Förstärkning av vägkonstruktion med stålnätsarmering

Transkript

1 VTI rapport 820 Utgivningsår Förstärkning av vägkonstruktion med stålnätsarmering 12 års uppföljning av väg E6 Ljungskile Safwat F. Said Håkan Carlsson Hassan Hakim

2

3 Utgivare: Publikation: VTI rapport 820 Utgivningsår: Projektnummer: Dnr: / Linköping Projektnamn: Armerad asfalt, Ljungskile Författare: Safwat F. Said, Håkan Carlsson and Hassan Hakim Uppdragsgivare: Trafikverket Titel: Förstärkning av vägkonstruktion med stålnätsarmering, 12 års uppföljning av väg E6 Ljungskile Referat En sträcka på 800 meter av motorvägen E6 söder om Ljungskile, öppnad för trafik 1991, uppvisade skador i form av längsgående sprickor i hjulspåren redan efter ca 5 års trafikering. Under år 2000 hade vägen omfattande längs- och tvärgående sprickbildning samt visade en omfattande spårbildning med ojämnheter. Sträckan förstärktes genom fräsning och påbyggnad. Inom vägavsnittet anlades tre provsträckor för undersökning av stålnätsarmeringens betydelse för upphöjning och förbättring av bärigheten och motståndet mot sprickor och spår. Teststräckorna instrumenterades med töjningsgivare på den frästa ytan. Syftet är att studera stålnätets förmåga att ge ökad bärighet i vägkroppen och motverka sprickor och spårbildning i beläggningsytan. Denna rapport redovisar resultat från uppföljning efter 12 års trafik. Efter att vägen har trafikerats i 12 år visar referenssträckan omfattande längsgående sprickor i hjulspår. Det förekommer inga tydliga bärighetsrelaterade sprickbildningar på de armerade sträckorna, utom en enstaka fin, längsgående spricka i en av de armerade sträckorna (sträcka 2) och ett par tvärgående, finare sprickor som kan härröra från skarvarna i stålarmeringen i sträcka 3. Det konstateras att armeringen har haft en signifikant effekt (10 15 %) på höjning av bärighet och begränsning av spårutveckling. Omfattande stensläpp på slitlagret har förekommit på alla tre sträckor. Nyckelord: förstärkning, vägkonstruktion, stålnät, armering, modellering, töjningsgivare ISSN: Språk: Antal sidor: Svenska 41 + bilagor 56

4 Publisher: Publication: VTI rapport 820 Published: Projectcode: Dnr: / SE Linköping Sweden Author: Safwat F. Said, Håkan Carlsson and Hassan Hakim Project: Reinforced flexible pavement, Ljungskile Sponsor: Swedish Transport Administration Title: Rehabilitation of road structure with steel fabrics, 12-years follow-up of Road E6, Ljungskile Abstract A motorway road section of 800 metre long of the road E6 south of Ljungskile in the Southwest of Sweden was seriously damaged due to low bearing capacity. Longitudinal and transversal cracks were frequently observed after about five year s traffic. The road section was rehabilitated by milling away 80 millimetre and paving with new bituminous layers. Three full-scale, 100-metre test sections were built. Two test sections were reinforced with steel fabrics and one section without reinforcement as a reference section. These sections are instrumented with strain gauges. The section s performance have been tested by deflection, strain and rut measurements and manual distress surveys. Degradation behavior of the test sections were numerically analyzed. This report presents pavement performance of the test sections after 12 years in-service. The reference section has shown extensive longitudinal cracks in the wheel paths. However, almost no cracks in the reinforced sections. It is concluded that the reinforcement had a significant influence (10 15%) in increasing the resistance of the test sections against fatigue cracking and in limitation of the rutting in pavement surface related to repeated-loading of the heavy vehicles. Keywords: rehabilitation, Pavement, steel fabric, reinforcement, modeling, strain gauge ISSN: Language: No of pages: Swedish 41 + appendix 56

5 Förord Föreliggande rapport redovisar, på uppdrag av Trafikverket, en utvärdering av stålarmerade konstruktioner vid förstärkning av vägar. Provvägen som omfattar tre instrumenterade provsträckor har följts upp i 12 år. Provvägens underhållsåtgärd med stålarmering ingick i EU-projektet Reflex (Reinforcement of Flexible Road Structures with Steel Fabrics to Prolong Service Life) och senare i EU-projektet Spens (Sustainable Pavements for European New Member States) för uppföljning och utvärdering av stålarmeringens effekt på nedbrytning av flexibla konstruktioner. Denna rapport är den slutliga utvärderingen av provvägen innan åtgärd Projektansvarig på Trafikverket har varit Carl-Gösta Enocksson. Linköping, april 2014 Safwat Said Projektledare VTI rapport 820 Omslag: Thinkstock, Håkan Carlsson

6 Process för kvalitetsgranskning Granskningsseminarium genomfört 1 oktober 2014 där Håkan Jansson, Trafikverket var lektör. Förste författaren, Safwat Said har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Projektledarens närmaste chef, Björn Kalman har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 22 oktober De slutsatser och rekommendationer som uttrycks är författarnas egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s uppfattning. Process for quality review Review seminar was carried out on 1 October 2014 where Håkan Jansson, Swedish Transport Administration reviewed and commented on the report. First author, Safwat Said has made alterations to the final manuscript of the report. The research director of the project manager Björn Kalman examined and approved the report for publication on 22 October The conclusions and recommendations expressed are the authors and do not necessarily reflect VTI s opinion as an authority. Tryckt på VTI, Linköping, 2014 VTI rapport 820

7 Innehållsförteckning Sammanfattning... 5 Summary Inledning Bakgrund Syfte Förundersökningar och förstärkningsåtgärd Tidigare utförda undersökningar Fallviktsmätning och val av sträckornas placering Förstärkningens utformning Instrumentering Provtagning Lagertjocklekar och placering av stålnät och töjningsgivare Analys av beläggningslager Tillståndsuppföljning Fallviktsmätningar Töjningsmätning i väg Modellering Tvärprofilmätningar med Primal Okulär tillståndsbedömning Slutsatser Referenser Bilaga 1: Redovisning av fallviktsmätning på E6 vid Ljungskile, 1996 Bilaga 2: Skadeutredning E6 syd om Ljungskile, 1996 Bilaga 3: Bilaga 4: Bilaga 5: Bilaga 6: Bilaga 7: Bilaga 8: E6 Ljungskile, delen Bratteforsån Lyckorna trafikplats, bärighetsdimensionering, diskussion, 1999 Töjningsgivarnas positioner Uppmätta lagertjocklekar Styvhetsmodul och hålrumshalt från borrkärnor Beräknade resultat från fallviktsmätningarna samt enskilda mätdata 2001, 2005 och 2012 Uppmätta och justerade töjningar Bilaga 9: Tvärprofiler mätta med Primal 2000 och 2012 Bilaga 10: Inspektionsprotokoll från 2012 innan åtgärd VTI rapport 820

