Prov med verkblandad cementstabilisering på väg E-79, Vännäs -75. Lägesrapport av Krister Ydrevi k

Transkript

1 J Statensvag-och trafikmstltut(vt1) Fack Lmkopmg us rädd d t P - Nr NihOl'lå' Road&Traff c Research Institute Fack Linköping Sweden - San l å i å - ISSN Z f # % t 2.9 ände e provmedverkblandadcementstablllsermg et på vage-79, Vannas-75 g $ Lagesrapport » -- av KristerYdrevik

2 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) Fack Linköping Nr National Road & Traffic Research Institute Fack Linköping Sweden 55N Prov med verkblandad cementstabilisering på väg E-79, Vännäs -75 Lägesrapport av Krister Ydrevi k

3 FÖRORD Provvägen utfördes i juni 1975 av Vägförvaltningen i Västerbottens län (VF AC). På uppdrag av Statens Vägverk, Tekniska avdelningen (CF/TVb) har Statens Vägoch Trafikinstitut (VTI) medverkat vid utförandet och har i samband därmed utfört provtagningar, mätningar och observationer samt sammanställt resultaten i byggnadsrapport. Mätningar, provtagningar och inspektioner har efter provvägens utförande utförts av VF AC och VTI och resultaten av dessa redovisas i lägesrapporter. Bedömning av provvägens samlade resultat göres i slutrapport. Linköping i december 1977 'örn Örbom

4 I N N E H Ä L L S F Ö R T E C K N I N G FÖRORD Sid SAMMANFATTNING I 1. BESKRIVNING AV PROVVÄGEN I 2. TIDIGARE RAPPORTER I 3. UTFÖRDA MÄTNINGAR l 4. MÄTRESULTAT 2 5. PLANERADE MÄTNINGAR 2 6. KOMMENTARER 2

5 Prov med verkblandad cementstabilisering på väg E79, Vännäs-75 Lägesrapport av_krister Ydrevik Statens väg- och trafikinstitut Fack LINKÖPING SAMMANFATTNING På Väg E79 vid Granölund utfördes 1975 i samband med ett av VF AC:s förstärkningsföretag (cementstabilisering) 5 provsträckor med bärlager av 15 cm cementstabiliserat sandigt grus, framställt genom verkblandning. Provsträckorna belades med 80 AB16t. Provsträckorna gavs vid utförandet varierad cementhalt (5 och 10%) och varierad vattenmättnadsgrad (<80% resp >80%), varjämte en referenssträcka av normal sammansättning ingick. Avsikten med provvägen var att - förutom cementstabiliserade vägöverbyggnaders bärighetsegenskaper - speciellt studera hur dels vattenmättnadsgraden vid det stabiliserade materialets tillverkning, dels cementhalten inverkade på frekvensen tvärsprickor, synliga i den färdiga vägens beläggningsyta. Provbelastningar efter 2 år visade att vägens bärighet, uttryckt som medelmodul, i genomsnitt var ca 3 gånger så hög som före stabiliseringen. Sträckor med den högre cementhalten uppvisade ca 65% högre bärighet. Under de gångna 2 åren efter utförandet har bärigheten avtagit med ca 30%- Vid tjällossningen 1977 studerades bärigheten genom upprepade provbelastningar. Den visade ej nämnvärd nedsättning. Undergrunden har betecknats som icke tjälfarlig. Jämnhetsmätningarna under de första 2 åren visar att endast små förändringar uppkommit såväl i längdled

6 II (PSI-värde) som i tvärled (spårbildning). En tidsbegränsad försämring av PSI-värdet under tjällossningen 1977 antyder, att en viss ojämn tjällyftning kan förekomma trots ovannämnda undergrundsklassificering. Efter 2 år var frekvensen tvärsprickor, synliga i beläggningsytan, ungefär normal enligt erfarenheter från andra jämförliga svenska provvägar. De avsiktliga variationerna i vattenmättnadsgrad (65-lOO%) har icke gett upphov till den variation i sprickfrekvens, som enligt en tidigare framförd hypotes skulle ha uppkommit. Däremot visade sträckorna med den högre cementhalten (10%) tydligt lägre sprickfrekvens än sträckorna med normal cementhalt (5%).

