ISSN 0347-6049
L VPLmeddelande 2
529 1987
Erfarenheter av makadamlager för väg-konstruktioner - resultat av litteraturstudie och förslag till ny bergbitumenkonstruktion
Peet Höbeda "
V' Väg-OC,) Trafik- Statens väg- och trafikinstitut (VT!) * 581 01 Linköping [ St]tlltet Swedish Road and Traffic Research Institute * S-581 01 Linköping Sweden
ISSN 0347-6049
de_
529
i
'
1987
VTImeddelan
Erfarenheter av makadam/ager för
väg-kanstruktioner- resultat av Iitteraturstudie
och fårslag till ny bergbitumenkonstruktion
Peet Höbeda
VTI, Linköping 198 7
T' Väg-00,7 Trafik- Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 07 Linköping ' till' Swedish Road and Traffic Research Institute 0 8-587 01 Linköping Sweden
FÖRORD
En litteraturstudie har tidigare gjorts av egenskaper hos bärlagergrus på uppdrag av vägverket (VTI Meddelande 442). Makadammaterial har inventerats som komplettering och resultatet presenteras i föreliggande utredning.
Peet Höbeda
INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING SUMMARY
1
INLEDNINGK
2 UTLÄNDSKA ERFARENHETER 2.1 Ofylld makadam 2.2 Fylld makadam 2.3 Indränkt makadam3 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER
1+ REFERENSER VTI MEDDELANDE 529 Sid II 13 15 18
Erfarenheter av makadamlager för vägkonstruktioner - resultat av litteraturstudie och förslag till ny bergbitumenkonstruktion
Av Peet Höbeda
Statens väg och trafikinstitut 581 01 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
Mycket litet finns skrivet om makadammaterial till skillnad från
bärlagergrus. Makadambärlager har tidigare använts i stor omfattning som bärlager i flera länder och då främst som fylld makadam. Hålrum-men i den utlagda och packade makadaHålrum-men har fyllts med ett finare material, företrädesvis stenmjöl. Sådana konstruktioner har gett an-märkningsvärt goda resultat och detta även vid ogynnsamma under-grundsförhållanden, medan välgraderade bärlager inte alltid fungerat lika bra pga större vattenkänslighet. Tyvärr kräver sådana
konstruktio-ner mycket handarbete och har därför bortrationaliserats, även om man
på sina häll på nytt börjat intressera sig för sådana bärlager.
Hålrumsrika sorteringar lämpar sig dåligt som bärlager beroende på hög elastisk deformation, risk för omlagringar i stenskelettet och t o m nedbrytning av stenar. Rätt utförd, indränkt makadam har däremot gett anmärkningsvärt goda resultat enligt erfarenheter från flera länder. Materialet är inte vattenkänsligt och tydligen tillräckligt stabilt.
Problemen med i Sverige f.n. använd bergbitumenöverbyggnad BBÖ diskuteras och en ny typ av konstruktion rekommenderas för utprovning. Man "bygger upp" med en stabil sortering ex. 0-100 mm och avjämning sker med indränkt makadam. Bättre utläggningsegenskaperoch högre stabilitet än hos nuvarande bergbitumenöverbyggnad bör erhållas. Tjockleken hos AG-lager och slitlager beror på dimensionerande trafik-mängd. ..
II
Experiences of macadam layers in road constructions - results from literature studies and suggestions for new well-graded road bases
By Peet Höbeda . ,
Swedish Road and Traffic Research Institute,
5-581 01 LINKÖPING
-Sweden
SUMMARY
Not much literature exists about macadam constructions, contrary to
the amount of papers dealing with well-graded road base materials.
However, macadam road bases were formerly in great use in several countries and then foremost as a filled macadam. The voids were filled with finer material ("dry bound" and "wet bound" macadam). Such
constructions have often given better results than well-graded road bases, especially on poor subgrades. Unfortunately these types of
macadam bases are labour-intensive and hardly used in modern road
constructions.
Unfilled macadam constructions, rich in voids, are not suitable for road
bases, especially in thick layers, because of high elastic deformation and permanent deformation that depends on poor stability and degrada-tion of aggregates. Penetradegrada-tion macadams have, however, given good results according to experience_ in several countries. This kind of road base is not water-susceptible and if correctly made also of good
stability.
The problems experienced in Sweden with the presently used, often
thick, unfilled macadam constructions, with a bitumen penetrated upper
layer, are discussed and a new type of construction is suggested for trials. Instead of macadam, often with poor stability, a well-graded material, eg. 0-100 mm is used. A special base, made of penetratiOn macadam of good quality, is placed under the bitumen bound surface layers. The thickness of the latter depends on the traffic loading.