8 VTI rapport 820

9 Förstärkning av vägkonstruktion med stålnätsarmering 12 års uppföljning av väg E6 Ljungskile av Safwat F. Said, Håkan Carlsson och Hassan Hakim VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut Linköping Sammanfattning En sträcka på 800 meter av motorvägen E6 söder om Ljungskile (Bratteforsån-Lyckorna), öppnad för trafik 1991, uppvisade skador i form av längsgående sprickor i hjulspåren redan efter cirka 5 års trafikering. En skadeutredning utfördes under 1996 och vägsträckan underhölls genom en försegling av vägytan på de skadade avsnitten. Det var dock klarlagt redan då att det fanns ett förstärkningsbehov. Under år 2000 hade vägen omfattande längsoch tvärgående sprickbildning samt visade en omfattande spårbildning med ojämnheter. Under år 2000 förstärktes sträckan genom fräsning och påbyggnad. Inom vägavsnittet anlades tre provsträckor för undersökning av stålnätsarmeringens betydelse för upphöjning och förbättring av bärigheten och motståndet mot sprickor och spår. I samband med åtgärd instrumenterades provsträckorna med asfalttöjningsgivare placerade på den frästa asfaltytan i hjulspår för mätning av horisontella dragtöjningar. Ståltöjningsgivarna monterades på stålnäten längs och tvärs färdriktningen. Denna rapport beskriver dessa sträckor samt redovisar resultat från uppföljning efter 12 års trafik. Syftet med projektet i Ljungskile är att studera stålnätets förmåga att ge ökad bärighet i vägkroppen och motverka sprickor och spårbildning i beläggningsytan. Uppföljning med fallviktsmätningar visar vissa skillnader mellan provsträckorna. Resultaten från töjningsgivarna i asfaltbeläggningen ger däremot stora skillnader i töjningsnivå mellan provsträckorna. De största töjningarna uppmättes på referenssträckan. De armerade sträckorna uppvisade betydligt lägre töjningar än referenssträckan. Efter att vägen har trafikerats i 12 år visar referenssträckan omfattande längsgående sprickor i hjulspår. Det förekommer inga tydliga bärighetsrelaterade sprickbildningar på de armerade sträckorna, utom en enstaka fin längsgående spricka i en av de armerade sträckorna (sträcka 2) och ett par tvärgående finare sprickor som kan härröra från skarvarna i stålarmeringen i sträcka 3. Tvärprofilerna på vägytan visar att spåren huvudsakligen har orsakats av strukturell nedbrytning av den tunga trafiken. De armerade konstruktionerna visar i genomsnitt % lägre spårtillväxt per år. Responsmätningarna visar tydligt att töjningar ökar i takt med att vägens nedbrytning fortskrider. Endast referenssträckan visar ett toppvärde på töjningsnivån redan efter 3 4 år. Det tyder på sprickutveckling i underkant beläggning. Töjningsutveckling i armerade sträckor har ökat hela tiden (ingen topp) som kan tyda på att sprickor inte har initierats än i någon större omfattning. PMS Objekt för dimensionering och analys av vägkonstruktion med Reflex procedur för modellering av en armerad struktur användes vid utvärdering av provsträckorna. Det konstateras från det här arbetet att armeringen har haft en signifikant effekt (10 15 %) på höjning av bärighet och begränsning av spårutveckling. Omfattande ytsönderfall med stensläpp i slitlagret har förekommit på alla tre sträckor. VTI rapport 820 5

10 6 VTI rapport 820

11 Rehabilitation of road structure with steel fabrics, 12-years follow-up of Road E6, Ljungskile by Safwat F. Said, Håkan Carlsson and Hassan Hakim The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) SE Linköping Summary A motorway road section, 800 metre long, on the road E6 at south of Ljungskile (Bratteforsån, Lyckorna) at the southwest of Sweden was seriously damaged due to its low bearing capacity after already 5 years of traffic. The road was opened for traffic in A damage assessment was conducted in 1996 and the road was maintained by the sealing of the road surface on the damaged sections. However, it was clear even then that there was a need for a rehabilitation. In 2000, the road had extensive longitudinal and transverse cracking and showed an extensive rutting. In 2000 the road section was rehabilitated by milling away 80 millimetre and paving with new bituminous layers. Three full-scale, 100-meter test sections were built. Two test sections were reinforced with steel fabrics and one section without reinforcement as a reference section. These test sections are instrumented with strain gauges at the bottom of new laid asphalt layers and detached to the steel bars. This report presents pavement performance of the test sections after 12 years in-service. The objective is to evaluate the performance of rehabilitated road structures reinforced with steel fabric against fatigue cracking and rutting related to heavy traffic. The pavement performance of the test sections have been evaluated by deflection measurements with Falling Weight Deflectometer, measurement of the pavement response using strain gauges and rut measurements performed periodically, together with manual distress surveys. Degradation behavior of the test sections were numerically analyzed. The Swedish Transport Administration (STA) software for pavement design and analysis of strains (PMS Objekt) with the Reflex procedure for modeling of a reinforced structure was used in evaluation of the test structures. After 12-years traffic loading, the reference section has shown extensive longitudinal cracks in the wheel paths. However, almost no cracks in the reinforced sections. It is concluded that the reinforcement had a significant influence (10 15%) in increasing the resistance of the test sections against fatigue cracking and in limitation of the rutting in pavement surface related to repeated-loading of the heavy vehicles. VTI rapport 820 7

12 8 VTI rapport 820

13 1 Inledning 1.1 Bakgrund En sträcka på 800 m av motorvägen E6 söder om Ljungskile (Bratteforsån Lyckorna), öppnad för trafik 1991, uppvisade skador i form av längsgående sprickor i hjulspåren redan efter ca 5 års trafikering. Trafikmängden i ÅDT på sträckan var 1991 totalt ca fordon med ca 14 % tunga fordon och en trafikökning på ca 3 % per år. En skadeutredning utfördes under 1996 och vägsträckan underhölls genom en försegling av vägytan på de skadade avsnitten. Det var dock klarlagt redan då att det fanns ett förstärkningsbehov. Under år 2000 hade vägen omfattande längs- och tvärgående sprickbildningar samt visade en omfattande spårbildning med ojämnheter. Under år 2000 förstärktes sträckan genom fräsning och påbyggnad. Inom vägavsnittet anlades tre provsträckor för undersökning av stålnätsarmeringens betydelse för upphöjning och förbättring av bärigheten och motståndet mot sprickor och spår. Dessa sträckor ingick senare i EU-projektet Reflex (Gustafson et al 2002). Uppföljning och utvärdering av sträckornas nedbrytning med tiden ingick under i EU-projekt Spens (Said et al 2009). Denna rapport beskriver dessa sträckor samt redovisar resultat från uppföljning efter 12 års trafik. Det här är det första svenska försöket med stålarmerad väg där uppföljningen skett med töjningsgivare i vägkonstruktionen. Tidigare rapportering av provsträckorna finns i referenser Said m.fl. (2001, 2002a, 2002b, 2003, 2009a och 2009b). 1.2 Syfte Syftet med projektet i Ljungskile är att studera stålnätets förmåga att ge ökad bärighet i vägkroppen och motverka sprickor och spårbildning i beläggningsytan. VTI rapport 820 9

14 2 Förundersökningar och förstärkningsåtgärd 2.1 Tidigare utförda undersökningar Under åren utfördes tre skadeutredningar rörande denna sträcka av E6 (Jansson 1996 bilaga 1, Enocksson 1996 bilaga 2, och Mårtensson 1999 bilaga 3). Dessa utredningar visade att vägen hade betydande skador med omfattande längs- och tvärgående sprickor i hjulspåren med krackeleringar samt regelbundet förekommande tvärgående sprickor mellan hjulspåren (Figur 1) och med en spårbildning på upp till 30 mm. Utredningarna visade att överbyggnadskonstruktionen på ca 900 mm med en asfaltbeläggning på ca 180 mm uppfyller i stort kraven enligt BYA 84 och anses vara godtagbar. Utredningarna konstaterade också att med hänsyn till undergrundens låga styvhet och vägens konstruktion är överbyggnaden underdimensionerad enligt VÄG 94. Därför utfördes en rejäl förstärkning av överbyggnaden. 2.2 Fallviktsmätning och val av sträckornas placering Avsikten med fallviktsmätningen innan åtgärd var att använda mätresultatet som underlag för val av homogena provsträckor och så identiska förutsättningar som möjligt. Mätningen utfördes i höger hjulspår och på var 10:e meter enligt VVMB 112:1998. Belastningen var ca 50 kn och temperaturen vid mätningen var 18 C i luft och 21 C i beläggningsytan. Figur 2 visar deflektioner i belastningscentrum (D0) och 900 mm (D900) från belastningscentrum. Det svaga avsnittet med stora deflektioner har valts ut för de tre provsträckorna. Inom provvägsavsnittet är det en stor variation i D0 som indikerar sprickor och skador i de översta lagren medan D900 visar jämnare deflektioner. Teststräckornas position har valts ut så att det är liten variation inom sträckan och mellan sträckorna. Referenssträckan (sträcka 1) är placerad på ett avsnitt med mindre deflektioner än sträcka 2 och 3, vilket tyder på att det avsnittet var något starkare. Sträcka 2 har sämsta förutsättningarna med de största deflektionerna (Figur 2). Det bör noteras att de översta asfaltlagren frästes bort och skillnaderna mellan sträckorna blir därför mindre. Varje provsträcka är 100 m lång (Said och Carlsson m. fl. 2003). Figur 1. Sprickor på vägytan i K1 innan åtgärd. (Foto: Håkan Carlsson). 10 VTI rapport 820

