 'i 0 20 CM ;a A 10 c (I) 10 .T -i W.-- . -.-_..._.-4 | ' 5 S I 5 L 'g' 30 I L: | 0 I I P I I LU : 5 I U_ i LA __ __ __r_ _ __._____ U 0 1; n ;s s Ii i g U 01 A .___ -_ L ' 5 9.:*
Figur 17. Inverkan av torr skrymdensitet på permeabilitetskoefficient vid gradering 4 enligt Strohm m fl. Olika hydrauliska gradienter vid samma försök ger praktiskt taget identiskt resultat. Temperaturen varierar vid försöken (Strohm m fl,
l967).
C) : 3932:40907á mm ,3 = 393Z«109074 mm 2- ?3617; 403074 mm <> = 9,ZZ'<0,074 mm V=11°87° <0:074 mm .x :u U] I\ 3 E ä U 4444 -5 10 '-,c 0 813 10"4«4 ELH 5-4 o m o __,2
ch* 10 W
I *| I 0,20 0,25 0,30 Portal .-5 m (I) \ E 0 .LJ C1 Q., . .S E 10 Ckyøgpø C) 0) / /O ,4 XM o / /*få
U0/
/1/
8
"4
W: 7
/
/
x
.H 10 * I // ff -y-ul / 0 / /2%
w :5
/
så / / ä ä "'3 / D-a _ W=3 /./ 1 I I I 1 r r 1 ä 1 I . *r5
10
Vikts Z materia1< 0,074 mmFigur Lä, a) Portal som funktion av vattenkvot för berggrus b) permeabilitetskoefficienten som funktion av
fin-materialhalt (Höbeda och Bünsow 1973). VT I MEDDELANDE l 2 l
0 Basmaterial " + 2,5% glimmar A I! 4_ H 0 M + logOZ N x 'i *= 5,0% " men eftér 500 varv i Los Permeabilitet Angelesmaskin cm/sek
-5
.§_._-_x
10 7 §....g_
C'
D
A
0
-4 ..
°
7-'
M L m... ..._0.
o
10 . B *Aha* o10'3
-år WN* I l I I ' l * 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 PortalFigur 19. Samband mellan permeabilitetkoefficient och pOrtal vid olika glimmerhalt. Ett prov har dessutom nötts i Los Ahgelesmaskin före mät-ning (Höbeda och Bünsow, 1973).
STAFFE LB; Lb
W
FAHRBAHNDECKE
DrURCH LÄSSIGKEITSFBEIWERTE
1. ZEME NTBETON 4. TEERMAKADAM
7. l BlTUMENMAKADAM ?00-1 4 n a 20 = n 3 13 * am<
50;
404 m?20«
zoiêiziw2
4 T w v 3 § *Q"*:'*'4*"Wk:w m3<45
U'x§ wäuF
2. ASPHALTGROB- 5. O'SERFLÄCHEN-BETON BEHANDLUNG 'L rs t: 35 7. :1 8 255 40? 1.0 i ,,7 Å N 544% 0 [WE I ,'//3' r ä o ,26). /:i k 16' 10° :05 16 10" 103 105 10'73. A5PHALTFE|N-
6. VORUMHULLTE
RBETON SPUTTE n s 58 'l. n s 24
.
w
mk
w'
;
20.. V i _ 20 A Ö olÅZZåZâzenk 0.+.wvêååâwW'KW w5167
w'u9<w5uf ,
n :ANZAHL PROBEN
k :D.B.(cm!sec) .
Figur 20. Permeabilitetskoefficienter hos olika typer av asfaltbeläggningar
(Doyen 1964).