1 INLEDNING
Egenskaper hos bärlagergrus har tidigare beskrivits i VTI Meddelande 442 och det framhålls att viktigast för god funktion 'i ett tjälaktivt klimat är en ringa vattenkänslighet. Laboratorieförsök, gjorda vid låg vattenmättnadsgrad, ger ofta maximal bärighet vid alltför höga finma-terialhalter (Yoder 1974, Esch 1982, Emery 1982, Kerr 1985). Vid modern, mekaniserad vägbyggnad har man varit mest intresserad av att få fram material som är lätta att lägga ut och packa. Utomlands har man därför vid krossning av berg övergått till välgraderade, täta material från ursprungliga, hålrumsrika makadamkonstruktioner. Dräne-ringsförmågan hos överbyggnader har däremot till stora delar negli-gerats (Ridgeway 1982). Några klassiska makadamkonstruktioner, fram-tagna av vägpionjärer, framgår av figur 1.
Kerr (1985) ger exempel på graderingar hos bärlagergrus (figur 2), som
uppfyller kraven på ett empiriskt framtaget dräneringskriterium
(per-meabilitetskoefficient >10"3 cm/s). Ett bärlagergrus, som uppfyller
detta krav, anses ha tillräckligt god vertikal dränering för att porvat-tentryck inte ska uppkomma. Samma permeabilitetsvärde (>10'3 cm/s) har förövrigt tidigare framkommit vid VTI efter en jämförande permeabilitets- och E-modulprovning enligt SEB-metoden. Vid sämre vattengenomsläpplighet än ovannämnda värde erhölls stark nedsättning av E-modul vid hög vattenmättnadsgrad. Försöken har dock endast
gjorts med ett enda bärlagergrus (med material >16 mm borttaget),
framställt av krossat berg (Höbeda 1972).
Nyligen har man i Danmark utfört fältundersökningar av dränerings-egenskaper och bärighet hos vägkonstruktioner. Det konstateras att man i nederbördsrika perioder riskerar vattenmättning av ostabilise-rade, täta materiallager och det tar lång tid innan tillräcklig avvattning kan ske (Linde-Jensen och Borch-Jensen, 1986). Bärighetsmätningar med fallvikt har inte kunnat påvisa försvagningen av de "artificiellt" vattenmättade vägkonstruktionerna. Asfaltbeläggningarna var tjocka i jämförelse med svenska konstruktioner. Man använder sig också mer av
täckdiken och obelagda vägrenar i Danmark än i Sverige.
nu. . ' asäimmtaeox-o av_ 0 _ nu _ |. 'isig.
:se gmmmm
--'
mun
"3
'2 ' "o '-37I
:mins-3'
' 0 !. f, "xu
_,L ^ Hk' av]. , 1 ?mån 5 .-2 g - ,-
' ' .. j. i" A, 1/ '1/1 A . AAA-L L ut I L L 1 G Lif] I 1 (V ,4av
LUIUHH [UH IH I
L"n- V
af' .n * -w - vvwwv -v __ -..v ._ -wrp, *.sä§ '_ a n 4 I I i 1 o . . 4 A 4 n 0 g . .Mmmm.
SMQKQWQ A I, '_ I 7 f 4/ 4 .-. . 1 .. . . 4 . . 4 . . . 1 z 1 / / z 1 e / .zTre tidiga metoder att reducera kostnaden jör vågbvgge: Överst Trésaguets väg (I 764). som bestod av ett bomberatjörband av kant-ställd sten, därpå ett lager mindre sten och slutligen ett slitlagerav småsten., Telfards väg (i mitten) hade plant botten/örband av kant-ställd sten. ovanpå detta ett bomberat lager av krossten varpå kom ' en 4 fot bred remsa på kro'net, bestående av småsten som trampades ner av hästar. Slitlugret bestod av tvättat grus. McAdams vägbank (underst) bvggdes upp uteslutande av handkrøssud och sorterad 2 1/2 tums sten. Stenen pressades ihop av tra/iken och vagnarnas hjulringar malde tappskiktet tilljlis somfvllde mellanrummen.
Figur 1 Klassiska makadamkonstruktioner (från. Sandström, 1968).
AGGREGATE CHART
SIEVE OPENlNG IN MiLLlMETRES
0075 060 OIBO 0.300 0425 0600 0.850 ua 2.00 2.36 4.75 53 9.5 I2.5 100 90 '0. 7-3 E .J' '4 0-, g 50 k .2 t 00 Q ha 0. 10 v/ 0:00 a d _ yo I :wa/r 1 lI/l :
Figure lá: us. srmonno SIEVE saze
Figur 2 Graderingar för bärlagergrus med tillräckligt hög
permeabi-litet för undvikande av porvattentryck (Kerr 1985).
Makadamkonstruktioner (typ BBÖ och IM enligt BYA 84) är hålrumsrika och dräneringsförmågan utgör därmed inget problem. Stabiliteten be-stäms främst av sammanhakningen och friktionen mellan stenarna i det
väl packade stenskelettet. Avsaknaden av "stödkorn" i hålrummen kan
dock medföra risk för omlagringar under trafik och t o m nedbrytning, avrundning av skarpa partikelhörn m.m., särskilt om bergmaterialet är svagt. Att skador ibland uppkommit i oväntad omfattning på vägar med bergbitumenöverbyggnader måste bero på otillräcklig motståndskraft mot trafikbelastning (jfr foto 1). Både den elastiska och permanenta
("plastiska") deformationen måste därvid beaktas. En tänkbar förklaring
till de längsgående sprickorna vid hjulspår är den dragpåkänning som uppkommer - speciellt vid höga deflektionaer - en bit från hjulbelast-ningen enligt figur 3.