15 Figur 2 FWD-deflektioner innan åtgärd och placering av provsträckor. 2.3 Förstärkningens utformning Baserat på tidigare utredningar (Mårtensson 1999) bestämdes att de två översta lagren av HABD12 och HABD16 (totalt 80 mm) skulle fräsas bort och en påbyggnad inklusive stålnätsarmering skulle utföras. Provvägen omfattar tre provsträckor om vardera 100 m. Provsträcka 1 är en referenssträcka utan armering men i övrigt med samma uppbyggnad som provsträcka 2 och 3. I Tabell 1 redovisas de nominella tjocklekarna hos den befintliga konstruktionen och förstärkningsåtgärderna samt utförandeår. Tabell 1. Överbyggnadskonstruktion och utförandeår Lager Tjocklek, mm Utförande år Anmärkning ABD / kkv < 7 HABD 16/B85 45 Juli-aug Bortfräst 2012 ABb 16/B85 50 Juli-aug Stålnät #100 mm 6 mm Juli-aug Justering (ABT 11/B180) varierande Juli-aug HABD 16/B Bortfräst 2000 HABD 12/B Bortfräst 2000 AG 25/B Helt/delvis bortfräst 2000 AG 25/B Grusbärlager Förstärkningslager Berg Undergrund av siltig lera VTI rapport

16 Figur 3 Översikt av stålarmeringen på provsträckorna 2 och 3. (Foto: Håkan Carlsson). De översta dryga 80 mm av körbanorna, bestående av dränasfalt och viss del av asfaltbärlager, frästes bort och den frästa ytan klistrades med bitumenemulsion BE50R. Som avjämningslager lades en tät asfaltbetong typ ABT11/B180, för att ge ett jämnt underlag för stålarmeringen. Stålnäten hade stångdiametern Ø 6 mm och rutstorleken var 100 x 100 mm. Näten lades med fingerskarvning i längdled, beskriven i referenser (Rätt och slätt 1996, Sandberg och Björnfot 2004). Provsträcka 2 har armerats endast i det högra körfältet, K1. På provsträcka 3 utfördes en heltäckande stålarmering över båda körfälten, K1+K2, illustreras i Figur 3. Avsikten med det är att se om det är tillräckligt att på en motorvägssektion armera endast långsamkörfältet (K1) vid bärighetsproblem. Det är också att se om det blir en spricka i längdled där nätet slutar mot K2. När näten var utlagda klistrades de med bitumenemulsion typ BE50R. På nätet lades ett ca 55 mm tjockt bindlager av typ ABb16 med polymerbindemedel PMB20. Av miljöskäl lades ett ljuddämpande slitlager av dränerande asfaltbeläggning typ ABD16 med polymerbindemedel och tillsats av cement för att öka beständigheten. Tjockleken på slitlagret är ca 45 mm. 2.4 Instrumentering I samband med förstärkningsåtgärden instrumenterades provsträckorna med asfalttöjningsgivare och ståltöjningsgivare. Tre stycken asfalttöjningsgivare per sträcka placerades i höger hjulspår vinkelrätt mot färdriktningen för mätning av horisontella dragtöjningar. De är placerade på den frästa asfaltytan under justeringslagret. Se Figur 4. Ståltöjningsgivarna monterades på stålnäten på sträcka 2 och 3. Givarna placerades parvis, 1 längs och 1 tvärs färdriktningen, i fem sektioner per sträcka, se Figur 5. Tre av paren är placerade i samma horisontella positioner som asfalttöjningsgivarna fast på nätet högre upp i konstruktionen. Den längsgående töjningsgivaren är monterad på undersidan av ståltråden i längdled. Den tvärgående töjningsgivaren är monterad på sidan av ståltråden i tvärled, som ligger mot underliggande lager. Detta för att skydda givarna vid utläggning och packningsarbetet. Totalt 9 stycken asfalttöjningsgivare och 20 stycken ståltöjningsgivare har installerats. Givarnas typ och positioner redovisas i bilaga VTI rapport 820

17 Figur 4 H-typ asfalttöjningsgivare monterad före utläggning av justeringslager.(foto: Håkan Carlsson). Figur 5 Ståltöjningsgivare monterade på en ruta, undersidan upp..(foto: Håkan Carlsson). VTI rapport

18 3 Provtagning Efter utförd förstärkningsåtgärd togs det borrkärnor för undersökning av lagertjocklekar, hålrumshalt och styvhetsmoduler. Undersökningarna syftade till att kontrollera att det inte finns signifikanta skillnader mellan motsvarande lager i de olika teststräckorna vid utförandet. 3.1 Lagertjocklekar och placering av stålnät och töjningsgivare De uppmätta lagertjocklekarna illustreras i Figur 6 och redovisas i bilaga 5. Från dessa kan det konstateras att lagertjockleken på justeringslagret, ABT11/B180, blev betydligt tjockare än planerat pga. ojämnheter i underlaget. Från utmattningssynpunkt (risk för sprickor) är detta bra eftersom det är ett tjockt flexibelt lager med låg styvhetsmodul. Ur dimensioneringssynpunkt borde nätet ligga djupare för att ta upp de största töjningarna som inträffar i underkant av de bitumenbundna lagren, vilket motsvarar underkant av justeringslagret (det befintliga AG-lagret var redan sprucket i varierande grad). Borrkärnorna visar att den verkliga totala beläggningstjockleken exklusive gamla AG-lager (sprucken) är ca 158, 176 och 168 mm på sträcka 1, 2 respektive 3 samt att det är relativt stor variation i tjocklek ( cm), se bilaga 5. De installerade asfalttöjningsgivarna har hamnat på olika djup från ytan. De ligger på den frästa ytan som består av den gamla AG:n, visas i Figur 6 (de exakta positionerna i längdled visas i bilaga 4). Asfalttöjningsgivarna är placerade på ett djup av ca 160 mm från ytan på referenssträckan respektive stålarmerade sträckor. Placeringen av töjningsgivarna på olika djup av beläggnings-konstruktionen och skillnader mellan sträckornas beläggningstjocklek försvårar jämförelsen mellan provsträckorna. 14 VTI rapport 820

19 Figur 6 Lagertjocklekar och borrkärnornas positioner av överbyggnadskonstruktioner med illustration av stålnät och töjningsgivares placering i konstruktionerna samt medelvärden av uppbyggnadernas lagertjocklekar. VTI rapport