7 l. BESKRIVNING AV PROVVÄGEN Provvägen, av VTI benämnd "Vännäs-75", är belägen på väg E 79 vid Granölund, och ingår i en 1975 utförd ombyggnad av delen Granölund-Lillsele, som utfördes med bärlager av 15 cm cementstabilisering enligt verkblandningsmetoden. 2. TIDIGARE RAPPORTER VTI Internrapport Nr 233, "Prov med verkblandad cementstabilisering på väg E 79, Vännäs-75" (under utarbetande). VTI Meddelande Nr 21 "Prov med verkblandad cementstabilisering på väg E 79, Vännäs-75. Lägesrapport ". ' 3. UTFÖRDA MÄTNINGAR Tidpunkt för och typ av mätning som redovisas i rapport framgår av nedanstående. denna A. gärighegsbestämnigg, med VTI:s 5-tons fallviktsapparat utförd före stabilisering den 7 juni 1975, efter stabilisering den 8 juli 1975, 18 augusti 1976, 29 april 1977, 4 maj 1977, 13 maj 1977 samt 10 augusti B. gämnhetsmägging i längd och tvärled, med VTI:s CHLOE- resp BIFROST-mätare utförd oktober 1975, augusti 1976, april 1977 samt augusti C. Registrering av tjäldjup_och_upp ining utförd under perioderna nov-75 - juni-76 samt nov-76 - juni-77. D. Utborrning och provtryckning av borrkärnor för beêeåeqleh-êy- êe_ Eêêlllêêäêêâ-lêSE E _EEYEEEåll:

8 b) fasthet utförd våren (Resultaten finns redovisade i VTI Meddelande Nr 21 och har därför ej tagits med i detta meddelande). E. Sprickinspektion för registrering av sprickfrekvens utförd oktober 1975, maj 1976, augusti 1976, april 1977 samt augusti MÄTRESULTAT Resultat av ovanstående mätningar redovisas i tabell 1 och 2 samt i bilaga 2 t o m PLANERADE MÄTNINGAR Av VTI planeras fram till 1980, fortsättning av redan påbörjade mätserier för registrering av bärighet, ytjämnhet och sprickfrekvens. Registrering av tjäldjup och upptining kommer att utföras för sista gången vintern 77/78. Våren och sommaren 1978 kommer höjdavvägning att utföras för bestämning av tjällyftningens storlek. 6. KOMMENTARER A. Bärighetsmätningar Bärighetsmätningar med fallviktsapparat visar att vägens dynamiska E-modul (medelmodul för överbyggnad och undergrund) de två åren närmast efter utläggning av ett 15 cm tjockt cementstabiliserat lager varit i medeltal (bilaga 2) ca tre gånger större än före stabilisering. Studeras medeltalen för varje enskild sträcka kan ur bilaga 2 utläsas, att E-modulen på vägen före stabilisering, var ca 30% högre på sträcka 4 än på de övriga

9 (J.) provsträckorna. Från mätningar gjorda efter stabilisering kan skillnader i bärighet mellan provsträckor utförda med olika cementhalt utläsas. Provsträcka 2 och 4, utförda med 10 vikt-% cement har vid mätning i juli 1975 ca 65% högre E-modul än sträcka l och 3 utförda med 5 vikt-% cement. Den betydligt högre E-modulen på sträcka 4 jämfört med E-modulen på sträcka 2 (båda med 10 vikt-% cement) kan med största sannolikhet tillskrivas den på sträcka 4 högre E-modulen i undergrunden. Om man ser till hela provvägen har den genomsnittliga E-modulen, från juli 1975till augusti 1976, sjunkit med ca 10%, och från augusti 1976 till augusti 1977 med ca 25%, vilket innebär en total minskning av E- modulen från juli 1975 till augusti 1977 med ca 30%. Skillnaden i E-modul mellan å ena sidan sträckorna 2 och 4 med 10 vikt-% cement och å andra sidan sträckorna 1 och 3 med 5 vikt-% cement är i augusti 1977 något mindre (genomsnittligt ca 65% högre på str 2 och 4). 4 mätningar utförda under tjällossningsperioden 1977 antyder att någon egentlig nedsättning av bärigheten vid tjällossningen ej förekommer på denna provväg, vilket också förefaller naturligt, då undergrunden består av icke tjälfarligt material. B. Jämnhetsmätningar Jämnhetsmätningar utförda med Väginstitutets CHLOEmätare, där resultatet redovisas som ett trafikerbarhetsvärde (PSI) har givit de resultat som anges i tabell 1.