VTI MEDDELANDE 529 19.0 250 315375 50 63 75 '00 .90 00 Q 0 P A S S / N G g h Q 0 P E R C E N T s. 0 10
Till skillnad från bärlagergrus förekommer mycket lite litteratur om egenskaperna hos hålrumsrika makadamlager. Huvudorsaken är att sådana konstruktioner numera används i mycket liten omfattning, men makadam är även svår att provtaga och undersöka i laboratorium beroende på storleken hos stenarna. Vissa erfarenheter finns från laboratorieförsök som dock- kommer att behandlas i annat sammanhang.
Fotol . Exempel på längsgående uppsprickning i BBÖ-konstruktion EG, företaget Frillesås-Fjärås efter ca 9 år under trafik (maj
1986).
TENSION TENSION 1 P [-Tsusuou ancx
'i
lá
7
N ä,135313_ Dragpâkänningar ochsprickbildning uppkomna vid
nedböj-ning av ett belastat, bundet väglager (Yoder, 1974).
I Sverige har tidigare förekommit bärlager av typ sandfylld makadam, men dokumentationer om konstruktionens lämplighet saknas nästan. I Bristaprovvägen (Örbom, 1965) studerades dock olika bärlagergrus, bl a bärlagergrus, ca 0-64 mm, och sandfylld makadam 40-75 mm. Det senare materialet fylldes med sand 0-8 mm och tätades slutligen med fint krossgrus O-ll.3 mm. Utläggningen av makadamen skedde i två lager som var och en fylldes med invibrerad sand. Slutlig tätning gjordes med fint krossgrus.
Plattbelastningsförsök, gjorda efter utläggning 6409 och viss trafik 6506, visade att makadamlagret vid statisk plattbelastning tenderade att få något' högre E-modul än grusbärlagret. Modulvärdena ökade i
båda fallen med tiden. För bärlager, stabiliserade med cement, men
också med massabunden makadam, erhölls högre modulvärden än för ostabiliserade, lager, däremot ej för asfaltbundet grus. Det senare kan tillskrivas effekten av statisk plattbelastning.
2 UTLÄNDSKA ERFARENHETER 2.1 Ofylld makadam
Få undersökningar har gjorts med överbyggnader, bestående av glelg makadam. Siedek och Voss (1956) beskriver dock undersökningar av skador på västtyska huvudvägar. Vägarna var uppbyggda med gammal-dags packstenlager på "Frostschutzschicht". Packstenslagren var juste-rade med obunden, hålrumsrik makadam under de asfaltbundna lagren. Man har gjort provgrävningar och om möjligt också plattbelastat lagerytorna. Ofta berodde skadorna på att packstenslagret blivit insta-bilt under den allt mer ökande trafiken. Makadamlagret bidrog dock till Vägskador i de fall det lagts tjockare än den övre stenstorleken på 60-90 mm. Ibland kunde makadamlagret vara drygt 25 cm tjockt; i sådana fall observerade man att stenarna varit instabila och blivit kantrundade
under trafikbelastningen. De jämnstora stenarna kunde tydligen inte
"läsa" varandra effektivt utan omlagrades och nednöttes. Plattbelast-ningsförsöken visade att de oskadade vägavsnitten i regel hade högre
E-moduler än de skadade, även om skillnaderna var små. Man kunde sällan
mäta bärigheten direkt på makadamlagren beroende på alltför ojämna
överytor.
2.2 Fylld makadam
Undersökningar, gjorda främst i Västtyskland (Voss 1958, jfr även VTI Meddelande #42), har visat att fylld makadam, s.k. "Rüttelschotter", ofta får bättre bärighet än ett välgraderat bärlagergrus bestående av bergkrossmaterial. Med "Rüttelschotter" menas makadam som vältats med vibrerande vält och sedan fyllts med finare stenkross för att sedan
vältas på nytt. Konstruktionen är dock arbetsintensiv och kräver van
arbetskraft. Det kan också vara svårt att helt fylla hålrummen i makadamen vid fuktig väderlek. Det bästa resultatet får man enligt Voss med ett fyllnadsmaterial där finmaterialet först borttagits (ex. sortering 3-18 mm). E-modulen för sådana bärlager har mer än fördubb-lats under trafik enligt tyska plattbelastningsförsök, gjorda direkt på bärlagerytan efter framgrävning.
Plattbelastningsförsök, gjorda av Herion (1960) på olika typer av
bärlager, vibrerade i provkar med dimensioner lxlx0.2 m, har visat att
l'Rüttelschotter" får väsentligt bättre E-modul än välgraderade bärla-gergrus, även sådana framställda av helkrossat material (figur 3). Lik-artade västtyska erfarenheter redovisas också. av Voss (1958) och
Knoll-Griebe'(l965).