20 3.2 Analys av beläggningslager Ett antal borrkärnor har analyserats i laboratoriet för att undersöka eventuella skillnader mellan utlagda beläggningar av samma typ tillhörande olika provsträckor och då i huvudsak det andra lagret som benämns bindlager. Skrymdensiteten har bestämts enligt FAS Metod och styvhetsmodulen enligt FAS Metod 454. Tabell 2 visar att bindlagret från referenssträckan, sträcka 1, har drygt dubbelt så hög hålrumshalt som de andra två sträckorna. Detta är troligen en anledning till den lägre styvhetsmodulen på bindlagret på sträcka 1 i jämförelse med armerade sträckor (2 och 3). Orsaken till den högre hålrumshalten på sträcka 1 är okänt. Denna skillnad i hålrumshalt och styvhetsmodul bör ha påverkat töjningsstorleken i underkant av beläggning. Styvhetsmodulen omräknad till att motsvara ett år gammal beläggning enligt ATB VÄG 2002 redovisas i Tabell 2 och bilaga 6, för användning vid analytisk utvärdering och dimensionering. En styvare beläggning bör leda till mindre töjningar i underkant av beläggningen, bättre lastfördelning och lägre deflektioner vid fallviktsmätning. Högt hålrum i en beläggning kan leda till spårbildning pga. efterpackning under de första åren och lågt hålrum kan också ge upphov till spårbildning pga. stor risk för omlagring i bundna lager. Sammansättningen hos borrkärnorna kontrollerades inte med en djupare analys av skillnaderna mellan massabeläggningarna från olika sträckor. Enskilda värden på styvhetsmoduler och hålrumshalt redovisas i bilaga 6. Tabell 2 Medelvärde av styvhetsmodul vid 10 C och hålrumshalt från borrkärnor år Sträcka Asfaltbeläggning Styvhetsmodul, MPa Hålrum vol-% 3-6 mån. gammal 1 år gammal Sträcka 1 Bindlager (ABb16/B85) ,1 Sträcka 2 Bindlager (ABb16/B85) ,6 Sträcka 3 Bindlager (ABb16/B85) ,3 Sträcka 1-3 Dränlager (ABD16/B85) VTI rapport 820

21 4 Tillståndsuppföljning För att kunna se effekten av stålarmeringen i vägkroppen på tillståndsförändring med tiden har provsträckornas tillståndsförändring utvärderats vid ett antal tillfällen mellan år 2000 och Uppföljningen har främst skett ur bärighetssynpunkt genom fallviktsmätningar, profil/spårmätningar och mätningar med installerade givare för asfaltstöjning och stålnätstöjning. Vid främst senaste mättillfället gjordes också en okulär tillståndsbedömning av sträckorna med avseende på skador. 4.1 Fallviktsmätningar Fallviktsmätningar har utförts vid följande 10 tillfällen: juni 2000, före åtgärd (tidigare redovisad) 2. 7 september 2000, strax efter åtgärd 3. 1 november april oktober oktober september november oktober juli 2012, strax innan underhållsåtgärd Provsträckorna har provbelastats med VTI:s fallviktsapparat av fabrikat KUAB (Figur 7) och med belastningen 50 kn. Mätningarna har utförts i höger hjulspår, var 10:e meter och 10 mätpunkter per sträcka enligt VVMB 112. I Tabell 3 redovisas beläggningstemperaturen vid respektive mättillfälle för fallvikts- och töjningsmätningar. Figur 7 Nedsjunkningsmätningar vid belastning med fallviktsapparat..(foto: Håkan Carlsson). VTI rapport

22 Tabell 3 Beläggningstemperatur vid fallvikts- och töjningsmätning. Mättillfälle Beläggningstemperatur C Juni September November April Oktober Oktober September Oktober November Oktober Juli Analys av fallviktsdata enligt VVMB 114 Nedsjunkningstratten från mätningarna oktober 2001, november 2005 och juli 2012 illustreras som medelvärde för alla mätpunkter per sträcka i figur 8a. Data från enskilda mätpunkter från dessa mättillfällen redovisas i bilaga 7. Det kan konstateras att det har blivit en viss skillnad mellan sträckorna över tiden där sträcka 1 (referenssträcka) har något större deflektioner än sträcka 2 och ytterligare större än sträcka 3. D0 från alla utförda fallviktsmätningarna på provsträckorna redovisas i figur 8b. Skillnaderna mellan sträckorna är mycket små men det finns en tendens till ökade skillnader mellan armerade och referenssträckan under senare år. 18 VTI rapport 820

23 Figur 8a Nedsjunkningsprofil vid fallviktsmätning på provsträckorna 2001, 2005 och VTI rapport

24 Figur 8b Nedsjunkning i centrum (D0) vid fallviktsmätningar. Figur 9 Beräknad undergrundsmodul vid fallviktsmätning. Nedsjunkningsprofilerna indikerar en liten skillnad i undergrundens styvhet genom att medeldeflektionen på avståndet mm är något större på sträcka 1 (Figur 8a) än på de armerade sträckorna. I Figur 9 redovisas beräknade undergrundsmoduler enligt formel 4 baserad på deflektion D900 (VVMB 114). Det framgår att undergrundsmodulen genomgående är något lägre på sträcka 1 än på de andra två sträckorna. Av Figur 9 framgår också att undergrundsmodulen innan förstärkning på sträcka 1 snarare var något högre än på de andra sträckorna medan den efter åtgärd är lägre än på de armerade sträckorna. Generellt är styvheten på undergrunden väldigt låg på alla sträckor och vid alla tillfällen. Samtliga utförda fallviktsmätningarna på provsträckorna har inte heller visat på några tydliga skillnader i styvhet mellan sträckorna. Det är små skillnader mellan sträckor, som rör sig om upp till 2 MPa skillnad, vilket kan sägas ligga inom felmarginalen. 20 VTI rapport 820

25 Beräkningen av differensen mellan D0 och D300, deflektionen i belastningscentrum och 300 mm från belastningscentrum, antas vara ett mått på översta lagrens styvhet och benämns Krökningsradie. De beräknade krökningsradierna redovisas i Figur 10. Observera att någon justering med hänsyn till temperatur inte är gjord. Ju högre styvhet desto större radie. Krökningsradien beräknades med hjälp av formel 7 i metodbeskrivning VVMB 114. Beläggningstemperaturerna vid mättillfällena varierade från 5 C upp till 26 C. Det är en faktor som måste beaktas när man jämför de olika mättillfällena. Inom respektive mättillfälle är det ingen eller väldigt liten skillnad i temperatur mellan sträckorna. Det noteras att stålarmering inte har någon positiv effekt på krökningsradie (styvhetshöjande effekt på beläggning) vid jämförelse mellan sträckorna, trots att armerade sträckor i de flesta mätningarna visar något lägre D0 (figur 8). Observera att skillnaden i nedsjunkningsformen mellan sträckorna leder till lägre krökningsradie (större skillnader mellan D0 och D300 för armerade sträckor trots att de visar lägre deflektioner (D0 och D300) än referenssträckan) för armerade sträckor. Notera också att krökningsradien från 2012 års mätningar visar att vägens tillstånd för alla sträckor är ungefär detsamma som innan åtgärd, vid jämförelse med mätningarna från juni 2000 (innan åtgärd). Det kan inte vara rimligt med avseende på skadekarteringen 2012 (redovisas i kap 5). Detaljerade fallviktsdata, beräknade töjningar och bakåträknade E- moduler redovisas i bilaga 7. Figur 10 Medelvärden av beräknade krökningsradier, D0 / D300,vid aktuell temperatur Vidareanalys av fallviktsdata Eftersom mätning med fallviktsapparat är en praktisk och en NDT (icke förstörande) metod utfördes en bredare analys utöver den rekommenderade proceduren i metodbeskrivningen VVMB 114. Flera enkla och praktiska parametrar rapporteras i litteraturen. En sammanfattning av parametrarna redovisas bl.a. av Kim et al (2001) för bedömning av vägars tillstånd från fallviktsmätningar. Beräkningen av differensen mellan D300 och D600, deflektioner i 300 mm och 600 mm från belastningscentrum, beskriver de obundna lagrens kondition och benämns BDI (Base Damage Index). (Kim et al 2001, Xu et al 2003) Ett högre BDI-värde tyder på svagare (sämre bärighet) obundet lager. Motsvarande mått för undergrunden är BCI VTI rapport