10 Tabell 1. Provsträcka PSI-värde Mätning utförd ,21 3,24 3,08 3, ,44 3,41 2,96 3,17 i 2 3,14 3,19 3,12 3,11 3 3,85 3,80 3,03 3,68 4 3,67 3,64 3,45 3,54 Mdv 3,46 3,45 3,13 3,34 Som framgår av medelvärdet för hela provvägen har endast en obetydlig sänkning av PSI-värdet skett under mätperioden. Studeras värdena för varje provsträcka kan ur tabellen utläsas att den största förändringen i PSIvärde har inträtt på sträcka O, vilken även enligt bilaga 2 uppvisade den lägsta bärigheten. Av tabell 1 framgår att PSI-värdet för de flesta sträckorna var avsevärt lägre vid tjällossningen l977 än i augusti föregående år och att PSI-värdet åter ökade efter vårmätningen 1977 fram till augusti Detta får tas som ett belägg för att en viss grad av ojämn tjällyftning - trots den icke tjälfarliga undergrunden - förekom våren På varje provsträcka har 6 st tvärprofillinjer inlagts för registrering av förändringar i vägens tvärprofil, främst på grund av permanenta deformationer, som kan tänkas uppkomma genom inverkan av tung trafik, dvs hjulspårsbildning. Mätningarna utföres med VTI:s BIFROST-mätare. Fyra sådana mätningar har hittills utförts. Några egentliga hjulspår har i varje fall ännu ej uppkommit, varför i detta skede endast den s k standardavvikelsen (uttryckt i mm) från en tänkt rät linje mellan tvärprofillinjens ändpunkter redovisas.

11 Standardavvikelsen utgör ett mått på vägens allmänna "Vågighet" i tvärled. Tabell 2. Prov- Standardavvikelse (mm) StraCka Körfält mot Umeå Körfält mot Lycksele ' ,8 p 1 I [0 lll '2 I 0 I I I I I I I I 2 I I I I I I I I 3 I I I 1 I I I I 4,, I 1,6 1,6,, 1, Mdv 1,3 1,6 1,8 1,9 1,4 1,4 1,6 1,6 Som framgår av tabell 2 är standardavvikelsen mycket liten på alla fem sträckor, och förändringen under mätperioden obetydlig. I genomsnitt har standardavvikelsen ökat något mer i körfältet mot Umeå, vilket skulle kunna vara en antydan om att trafiken i detta körfält är något tyngre. Sammanfattningsvis kan konstateras att jämnheten på provvägen i både längd- och tvärled är mycket god. Någon nämnvärd försämring av ytjämnheten har ej skett under mätperioden (2 år). C. Tjäle För registrering av tjälens nedträngning och avgång har 6 st tjälgränsmätare placerats på provvägen. Dessa tjälgränsmätare har avlästs varje måndag under perioderna november juni 1976 samt november juni Resultatet av dessa mätningar redovisas i bilaga 3 VTI MEDDELANDE 6 8

12 och 4. Följande kan utläsas: Vintern maximalt tjäldjup för perioden = 215 cm upptiningen i vägytan börjar andra veckan i april 3. marken helt tjälfri tredje veckan i juni Vintern maximalt tjäldjup för perioden = 215 cm upptiningen i Vägytan börjar andra veckan i april 3. marken helt tjälfri fjärde veckan i juni D. Det stabiliserade lagrets tryckhållfasthet För bestämning av det cementstabiliserade lagrets tryckhållfasthet har ett antal borrkärnor tagits upp av VFY. Borrplan samt resultat av provtryckningarna har tidigare återgivits i VTI meddelande nr 21. E. Vattenmättnadsgrad - sprickbildning Syftet med provvägen är främst att undersöka hur vattenmättnadsgrad och cementhalt påverkar uppkomsten av sådana tvärsprickor i det cementstabiliserade lagret, som även går igenom ovanliggande slitlager. För att söka få svar på den frågan har provvägen uppbyggts med provsträckor med dels hög resp låg cementhalt hos det stabiliserade lagret, dels hög resp låg vattenmättnadsgrad vid tillverkningen (se bilaga 1). TvärSprickornas längd och antal på resp provsträcka bestämmes och den s k sprickfrekvensen beräknas. Hittills har fem sådana inspektioner och sprickfrekvensberäkningar utförts. Resultatet av dessa redovisas i bilaga 5. Man kan konstatera att provsträckorna utförda med låg (5%) cementhalt uppvisar en högre tvärsprickfrekvens än de som är utförda med hög (l0%) cementhalt, vilket