'
Undersökningar, gjorda av vonBecker (1976), visar att ett rätt utfört
"Rüttelschotter" kan få höga E-moduler och att stabiliteten ökat successivt under trafik (figur 5). Dessutom förbättras resultatet om man använder sig av ett starkt stenmaterial. Bärlagergrus, framställt genom krossning av berg, tenderar att få lägre modulvärden och förbättras inte så mycket av trafiken. Dessutom tenderar svaga berg-arter att som bärlagergrus ge bättre resultat än starka, troligen beroende på att de senare ofta har sämre kornform och krossas inte så lätt ned vid vältningen till ett stabilt stenskelett. Vissa svaga material som hyttsten och kalksten kan även få viss självbindning. Förutsätt-ningen för god funktion i vägen med rel. svaga material bör dock vara en tillräckligt tjock asfaltbeläggning, vid alltför tunna beläggningar finns risk för nedbrytning.
Siedek (1969) visar på betydelsen av god fyllning av "Rüttelschotter".
Man har genom plattbelastningsförsök på olika väglager funnit att dåligt fylld makadam t o m kan få lägre E-modul än sandigt
förstärk-ningslager (figur 6).
Med "Rüttelschotter" besläktade konstruktioner har i engelskspråkig litteratur benämnts "drybound" eller "waterbound macadam", beroende på om man vattnat vid vältningen eller inte. I en engelsk provväg har
bärlagergrus tenderat att ge bättre resultat än fylld makadam (jfr VTI Meddelande 442, mom 3). Stenmaterialen som studerades var dock av mycket växlande beskaffenhet, bl a bränt skifferavfall från kolbrytning.
Sådana marginella material lämpar sig dåligt i makadamkonstruktioner
där kraven på stenkvalitet måste ställas speciellt höga (Ewers 1965).
Verformungsmodu/n V2 und E/ash'zi/ä/smodu/n 51 in Icy/cm?
'ra/cm'
_- Mi/felwerfe V2 ' ^ 'I T
i g
i i"-
'
7000 ---- Mille/wer/e E2 der ausgewer/e/en I I _.
///////// Exfremwer/e V2 Prüfs/e//en
Sámi/;che Versuche ohneÅuflas/p/al/en W //,
0000 <
m
y??
lund/rön- mndkä/L geo/mic- .. //// 0/00: 0/00.: u ne.: ; _5000 < gebmdøepe: ; . _'Ges/e/n i i . q 14000 <-
I
i
I
'
! :vv-;3.1.7-3/60:
-7 _3_0_7_0, A3000 «
2570;LM _2.910150_.2220_:,,,_,_.i0, M_ ,§0
; :v.26 - a -0 '- 23.70. 270 2630 ' ;., ,fl U: 2000 *' . 1[[151//50
_. ___,-__.=
._._
Pic-Mr 5 4 23 22 25 21 4 25 il [i 20 M 0- 0-1 0-9 -7 039 0-9 0-9 0-9 :0-9 0-9 0-1 0-9 0-9 0-9å å
ä 3
N 4-.- in'3:2 'låg
1§ _as_Q
.3 såå.§ê[ 1%
an: Q .1:M 3 så §23! ga sååå; så
3 .äs
sågas; åå så* 3 3
.s s 5323: 3%
3
§1--P/asfllsche .Se/lungan A 6; p/ast in mm
M
1
i
i
i
F T
T_
i
'
i'
a?
4775 0740 0150; 0145'
_
v
3
i
' am " am
0
%
L
1
L
1
085 am 075 05
1
0
om 0040' 0030 0030
L
1
I
Hoh/räume H der Minera/massen in den V55 -Prüflrörpem in Vol- %
Wai-96 ,F * ! ° T i 'T ' 7
' ' I I
20 0_
1
7.9.0 2
/97 77.2
,59
,0 ' _N_ 4 -r -.. _-_wh ._-. .. A . .. _
Figur 4 Plattbelastningsförsök på lager " av_sand, grus och bergkross-material. Elasticitetsmodul E2 avser 2:a belastningen (V2 är beräknad från totaldeformationen). Den permanenta sätt-ningen Asz och hålrummet i materialen anges i figuren (Heriøn, 1960). .
Obere Tragschicht E-Modul in kp/cm2(Mittelwerte)
OUS
2000 5000 P 10000 20000 . 50 000 v
X
BGSGlt/Melaphyr
Ouarzporphyr Diorit/Gabbro
Quarzit/Grcuwocke
Diabas GronH/Syenn
Sondstein
Ab
ne
hm
en
de
Dm
ck
le
st
ig
ke
it
KOlkSMin RüttelschdtteMRS) _-Korngestufter....-Schotter
(MB)
Kiesschotter
Kiestrogschicht
' x' Nach Einbau und Verdid'ltung der Schicht D 1 bis 2 Jahre nach Verkehrsüberçabe 4- Nach Einbau und Verdier-.tung der folgenden Schichuen) D 2 bis 4 Jahre nach Verkehrsübergabe A_ Nash Fertigstenung/vor Verkehrsübergabe O Mehr als 4 Jahre nach Verkehrsübergabe
V bis 0.5 Jahre nach Verkehrsübergabe
Figur 5 Inverkan av stenmaterial på bärighet has obundna bärlager, dels efter utläggning, dels efter trafik. RS -_- fylld makadam, MB = bärlagergrus (enligt von Becker, 1976).