26 (Base Curvature Index) som anses vara en god indikator för undergrundens kondition (Kim et al 2001, Xu et al 2003). BCI värdet är skillnaden mellan D600 och D900 deflektioner. Figurer 11 och 12 illustrerar BDI och BCI utvecklingarna över tiden. En tendens till högre BDI och BCI för referenssträckan framgår vid de senaste mättillfällena i jämförelse med de armerade sträckorna. Det tyder på en snabbare nedbrytning av konstruktionen utan armering. Enskilda FWD-data från 2001, 2005 och 2012 presenteras i bilaga 7. Figur 11 BDI (Base Damage Index) utveckling över tid. Figur 12 BCI (Base Curvature Index) utveckling över tid. Ytterligare jämförelser mellan sträckorna beräknades från fallviktsmätningarna; dragtöjningarna i underkant av de bundna lagren, trycktöjningarna på obundna bärlagret och på terrassytan. Beräkningarna har utförts enligt formlerna framtagna inom The Asphalt Pavement Layer Condition Assessment Program (APLCAP) (Kim et al 2001, Xu et al 2003). Det gamla och mycket spruckna bundna bärlagret (AG) har här antagits som obundet bärlager, vilket kan ifrågasättas. Sambanden är enligt nedan: Dragtöjning i underkant asfaltbeläggning: Log( ac) = 0,3898*log(SCI) + 0,5930*log(BDI) + 0,6935*log(Hac) 0,0328*Hac + 1, VTI rapport 820

27 Trycktöjning på obundet bärlager: Log( abc) = 0,4976*log(SCI) + 0,2910*log(BDI) + 0,5316*log(Hac) 0,0442*Hac + 2,1346 Trycktöjning på terrassytan: Log( sg) = 0,2811*log(BDI) + 0,6788*log(BCI) 0,0135*log(Hac) 0,0123*Habc + 2,2083 E-modul för bundna lager: ac abc sg SCI BDI BCI Eac Hac Habc dragtöjning i underkant asfaltbeläggning i mikrostrain Trycktöjning på obundet lager i mikrostrain Trycktöjning på terrassytan i mikrostrain (D0-D300 i mm), krökningsindex surface curvature index i 10-3 tum (mils) (D300-D600 i mm), base damage index i 10-3 tum (mils) (D600-D900 i mm), base curvature index i 10-3 tum (mils) styvhetsmodul för asfaltbeläggning i ksi (= 6,895 MPa) bundna lagers tjocklek i tum obundna lagers tjocklek i tum Figurer visar de beräknade töjningarna i vägkroppen för jämförelse mellan sträckorna, baserade på fallviktsmätningarna över tiden från 2000 till De beräknade dragtöjningarna i underkant på beläggningarna och trycktöjningar på de obundna bärlagren (Figurer 13 och 14) visar ingen eller väldigt små skillnader inom respektive mättillfället. Figur 15a illustrerar trycktöjningar på terrassytan där framgår det att stålarmering har en viss effekt på reducering av töjningsnivå. Effekten ökar i takt med att vägens nedbrytning har fortskridit från 2003 års mätningar och senare. Vid mätningen 2012 var trycktöjningen på armerade sträckor % lägre i jämförelse med referenssträckan (Figur 15b). Observera att sträcka 3 har under alla år visat lägsta töjningarna. Denna skillnad i trycktöjning kan ha en signifikant effekt på nedbrytning av vägen, särskilt med hänsyn till den mycket låga styvhetsmodulen hos undergrunden (se Figur 8). Sträcka 3 visar de lägsta töjningarna i jämförelse med sträcka 2 och 1 samt att sträcka 2 visar lägre töjningar än sträcka 1. Detta bör leda till längre livslängd hos de armerade sträckorna i jämförelse med referenssträckan utan armering. Det bör erinras att beläggningstjockleken är i genomsnitt 10 till 18 mm tunnare på referenssträckan än på sträcka 3 respektive sträcka 2 (se kap 3.1). Det har en mindre inverkan på påkänningarna på obundet lager och terrassen. Att armeringens effekt inte syns från dragtöjningen i underkant av beläggning och trycktöjningen i obundna lager tordes, bero på det spruckna gamla AG-lagret som påverkar mätningarna, dock behövs fler försök för att klarlägga och säkerställa orsaken. VTI rapport

28 Trycktöjning, m Dragtöjning, m Det kan också noteras att beräknade töjningar i underkant av beläggning enligt VVMB 114 och APLCAP metoderna visar en mycket god korrelation. Dock efter omräkning av töjningarna till en temperatur på 10 C visar APLCAP metoden orimliga omräkningsvärden. Omräkningen enligt VVMB visar rimliga omräknade värden till 10 C, se bilaga 7 för en djupare analys Lj1 Lj2 Lj C 8 C 5 C 12 C 5 C 19 C 10 C 14 C 25 C sep-00 nov-00 apr-01 okt-01 okt-02 sep-03 nov-05 okt-07 jul-12 Figur 13 Medelvärden av beräknade asfalttöjningar underkant beläggning enligt APLCAP samband vid mättemperatur Lj1 Lj C 8 C 5 C 12 C 5 C 19 C 10 C 14 C 25 C sep-00 nov-00 apr-01 okt-01 okt-02 sep-03 nov-05 okt-07 jul-12 Figur 14 Medelvärden av beräknade trycktöjningar på bärlagret enligt APLCAP metoden vid mättemperatur. 24 VTI rapport 820

29 Trycktöjning, m Lj1 Lj2 Lj3 21 C 8 C 5 C 12 C 5 C 19 C 10 C 14 C 25 C sep-00 nov-00 apr-01 okt-01 okt-02 sep-03 nov-05 okt-07 jul-12 Figur 15a Medelvärden på beräknade trycktöjningar på terrassen enligt APLCAP metoden vid mättemperatur. Figur 15b Medelvärden av beräknad trycktöjning på terrassen i % av referenssträckans töjning vid mättemperaturer. 4.2 Töjningsmätning i väg Asfalttöjningar Mätning av töjningarna i asfaltbeläggningen och i stålarmeringen har utförts vid en kontrollerad belastning med fallviktsapparat vid flera tillfällen, från september 2000 till juli Belastningen med fallvikt gjordes rakt över de monterade givarna med 3 olika belastningsnivåer, 30 kn, 50 kn och 65 kn. Den tvärgående asfalttöjningen mättes i tre sektioner per sträcka. Töjningen i stålarmeringen på sträcka 2 och 3 mättes med givare monterade parvis, tvärs- och längsgående, i fem sektioner per sträcka varav 3 sektioner sammanfaller med asfalttöjningsgivarna. Se bilaga 4 för givarnas placering. I Figur 16 redovisas enskilda uppmätta asfalttöjningarna (asfaltgivare) vid mättemperaturer på sträcka 1 3 under en fallviktsbelastning på 50 kn. Töjningsgivarna är belägna på den frästa ytan vid en djup på ca 160 mm och 170 mm i referenssträcka respektive armerade sträckor (Figur 6). Placering av töjningsgivarna på olika djup försvårar utvärdering av tillståndet och jämförelsen mellan sträckorna. I ett försök att ta hänsyn till skillnaderna i beläggningstemperatur mellan de olika mättillfällena har de uppmätta asfalttöjningarna justerats till en VTI rapport