13 stämmer med tidigare erfarenheter. Hög draghållfasthet medför stort inbördes avstånd mellan de genomgående (synliga) tvärsprickorna. Tvärtemot tidigare teorier uppvisar, efter två års mätningar, provsträckorna med hög vattenmättnadsgrad vid tillverkningen (str 3 och 4) en något lägre tvärsprickfrevkens än motsvarande sträckor med låg vattenmättnadsgrad (str 1 och 2). För att man bättre skall kunna värdera de uppmätta sprickfrekvenserna, har i bilaga 6 en översiktlig jämförelse gjorts mellan Vännäsprovvägen och två tidigare redovisade cementstabiliseringsprovvägar, nämligen Västerås 70 (Meddelande 5l) och Hammar-Lo (Internrapport 216). Vid den förra utfördes - liksom vid Vännäsvägen - bärlager av cementstabiliserat, verkblandat material, medan de stabiliserade bärlagren för den senare provvägen utfördes genom markblandning. Om referenssträckorna för de tre provvägarna jämföres, så kan man konstatera att sprickfrekvensen genomsnittligt var ungefär densamma i Vännäs och Hammar-Lo, medan den var något lägre i Västerås, vilket möjligen kan bero på att temperaturskillnaden mellan sommar och vinter här är något lägre. Anmärkningsvärt i detta sammanhang är att sprickfrekvensen inte blev högre i Vännäs, där verkblandat material användes, än i Hammar-Lo med markblandat stabiliserat lager. Den förstnämnda byggnadsmetoden har nämligen ansetts medföra större risk för högre sprickfrekvens beroende på sämre vidhäftning mellan det stabiliserade lagret och underlaget. Även för sträckorna med låg vattenmättnadsgrad vid tillverkningen överensstämmer sprickfrekvenserna ganska väl mellan Vännäsoch Hammar-Lo-provvägarna. -Att de speciella åtgärder, (mellanlager av grus, förankring, inblandning av vägolja i det stabiliserade lagret samt användning av expansivcement), som vidtogs vid Västeråsvägen för att minska sprickfrekvensen, givit så tydligt utslag i form av tvärsprickfrekvens,

14 8 torde i högre grad få tillskrivas de valda åtgärdernas effektivitet, än det nyssnämnda fördelaktigare klimatet i Västerås.

15 i ä' 2 I 21: 3 4 : z ;3\ LXXXX\\\XXK XX\X XXYXXXXX \\YXX \\\X\X\X LXXX\\ XXXXXYXXXXXXXXXXYXXXXXXXY\X\XXXXXXXXXXXXXX'L \\ \XXXXXXX D 0, :E rå 9L v 8 0. > 0. m. C)(D C)<(,å ä '5 c,- ozuec 7815 oas/ae ams ozcvse aus?ll/be mus ozc/se Hus 0/.7/62 ' v ca ä 0 :3 3 1 OSL OSL?SL sm > F % : : % 4 ovaasovn ovaesavn (Naeem/N m i NBLlVA /.-1 na 2'9 NBUVA /.-1 u^ os Nauwx '5-1qu 09 m; 35 mama:) /.-1 A om mama:) /.-1 na0m mama:) /.-1 4 A 03 :g 2 LUOSL :fl 1? 'awsmaw 33 'awsmawaa 'awsmawao 'awsmawaa '8VlSlN3NZ-JO 2: 5 -o \ g 0- N311VA 'lo-dha 91. NBllVA'A-DHA 0'5 *'* *& Q. \_ avassow GeasscaNugH g ; -uwaam/a QQH -»valla/x wuuaow ; :g J, mama:) /.-1 u^ 0'5 mama /.-1 na 5'7 <( k' o 0: :< 0: -1 -uywuamm QQH -uywuamm uwabuva 9y1 *VTI B ' ELANDE 68