10 'M Sch/I 'l 7 1000 2000 3000 4000 5000 og / en' 7 ....... . n 0 < --:-: 7.;-; : :
_GOcm 'om Den -- - _Fabråahnmillo
Sahlin 2
:000 2000 J000_ 4000 5000 - g / m'
l i I l s
_5000! :om 9004 i' -' -fa/iréaáømif/o
Resultat av plattbelastningsförsök på lager av provgrävd Figur 6
väg 1) dåligt fyllt makadamlager och 2) välfyllt
makadamla-ger. Mätningar i vägmitt (stfeckat) och 50 cm från vägkant
(heldraget) (Siedek, 1969).
ll
Ett provvägsförsök har gjorts i New Jersey 1964 på "Route 80" med olika bärlagertyper (Baker och Quinn, 1971). Man jämförde välgraderat bärlagergrus (krossat berg), "drybound macadam", IM, AG och CG, det senare dock som undre bärlager; De två ostabiliserade bärlagren låg under 10 cm asfaltbundet material. Efter åtta år och 1.2 milj ekvivalen-ta 8 tons sekvivalen-tandardaxlar fanns inga krackeleringar men spårbildningen i vägytan var dubbelt så stor hos provsträckan med bärlagergrus som hos den med fylld makadam. Den senare provsträckan hade inte deforme-rats mer än konstruktioner med asfaltbundna bärlager. Mätningar med Benkelmanbalk gav inga stora skillnader i deflektion. Provsträcka med cementbundet undre bärlager bedömdes dock få den största livslängden. En inventering i Maryland, USA har gjorts av olika*bärlagers
långtids-funktion (Stromberg m fl, 1972). Ett av resultaten var att vägar, byggda
med "dry-bound macadam", var i gott skick vid samtliga undergrunds-förhållanden. Välgraderat bärlagergrus, krossat av berg, gav god funk-tion endast på bäriga undergrunder, medan rundat grusmaterial, "pit-run gravel", var dåligt i samtliga fall. Makadambärlagren härstammade från tiden före 2:a världskriget. Konstruktionen används inte mer i Mary-land, främst beroende på det handarbete som erfordras och kravet på yrkesskicklighet.
Helt nyligen har sydafrikanska erfarenheter presenterats av "water-bound macadam" (Horak och Triebel, 1986). Väginventeringar har som i USA visat att i ett tidigt skede byggda vägar med makadambärlager gett utmärkta resultat även vid fuktiga förhållanden. Några tecken på
skjuvdeformationer, vanliga vid vissa andra konstruktioner, kunde inte
konstateras efter upp till 30-40 år under trafik. Provvägsförsök har också gjorts på senare år och en fordonssimulator använts för snabbare
resultat.
Av särskilt intresse är att man försökt utveckla rationella och ekono-miska utläggningsmetoder - speciellt för fyllningen av redan utlagd makadam. Man anser sig ha lyckats efter modifiering av befintliga utrustningar. De goda resultaten med "waterbound macadam", benämnd
WM, har gjort att konstruktionen tagits upp på nytt i
vägrekommenda-tioner från år 1985. Graderingar för makadamen ges i nedanstående
12
tabell:
Maskvidd Passerande vikt-%
mm WM nr 1 WM nr 2 WM nr 3 75 100 100 100 35 85-100 85-100 85-100 37.5 35-70 0-30 0-50 26.5 0-15 ' 0-5 0-10 19 0-10
Man ger också gränskurvor för fyllmaterialet:
Maskvidd Passerande vikt-%
mm
9.5 100
4.75 85-100
0.075 10-25
Observeras bör att man ska fylla hâlrummen i makadamen med ett krossat material och ej med natursand. Fyllmaterialet ger ökad
stabili-tet men också viss kohesion.
Vid de högst trafikerade vägarna läggs makadamen i ett 125-150 mm
tjockt lager alltid på ett cementstabiliserat förstärkningslager.
Belägg-ningen utgörs av en 30-50 mm tjock asfaltbetong.
Vägförsök har gjorts för framtagning av för analytisk dimensionering nödvändiga E-moduler för två kvaliteter av makadambärlager, WM nr 1 och 2 (jfr det föregående). Hänsyn tages därvid till underlaget, som antingen kan bestå av ett stabiliserat eller ostabiliserat förstärk-ningslager (likvärdigt med en starkt sprucken kalk-'eller
cementstabili-sering), jfr nedanstående tabell:
13
Materialklass Stabiliserat Ostabiliserat eller
förstärkningslager sprucket förstärk-MPa ningslager, MPa
WM 1 150-700 100-400
WM 2
120-400
' 70-250
Modulvärdena är avvsamma storleksordning som för välgraderat bär-lagergrus av god kvalitet. Permeabilitetsmätningar, gjorda in situ, visade att även material med höga skrymdensiteter hade tillräckligt god vattengenomsläpplighet. Kan finmateria'lhalten i fyllmaterialet hållas under 10 vikt-%, ökar permeabiliteten så mycket att makadamen t o m kan användas som ett dräneringslager. Motsatsförhållandet mellan lag-ringstäthet och permeabilitet innebär dock att stabiliteten samtidigt
minskar.