30 referenstemperatur på 10 o C. Medelvärden av de omräknade asfalttöjningarna redovisas i Figur 17. Omräkningen bör användas med försiktighet, vilket noterats tidigare och i bilaga 7. De enskilda uppmätta och justerade töjningarna redovisas i bilaga 8. APLCAP metodiken (Kim et al 2001, Xu et al 2003) har använts för justering av töjningarna till 10 C. Sambandet nedan har använts för bestämning av justeringsfaktor för omräkning av töjning till 10 C. b i sambandet är lutningen för korrelation mellan log styvhetsmodul och temperatur baserad på modulvärden vid olika temperaturer enligt ATB väg (2005). Därefter justerades töjningarna till 10 C med justeringsfaktor ( ) enligt samband: * b* T r T m Samband mellan styvhet och temperatur enligt ATB väg 2005 är Ms = 1,54*10 4 * e (-0,065*T) Log (Ms) = ,02519 * T 10 = m/ Där är justeringsfaktor för töjning map temperatur Tr är en referenstemperatur, antagen 10 C Tm är temperatur vid mättillfället med fallviktsmätning grader Celsius Ms är styvhetsmodul för asfaltbeläggning, MPa T är temperatur, grader Celsius b är materialkonstant (= 0,02519) 10 är asfalttöjning vid 10 C m är asfalttöjning vid mättemperatur Mätningarna visar tydligt att töjningen ökar med tiden. Se Figurer 16 och 17. Referenssträckan visar en maxtöjning vid höstmätningen Därefter det är en tendens till minskade töjningar med en tydlig minskning vid 2007 års mätningar. Sektioner 1:2 och 1:3 visar en kraftig ändring, medan sektion 1:1 visar en måttlig utveckling. Det tyder på initiering av sprickor i sektion 1:2 och 1:3. När töjningar, i underkant beläggning, ökar under några år och sedan går ner tyder det på initiering av sprickor i underkant av beläggning. Det kan vara i närheten där givarna är placerade med konsekvensen att lastöverföringen i skiktet försämras. De armerade sträckorna visar en mycket låg utveckling i töjningarna och det är betydligt lägre töjningsnivåer än asfalttöjningar i referenssträckan (provsträcka 1). Skillnader i givarnas djupplacering från ytan kan till viss del försvåra jämförelsen mellan sträckorna, där placeringen av givarna närmare ytan gynnar referenssträckan, i jämförelse med de armerade sträckorna. Samtidigt har referenssträcka något tunnare asfaltbeläggning än de armerade sträckorna. Den totala beläggningstjockleken exklusive gamla AG-lager (sprucken) är i genomsnitt 158, 176 och 168 mm mm på sträcka 1, 2 och respektive 3, se Figur 6 och bilaga 5. Det föreligger även en skillnad mellan de två armerade sträckorna. Sträcka 2 med 26 VTI rapport 820

31 endast armering på K1 visar något högre töjningar än töjningarna i provsträcka 3 med heltäckande stålarmering över båda körfälten, K1+K2. Orsaken till skillnaderna mellan de båda armerade sträckorna är oklar. Det framgår dock i Figur 2 att avsnittet där sträcka 2 ligger, visade sämre fallviktsdata (D0) än de övriga två sträckorna även innan åtgärd med stålnät. Det finns även en relativt stor spridning inom respektive mättillfälle som medför ytterligare en osäkerhet, vilket bl.a. kan bero på varierande skadegrad i det gamla AG-lagret. Även om det finns en osäkerhet i givarnas placering i beläggningen och i justeringen av töjningarna med hänsyn till temperaturen, ser det ändå ut att finnas en tydlig skillnad mellan referenssträckan och de armerade sträckorna. Med hjälp av responsmätningar (töjningsmätningar) konstateras tydliga skillnader mellan sträckorna i töjningsnivåerna och utvecklingen av töjningarna över 12 års tid under uppföljningen. Notera att båda armeringssträckorna visar fortfarande efter 12 års trafik endast en måttlig utveckling av töjningarna medan de tre givarna i referenssträckan kan tyda på att beläggningen är sprucken (jfr senare med skadekartering). Analysen visar att de båda stålarmerade sträckorna visar lägre töjningar, vilket betyder bättre motstånd mot sprickor än referenssträckan. Utvecklingen och variationer i responsmätningarna kan delvis förklara svårigheten i analysen av fallviktsmätningarna och att det inte var några tydliga skillnader mellan sträckorna under de första åren efter förstärkning av vägen. Skillnaderna blev tydligare i takt med vägens nedbrytning. Rangordning av sträckorna i Figur 17 överensstämmer med rangordningen baserad på de flesta parametrarna från fallviktsmätningarna. Det konstateras också att de uppmätta töjningarna ligger lägre än de beräknade töjningarna från fallviktsdata i jämförelse med de båda analys metoderna VVMB 114 och APLCAP. Figur 16 Enskilda responsmätningar över tiden per sektion vid mättemperaturer. VTI rapport

32 Figur 17 Medelvärde av responsmätningar per sträcka över tiden omräknade till 10 C Stålnätstöjningar I Figur 18 visas ett exempel på de uppmätta töjningarna i asfalt och stålarmering från avsnitt med och utan armering vid ca 10 C. Avsnittet med stålarmering visar klart lägre asfalttöjning och dragtöjningar i stålnätet framgår i figuren. Det tyder på att stålnätet tar en del av belastningen. Dragtöjningen i stålarmering tyder på att stålnätet fungerar som en integrerad del av den bundna konstruktionen. Både asfalt- och ståltöjningarna är låga. För att ytterligare studera effekten av stålarmering har belastningen utförts vid tre olika belastningsnivåer, 30kN, 50 kn och 65 kn. I Figur 19 redovisas medelvärde på de uppmätta längs- och tvärgående töjningarna i stålnätet på provsträcka 2 och 3 från oktober 2001, vid en beläggningstemperatur på 12 C. De flesta ståltöjningsgivare slutade fungera efter några år. Det framgår i figuren att töjningar ökade ungefär proportionellt med ökad kraft. Det tyder på att nätet tar en del av belastningen och systemet med armerad asfalt fungerar tillfredställande. Provsträcka 3 visar lägre töjningar än provsträcka 2. Det är jämförbart med de uppmätta asfalttöjningarna och fallviktsmätningarna där sträcka 3 visade lägre asfalttöjningar än sträcka 2. Notera att storleken på de tvärgående töjningarna är lägre än längsgående töjningar. Teoretiskt sett borde de vara lika stora under en fallviktsbelastning. Det kan bero på att längsgående töjningsgivaren är monterad på undersidan av ståltråden medan den tvärgående töjningsgivaren är monterad på sidan av ståltråden, se kapitel 2.4. Det bör också noteras att töjningen i sträcka 2 är känsligare mot belastningen än töjningen i sträcka 3. Sträcka 2 har svagare underlag varför den kan bli känsligare för kraften och därmed bör nyttan med armering vara större. Generellt är ståltöjningsnivåerna mycket låga, liknande de låga uppmätta asfalttöjningarna. 28 VTI rapport 820

33 Figur 18 Exempel på töjningar från armerade och icke armerade sektioner vid samma belastning. Figur 19 Uppmätta töjningar i stålarmering vid en beläggningstemperatur på 12 C, oktober Modellering Reflex modell För att undersöka effekten av stålarmeringen i en vägkonstruktion vid dimensionering har en flerskiktslinjär elasticitetsmodell använts. För att inkludera effekten av stålnätsförstärkning i denna modell har stålnätet ersatts med ett ekvivalent lager (EL) (Zarghampour et al 2002). Den grundläggande idén för EL-konceptet är att ersätta armeringen med ett skikt av en viss tjocklek och en genomsnittlig styvhetsmodul som representerar stålet och de omgivande materialegenskaperna. De nödvändiga parametrarna för modelleringen är tjockleken (antas vara 10 mm), elasticitetsmodulen och kontraktionstalet (0,35) för skiktet. Elasticitetsmodulen för EL beräknas med följande ekvation: VTI rapport