16 P rovvág "Vännas-75" Väg Bilaga 2 4 Medelvärden for E-modul en pa 0 resp provsträcka Värde av 4 st provpunkter/sträcka). (medel- MPa dyn CG + AB Bef. grus i i i26 547i i20 784i i30 798i i29 973i i i i i i i i i i i : i i i i i i i i i i i i % i i i i i i Datum Tjäldjup (MV) (cm) Upptining (MV) Provsträcka nr HONMQ' Medelvärde för hela provvägen

17 Ạ _.,_. u..., _..ç. M......N a * m, W 4 Z_ H TJPLQJ UP.OCH UPPTIN-'NQ-,.-. VINTERN H l 95/42; På i PROVVPG VRNNñs?5 'I DlBGE/?HHET.2500 VISBS NED/51, - VU?6. 101? M»1 U VDEDET' Foe SEX HPTPUA/_KTEE g... -r mm...»..., W nu-»4..,.74. rm? 2.?! v - w..._-u, " mm-am....h an M 7..._á..._._..,., Z -...x _. *1* Q..._ _.._..r» 5 W.. WA m.._-..._4...,..._ -..amma.. M.. x..<.., W* 4. u......ma-.mh...44' _0-.._ -i..,...r...-v... _.-.,-.._..4_._.._....4

18 r i i A._Izäeqw om.uppt'n'ng._,vwrsewé/w få. PROWRG, VEMNRS 45". IDWGERMET 5(10ch» M, h M N u -W.u ÅÃQQVISHS HEDELVÖEDET prv 5Ey Mår- _ VTI?QIO/37425 PUNKTEK Y...r - _MM_ MVM-'mn_w... LA., voi..-w-...w.w y m_..4m _ - A..-_._..;-._ A-- 7,-, _,_.M N A.M - _-A...N 4 - O *...kvmmuk du_ M- NW , 4 4 A.. r.m _. -, _., A, J, > 4. A A hmm--nr--o-r J h.- _...a,...._.. -U _.. - N 4,....-»MM I P r 4 v. L ; '., -. r,. V..?,,. h 5,n.,, > _ ,. L L, 7. 4, - V _.,, L A A.-W _ m-..w-,,.., v _. - _ -. s.-. _7..-_ i- N i, _ N H...A _._. _.M_.q.« _.,..-_.,4,, 4 T _ g 1 \ _ -.v nu_..v, _r<-n_v>..l_..v_. F..._J.._.._ *--_...L.,._.._..._4_ v. _L_ -... _.r,.,-_,-...v V.,_ Am»., 7-<,.v W..,. H.,..,-w_-._.-.. L >...w._. '.,7..

19 P rovvag "Vännäs-75" Sprickfrekvens Tvarsprickor vatten- nominell verket) Bilaga 5 7,6 ls våglängd m E Vid utförandet Provsträcka Typ Cementhalt Z Vattenhalt (verklig vid Z Verklig mättnads- grad, Z _ ,0 Låg vattenmättnads- 5,0 grad (5,98i0,26) 65i15 0,00 0,23 0,23 0,34 0,33 5,0 Referenssträcka 4,5 (5,1710,37) 0,00 0,11 0,28 5,0 (5,34i0,26) 72i15 0,01 0,16 0,24 Låg vattenmättnads- 10,0 grad (7,6liO, ,28 0,29 Hög vattenmättnads- 5,0 grad 6,3 Hög vattenmättnads- 10,0 (6,29i0,4l 99i5 0,17 0,17 grad

20 Provvägg "Vännäs-75" Tvärsprickfrekvens Bilaga 6 jämförd med andra provvägar. Provväg Utförandekaraktäristik Ålder FS 'månader (enligt bilaga 5) Vännäs-75 Låg vattenmättnadsgrad. Cementhalt 5-10%. 24 0,24-0,33 Hög -"-. -"- 5-10% ,17-0,29 Referensutförande -"- 4,5% ' 24 0,28 Västerås-70 Med grusmellanlager. Cementhalt 4,9% i 24 0,12 Förankring enligt G.O. -"- 4,9-9,l%, 24 0,09-0,13 Expansivcement -"- 4,9% 24 ' 0,10 Referensutförande -"- 4,9% 24 0,23 Hammar-Lo 73 Låg vattenmättnadsgrad. Cementhalt 6-10% 20 0,20-0,37 Förankring enligt G.O. -"- 6,5-10% 20 0,37-0,41 Referensutförande -"- 5-10% 20 0,19 0,37

21