2.3 Indränkt makadam
Goda resultat kan erhållas med bitumenindränkt makadam där omlag-ring inte lätt så sker eftersom de ganska jämnstora stenarna "låses" av bindemedlet. Materialet bör sannolikt inte läggas i alltför tjocka lager så att stenarna börjar överlagra varandra, jfr västtyska erfarenheter av obunden makadam. Lee m fl (1967) beskriver således en undersökning av
en huvudväg i Maryland, USA, som krävt ovanligt litet underhåll under
20 år. Vägen var byggd med bärlager, bestående av 10 cm indränkt makadam, och belagd med 7.5 cm tät asfaltbetong. Man menar att orsaken till den goda hållbarheten har varit överbyggnadens ringa vat-tenkänslighet. Undergrunden bestod av svaga, leriga eller siltiga jordar-ter varför man lagt ut ett 5 cm tjockt filjordar-terlager av stenmjöl under bärlagret. Något förstärkningslager fanns inte. I. några lokaler hade makadamen penetrerat filterlagret och lokala bärighets-skador uppstått.
Enligt Langer (1982) är österrikiska vägar, äldre än 10-15 år, i betydligt
_bättre skick i de fall man använt sig av indränkt makadam i bärlager istället för välgraderat bärlagergrus. Under den indränkta makadamen
14
fanns det ofta gamla packstenlager. Langer menar att orsaken till de goda resultaten med sådana konstruktioner måste vara att de i likhet med järnvägsballast har så hög elasticitet, att den under trafiklaster uppkomna maximala skjuvspänningen koncentreras djupa-re ned än i styvadjupa-re överbyggnadskonstruktioner. De ganska tunna asfaltbundna lagren kan enligt Langer motstå den rent elastiska defor-mationen utan att utmattas. I-lan hänvisar t o m till goda svenska
erfarenheter med BBÖ-konstruktioner (1) Den mindre
vattenkänslighe-ten hos indränkt, hålrumsrik makadam, jämfört med välgraderat bärla-gergrus, omnämns däremot inte.
Langers åsikt om gynnsam hög elastisk deformation är ganska kontro-versiell. Medina (1982) anser således, visserligen från ett helt annat klimatområde (Brasilien), att tjocka lager med obundet stenmaterial ger alltför hög' elastisk deformation och därmed utmattning av asfalt-beläggningar. Ett ganska tunt lager bergkross på styv lateritjord, som i Brasilien utgör det vanligaste undergrundsmaterialet, har fungerat bäst. Lateritjord vattenmättas och försvagas inte så lätt, inte ens i fuktiga områden beroende på snabb avdunstning. En fördel med iaterit anses också vara att dess modulvärde inte är så spänningsberoende som det hos "normala" obundna stenmaterial (jfr litteraturstudie angående
labo-ratorieprovningar).
I Norge har man även goda erfarenheter av indränkt makadam, särskilt vid förstärkning av vägar med dåliga grusbärlager (Nesheim, 1985). Veglaboratoriet (1985) rekommenderar användning av dränerande
bärla-ger i sådana fall, t ex "förkilad" makadam, indränkt makadam eller
också asfalterad makadam. Ökningen av tillåtet lufttryck i däcken (i
Norge från 0.7 MPa år 1970 till 0.9 MPa år 1978) har särskilt bidragit
till en ökad utmattning av bärlager och beläggning, något som kräver skärpt uppmärksamhet beträffande materialkvaliteter. Man har även i Finland observerat att användning av indränkt makadam bidrager till ovanligt skadefria vägar (Orama, pers. medd. 1986). En förutsättning är dock att bindemedelshalten är tillräckligt hög; man bör således kunna ta upp hela borrkärnor från lager av indränkt makadam.
15
3 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER
Ofylld makadam med högt hålrum har ej använts mycket i vägsamman-hang eftersom de elastiska och permanenta deformationerna blir alltför höga. I Västtyskland har man funnit Vägskador i sådana fall makadam använts som ett tätningslager som blivit tjockare än stenstorleken. Tidigare använd, fylld makadam har vid korrekt utfört arbete gett anmärkningsvärt väl fungerande bärlager. Konstruktionen är tyvärr ar-betskrävande och förekommer därför knappast mer. På senare år har
man dock i Sydafrika åter tagit upp bärlagertypen.
Indränkt makadam har gett gott resultat som bärlager enligt olika väginventeringar. Den är inte vattenkänslig till skillnad från bärlager-grus. Det är dock inte känt om konstruktionen också testats vid mycket höga trafikbelastningar. Materialet bör inte användas i alltför tjocka lager för maximal stabilitet.