34 E EL E stål I stål E I EL asfalt I asfalt I = a 3. b/12 Där EEL = styvhetsmodul av ekvivalenta lager, MPa Estål = Styvhetsmodul av stålstången, MPa (210 GPa) Easfalt = styvhetsmodul av asfaltlager, MPa Istål = tröghetsmoment av stålstång, mm 4 Iasfalt = tröghetsmoment av asfaltlager, mm 4 IEL = tröghetsmoment av ekvivalentlager, mm 4 a och b = stångens tvärsektionsdimensioner, höjd respektive bredd, mm Stålnäten hade en stångdiameter på 6 mm och rutstorleken var 100 x 100 mm. För beräkning av tröghetsmoment (I) omräknas stångens cirkulära area till ett fyrkantigt tvärsnitt enligt. r 2 =a. b där r = 3 mm samt att a och b blir lika med 6respektive 4,7 mm. Styvhetsmodul för det armerade bindlagret är 6177 MPa (medelvärdet av styvhetsmodul hos bindlagren enligt Tabell 2) och stålstångens elasticitetsmodul antas vara 210 GPa. Styvhetsmodul av ekvivalentlager (EEL) beräknas enligt samband; E EL = E stål 63 4, E asfalt 63 (100 4,7) E EL = (E stål 4,7 + E asfalt 95,3) Töjningsberäkningar gjordes med programmet PMS Objekt ( där töjningen i underkant av justeringslager jämfördes med de uppmätta i respektive mätpunkt. Lageruppbyggnaderna av konstruktionerna i varje mätpunkt och styvhetsmodulerna till PMSberäkningarna visas i Tabell 4. Variationen i de uppmätta lagertjocklekarna redovisas i bilaga 5. Styvhetsmoduler på de översta asfaltlagren bestämdes på borrkärnor (Tabell 2). Styvheten på det som finns kvar av det gamla AG-lagret hämtades från Mårtenssons skadeutredning (bilaga 3). Egenskaperna på undergrunden och den obundna överbyggnaden beräknades från tidigare fallviktsmätningar. Styvhetsmodulen för det ekvivalenta lagret beräknades till MPa vid 10 C enligt sambandet ovan. De beräknade töjningarna vid varje mätpunkt med PMS Objekt presenteras i Figur 20. Det framgår att de armerade sträckorna visar lägre töjning i underkant av beläggning än referenssträckan. I genomsnitt har armerade sträckor ca 15 % lägre töjning än referenssträckan. 30 VTI rapport 820

35 Töjning ms I Figur 21 visas korrelationen mellan beräknade och uppmätta töjningar från oktober 2002 vid 8 C. Som synes är det stor skillnad i nivå mellan beräknad och uppmätt töjning. R 2 är endast 0,72 utan ett extremt värde. Orsaken kan vara att det är få data och stor spridning i resultaten. Däremot är de beräknade töjningarna för stora i jämförelse med de uppmätta. Fler mätningar behövs för att generalisera detta samband under förutsättningen att konstruktionen är intakt. Notera att detta samband har begränsad praktisk användning eftersom töjningarna i en vägkonstruktion ändras med tiden. Se fortskridning av nedbrytning som redovisas iffigurer 16 och 17, vilken måste ha betydelse vid framtagning av korrelation mellan beräknade och uppmätta töjningar. Däremot konstateras att modellering med ett ekvivalent lager för armering kan vara ett användbart sätt vid dimensionering av vägar som ett komplement till övriga utvärderingsmetoder och vid planering av underhållsåtgärd. Tabell 4 Lageruppbyggnad, styvhetsmoduler hos borrkärnor, beräknade töjningar med PMS Objekt och uppmätta töjningar. Lagertjocklekar, mm Styvhetsmodul, 10 C str1 p1 str1 p2 str1 p3 str2 p2 str2 p3 str2 p4 str3 p2 str3 p3 str3 p4 MPa Slitlager Bindlager Ekvivalentlager Justeringslager AG-lager Förstärkningslager Undergrund Beräknad töjning, PMS Obj, ms Uppmätt töjning, ms , , ,5 (okt 2002, 8 C) str1 p1 str1 p2 str1 p3 str2 p2 str2 p3 str2 p4 str3 p2 str3 p3 str3 p4 Mätpunkt Figur 20 Beräknad beläggningstöjning med PMS Objekt med laboratoriemoduler vid 10C. VTI rapport

36 Figur 21 Korrelation mellan uppmätta (asfaltgivare okt 2002) och beräknade töjningar med PMS Objekt baserade på laboratoriemoduler och utan ett inringat extremt värde Töjningsprofiler För att ytterligare analysera mätningen av töjningarna i asfaltbeläggningen beräknades teoretiska töjningsprofiler med BISAR-programmet i beläggningen. Syftet är också att verifiera Reflex-modellen. Från resultatet av 2005 års fallviktsbelastning med 50 kn i de instrumenterade sektionerna (samma belastning som åstadkommit de uppmätta töjningarna), bakåträknades E-modulerna för asfaltbeläggningen, obundna överbyggnaden och undergrunden. Att 2005 års mätningar valdes för denna analys, beror på antagandet att konstruktionerna var så gott som hela utan sprickor enligt töjningsmätningar (Det konstaterades senare att en liten risk kan ha funnits för begynnelse av initialsprickor i referenssträckan sek 1:3 enligt Figur 16). Konstruktionernas lageruppbyggnad och variationen illustreras i Figur 6. Genomsnittet av lagertjocklekar användes sedan vid bakåträkningen för att beräkna töjningsprofiler i beläggningen. Notera från Figur 6 att bundna lager i stålarmerade konstruktioner är nästan 20 mm tjockare än i referenskonstruktionen. Effekten av stålnäten antas vara en del av de bundna lagren och bör påverka de beräknade styvheterna för de bundna lagren. I Tabell 5 redovisas bakåträknade lagermoduler, uppmätta och beräknade töjningar med avseende på placering av töjningsgivarna från ytan. Tabell 5 Uppmätta (okt 2005) och beräknade töjningar med bakåträknade moduler från fallviktsmätningar. Bakåträknade moduler, MPa str1 p1 str1 p2 str1 p3 str2 p2 str2 p3 str2 p4 str3 p2 str3 p3 str3 p4 Bitumenbundna Obundna Undergrund Mättpunkt från ytan, m 0,150 0,135 0,170 0,171 0,17 0,185 0,174 0,16 0,175 (givarensplacering) Uppmätt töjning, ms 31,53 128,66 80,51 46,14 75,49 72,06 16,59 30,69 14,10 (okt 2005, 10 C) Ber. Töjning BISAR, ms 44,17 33,82 57,36 43,56 43,56 51,09 41,69 35,16 41,69 32 VTI rapport 820

37 I Figur 22 redovisas de beräknade och uppmätta töjningar (okt 2005). Det är få värden och variationen är stor men töjningarnas storlek är ganska lika stora inom mätområdet utom ett extremt värde. Dock behövs fler undersökningar för att säkerställa sambandet. Figur 22 Korrelation mellan uppmätta (asfaltgivare okt 2005) och beräknade (BISAR) töjningar BISAR programmet baserade på beräknade moduler från fallviksnedsjunkningar och utan ett inringat extremt värde. För en tydligare jämförelse mellan konstruktionerna redovisas i Figur 23 de beräknade töjningsprofilerna som medelvärde per sträcka för 50 kn fallviktsbelastning i de tre mätpunkterna. Det är endast en liten skillnad mellan de beräknade töjningsprofilerna inom respektive provsträcka, vilket gör att medelprofilen får anses representativ för sträckan. Kurvorna visar på en viss skillnad i töjningsprofil mellan sträckorna där de största töjningarna beräknats på sträcka 1 och de lägsta på sträcka 3. I figur redovisas den beräknade töjningsprofilen baserad på E-moduler från fallviktsmätningarna på respektive sträcka tillsammans med de uppmätta asfalttöjningarna i de tre punkterna. VTI rapport