Det är sannolikt att de f.n. normerade "luckra" BBÖ-konstruktionerna
enligt BYA 84 kan få ganska hög elastisk deformation beroende på både den stora lagertjockleken och det höga hålrummet i makadamen. En annan bidragande orsak är sannolikt de tunna tjocklekarna av asfalt-bundna lager som tillåts enligt anvisningen. Ganska små skillnader i gradering förmodas kunna ge ganska stora effekter, även om sådana är svåra att påvisa i praktiken. För högsta stabilitet bör graderingen vara sådan att hålrummet inte blir för högt, men bitumenindränkningen sätter en gräns. Överdriven "kubisering" bör undvikas eftersom man då får ett stenskelett med dålig "låsning" men inte heller alltför flisig och stänglig sten blir bra. l/erkan av bitumenindränkningen är även osäker, i varje fall med de f.n. använda bindemedelshalterna. Kraven på god stenmate'rialkvalitet är högre vid hålrumsrika makadamgraderingar än vid bärlagergrus, och i vissa fall har man använt sig av alltför dåligt stenmaterial.
Det bör undersökas om man numera inte på ett bättre sätt än vad som tidigare var möjligt kan fylla hålrummen i utlagd makadam med stenmjöl. Cementbruksbindning är ett steg vidare och ger ett maximalt
16
stabilt material. Man bör studera om ett ekonomiskt bindemedel med hög flygaskahalt går att använda. Med nuvarande teknik bör det gå att bruksbinda ett mer välgraderat material än vad som tidigare var möjligt
vid cementbruksbunden makadam.
Problemen med hålrumsfyllning och bitumenindränkning gör'dock att en ny typ av mer välgraderad bergöverbyggnad rekommenderas för utprov-ning. Denna bör ge bättre stabilitet än def.n. använda BBÖ-konstruk-tionerna, men också samtidigt vara ekonomisk. Man ersätter de f.n. normerade hålrumsrika sorteringarna "grov" och "medel" med en enda,
mer välgraderad sortering, ex. 100 mm eller vid ringa lagertjocklek
0-80 mm. Sådana sorteringar säljs f.ö. redan av vissa stenkrossar som förstärkningsmaterial och sägs fungera mycket bra. Gränskurvor för ett lämpligt material kan framtagas.
Den "fina" sorteringen, som f.n. något odefinerat används som avjäm-nings- och tätningsmaterial och indränks, ersätts med ett lager' indränkt makadam (IM, se vägverket, Meddelande TU 1985:8). Därmed får man
ett mer väldefinerat material, bl a beträffande stenkvalitet. Man får
inte snåla på bitumenhalten, hela makadamskelettet ska bindas väl och en viss inträngning t o m ske in i det underliggande 0-100 mm materia-let.
Den indränkta' makadamen måste, till skillnad från det underliggande materialet, göras av ett starkt stenmaterial. En kompletterande bedöm-ningsmetod till sprödhetstalet, som kan ge goda resultat med vissa
olämpliga material, kan behövas. Våtnötning i kulkvarn (Höbeda och
Chytla, 1985) bör lämpa sig även för bedömning av makadam.
Det föreslagna 0-100 mm materialet kommer att separera en hel del vid utläggning, något som dock inte bör spela större roll eftersom det grova stenskelettet motverkar vattenkähsliga finmaterialanhopningar. Brand I* (1976) har studerat inverkan av separation hos bärlagergrus 0-56 mm och inte funnit någon negativ effekt på bärigheten, mätt genom plattbelastningsförsök, hos färdig vägkonstruktion.
Ytan hos utlagd bergkross blir troligen av dålig jämnhet, men detta
17
avhjälpes av IM-lagret, som inte bör göras alltför tjockt. Det bör dock vid behov även kunna läggas i större tjocklekar (jfr ovannämnda TU-meddelande) för att avhjälpa under byggnadsskedet uppkomna sätt-ningar i undergrunden. På detta stabila, inte vattenkänsliga underlag bygger man sedan upp om nödvändigt AG-lager och slutligen slitlager. Den förstnämndas 'tjocklek beror på dimensionerande trafik och kan vid ringa trafik t o m elimineras.
Tjockleken hos stenkrosslagret 0-100 mm bestäms i princip av under-grundsförhållandena och vid tjocka vägöverbyggnader kan man lämp-ligen lägga det på väl packad sprängsten. Ett välgraderat material bör bättre än ett hålrumsrikt makadamlager kunna fungera som en "flexibel platta" och därmed även motverka sådana längsgående sprickor som är vanliga på BBÖ-vägar (foto l). Stabilisering av undergrundär också en åtgärd som oftare bör övervägas för att åstadkomma maximal styvhets-utveckling hos bergkrosslagret.
Föreslagen konstruktion bör först utprovas genom provvägsförsök. Det
är dock inte fråga om några nya material utan snarare beprövade
material i en ny kombination. Utläggningssvårigheter kan ev. uppkomma i vissa fall, men knappast problem med dålig bärighet.
.18
4 REFERENSER
Andersen, O., Vibromacadam. Dansk Vejtidskrift nr 3, 1966.
Baker, R.F., Quinn, 3.3. Experimental pavement project, 9th Interim
Report. Bureau of Structures, Materials and Applied Research. New Jersey Department of Transportation.
von Becker, P. Zur Annahme wirklichkeitsnäherer E-moduli als
Kenn-werte für das elastische Verformungsverhalten flexiblen Strassenbe-festigung bei elastisitätsteoretischen Beantspruchungsrechnungen.
For-schung Strassenbau und Strassenverhehrstechnik, Heft 204, 1976.
Brand, W. Anregungen zur Beurteilung und Beinflussung des Eigen-schaften von korngestuften Mineralgenischen aus gebrochenen
Natur-stein. Die Natursteinindustrie nr 6, 1976.
Emery. 3. Characterization of flexible pavement components. Paving in Cold Areas, Mini-symposium Canada-Japan, Vancouver 1982.
Esch, P.E., McI-iattie, R. Prediction of roadway strength from soil
properties. Int. Symp. on Bearing Capacity of Roads and Airfields, Trondheim, 1982.
Ewers, N. Bestimmte Bauweisen im Strassenbau erfordern zwingend erstklassige Zuschlagstoffe. Baustoffindustrie nr 7, 1965.
Groth, PJ. The use of high density layers in road pavement. Proc. an
Symp. on Unbound Aggregates in Roads, Nottingham 1985.
Halfmann, U., Schuster, F.O., Siedek, P., Toussaint, A. Selten oder
nicht mehr angewendete Bauweisé, kap. 32 i Handbuch des
Strassen-baues (Wehnert m fl) Band 2, Springer-Verlag 1977.
Herion, E. Vergleichende Untersuchungen der Standfestigkeit bitu_minös
verfestigter Mineralgemische. Forschungsarbetien der Strassenwesen;
Neue Folge, Heft45, 1960. V
'
19
Horak, E., Triebel, H.H. Waterbound macadam as a base and as a
drainage layer. Transportation Reseach Record 1055, 1086.
Höbeda, P. B'a'rlagergrus egenskaper - en sammanfattning av påbörjade -försök, VTI Internrapport 83, 1972.
Höbeda, P. Vattenkänsligheten hos bärlagergrus, VTI Meddelande 121,
1978.
'
Höbeda, P. Bärlagergrus - en inventering av erfarenheter. VTI Medde-lande 442, 1985.
Höbeda, P., Chytla, J. Nötning av beläggningssten i kulkvarn, VTI
Meddelande 444, 1985-.
Kerr, J.W.G., Haughton, D.R. The national and benefits for revision of
B.C. granular base specifications. Proc. Paving in Cold Areas. Mini-seminar Canada/Japan Science and Technology Consultations. Public Works Research Institute, Technical Memorandum of PWRI No 2136, 1984.
Kerr, J.W.G. Granular base Characteristics for roadway pavement
sruc-tures. Geotechnical News, June, Sept, 1985.
Knoll, E., Griebe, A. Mechanisch verfestiger Mineralbeton mit
Ausfall-körnung. Der Naturstein im Strassenbau, 41, 1965/3.
Kulshrestha, H.K. Performance of pavement materials. Indian
High-ways, december 1985.
Langer, W. Oberbau mit nicht kornabgestuften Kantkörnungen. Vor-tragsveranstaltung der Arbeitsgrubpe "Steinstrassen und Stenmaterial" 9 nov 1982, Forschungsgesellschaft für das strassenwesen. Öster-reichischen Ingenieur- und Arkitekt-Verein 78.
Lee, A., Williams, S., Mullen, W.G. Long-term deflection study of an exceptionally maintenance-free pavement. Proc. 2nd Int. Conf.
20
tural Design of Asphalt Pavement, Ann Arbor, 1967.
Linde-Jensen, 3.3., Borch-Jensen, 3.15. Vand i veje. Dansk Vejtidskrift,
nr 8, 1986.
Medina, J. Preussler, S., Pinto, S. Motta, L. A study of resiliency for pavement design in Brazil.. 5th Int. Conf. Structural Design Asphalt
Pavements. Delft, 1982.
Milde. Schottertragschichten -Möglichkeiten ihrer Anwendung. Die
Strasse, Heft 4, 1967.
Nesheim, E.G. Forsterkning av baerelag: Penetrert pukk i skuddet. Våre Veger nr 7, 1985.
Ridgeway, H.H. Pavement subsurface drainage systems. National Coo-perative Highway Research Program, Synthesis of Highway Practice 96,
1982.
Sandström, G.E. Byggarna. Teknik och kultur från vasshus och
pyra-mider till järnväg och högdammar. Bokförlaget Forum 1968.
Stromberg, F. m fl. Investigation of base courses of flexible pavements.
Maryland State Highway Administration, NTIS, PB.225 554/5 (1972).
Veglaboratoriet. økning av vegens baereevne ved bruk av drenerende baerelag, Vegen og Vi, nr 1, 1985.
Voss, R. Kornaufbau und Tragfähigkeit eines verfüllten
Rüttelschotter-unterbaues. Strasse und Autobahn, Heft 4, 1958.
Yoder, E. Fundamental properties relative to behaviour under load. Conf. on Utilization of graded aggregate base materials in flexible
pavements. Oak Brook 1974.
Örbom, B. Bärlagerprovvägen vid Brista. Statens Väginstitut, Speciel-rapport .31, 1965.