38 Horisontell töjning (µm/m) Djup (m) 0.15 Str1 Str2 Str Figur 23 Beräknad töjningsprofil i asfaltbeläggningen. Medelprofil per sträcka. Töjningsgivarna är placerade under justeringslager, vilket betyder ca mm från ytan. De uppmätta töjningarna har justerats i höjdled till att passa den beräknade töjningsprofilen. Givarnas verkliga exakta position i djupet kan inte fastställas pga. de stora variationerna i lagertjocklekarna, se Figur 6. Resultatet av anpassningen av givarnas placering i förhållande till uppmätt töjning är att töjningsgivarna teoretiskt ska ligga på nivån 190 mm i genomsnitt på sträcka 1, vilket inte är så långt från den verkliga nivån som enligt borrkärnorna bör vara ca 170 mm. Det är dock en stor spridning i de beräknade nivåerna på sträcka 1, från 130 mm till 240 mm. På sträcka 2 är den teoretiskt beräknade nivån på töjningsgivarna i medeltal 200 mm, med endast en liten spridning ( mm). Det stämmer relativt bra med den verkliga nivån som erhållits från borrkärnorna på i genomsnitt 190 mm från ytan ner till nivån med givarna. Den beräknade teoretiska nivån på sträcka 3 är i medeltal 130 mm ( mm), vilket inte riktigt stämmer med den verkliga nivån som bör ligga på ca 175 mm enligt borrkärnorna. Med utgångspunkt från de uppmätta töjningarna kan man säga att de uppmätta töjningarna på sträcka 1 och 2 i medeltal visar relativt god överensstämmelse mellan mätt och beräknad asfalttöjning, med möjligen något för låga beräknade töjningar. På sträcka 3 däremot ser de beräknade töjningarna ut att var för stora i jämförelse med de uppmätta. 34 VTI rapport 820

39 Horisontell töjning (µm/m) Djup (m) Mv Ber töj 1;2;0 1;3;0 1;4; Figur 24 Beräknad och uppmätt töjning på sträcka 1. Horisontell töjning (µm/m) Djup (m) Mv Ber töj 2;2;0 2;3;0 2;4; Figur 25 Beräknad och uppmätt töjning på sträcka 2. VTI rapport

40 Horisontell töjning (µm/m) Djup (m) Mv Ber töj 3;2;0 3;3;0 3;4; Figur 26 Beräknad och uppmätt töjning på sträcka jämförelse mellan analysmetoder Att utvärdera tillståndet med avseende på bärighet i en befintlig konstruktion med flera underhållsåtgärder under en relativ lång tid, är mycket komplicerad men det är ett vanligt förekommande fall och måste studeras. Baserad på fallviktsdata, töjningsmätningar och laboratorieundersökningar har tillståndet utvärderats på olika sätt i syfte att klarlägga effekten av stålarmering på bärigheten/nedbrytningen och verifiering av Reflex-modellen för praktisk användning. Den ena metoden är användning av bakåträknade moduler från fallviktsmätningar och uppmätta lagertjocklekar som har använts vid beräkning av töjningsprofiler, som en metod för tillståndsbeskrivning av en befintlig väg utan hänsyn till existens av stålnät i konstruktionen. Metoden är intressant och praktisk för tillståndsbeskrivning av befintliga konstruktioner. Det andra sättet är modellering av en armerad konstruktion genom ersättning av stålnätet med ett ekvivalent lager. Lagermoduler kan vara antagna eller bestämda i laboratoriet hos borrprov från beläggningar. Denna metod kan vara praktiskt vid dimensionering och val av förstärkningsåtgärd av ett vägobjekt. Båda analysmetoderna visar samma rangordning av konstruktionerna. Uppskattningsvis visar armerade konstruktion minst ca % lägre töjningar än oarmerad konstruktion i underkant beläggning enligt detta arbete. Det är också en indikation på att Reflex-modellering ger en rimlig uppskattning av stålarmeringens effekt på töjning i underkant av en beläggning hos provvägen, vilket har stort betydelse för livslängden. Validering av metodiken genom tillståndsuppföljning hos ytterligare provsträckor med olika konstruktioner och material kan vara värdefull. 4.4 Tvärprofilmätningar med Primal Med VTIs tvärprofilmätare Primal (Figur 27) mättes 5 stycken tvärprofiler på varje sträcka i högra körfältet, K1. Vägens tvärprofil (K1) har mätts före förstärkningsåtgärden år 2000 och 36 VTI rapport 820

41 vid åtta tillfällen efter åtgärden fram till Spårbildningen innan åtgärd var väldigt kraftig med störst spår på avsnittet för sträcka 2 (detta avsnitt uppvisade också störst D0 vid fallviktsmätning 2000). Tvärprofilerna visade att spåren huvudsakligen orsakats av strukturell nedbrytning av den tunga trafiken. Efter förstärkningsåtgärden har vägen en betydligt mindre spårbildning även om den ökat betydligt senaste åren, se Figur 28. Även om inte spåren är lika kraftiga som innan förstärkningsåtgärden 2000, har de under de 12 årens trafik ökat till närmare 20 mm i medeltal för referenssträcka 1 som har de djupaste spåren. Figur 27 Tvärprofilmätning med Primal..(Foto: Håkan Carlsson). I bilaga 9 redovisas samtliga uppmätta profiler från första mättillfället efter åtgärden 2000 samt från senaste mättillfället Profilerna och spårens utseende är typiska för det högra körfältet på en motorvägssektion. Det vänstra spåret är något smalare och djupare medan det högra något bredare men grundare. I det vänstra spåret sammanfaller hjulspåret för personbilstrafiken med slitage och lastbilstrafiken med deformationer. Eftersom det är skillnad i spårvidd på trafiken blir det ett högerspår närmare mitten orsakat av personbilstrafiken och ett högerspår närmare kanten orsakat av deformationer av den tunga trafiken. Därav ett bredare högerspår. VTI rapport

42 Medelspårdjup (mm) Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka Figur 28 Uppmätt spårdjup. Medelvärde av vänster och höger spår. Fram till senaste profilmätningen har vägen trafikerats i ca 12 år. Spårdjupstillväxten under denna tid är ca mm med en relativt linjär utveckling efter de första åren. Se Figurer 28 och 29. Utslaget på tiden sedan åtgärden 2000 betyder det ca 1,2 1,4 mm spårtillväxt per år, sammantaget av både slitage av dubbdäck och deformation av tung trafik. Någon mätning av slitaget (nötning av dubbdäck) har inte utförts på sträckorna men ett uppskattat dubbdäcksslitage bör vara ca 0,5 mm spårslitage per år i genomsnitt och det bör vara likartat på alla tre sträckorna. Det betyder att ca % av spårdjupstillväxten skulle utgöras av dubbdäcksslitage och återstående del av deformation från den tunga trafiken Spårdjupsökning på de olika provsträckorna i genomsnitt per år, från oktober 2001 till juli 2012, redovisas i Figur 30. För att minska effekten av efterpackningen vid jämförelse mellan sträckorna har deformationen under första året (september 2000 oktober 2001) inte räknats in i spårdjupsökningen. Spårdjupsökningen är för period från 2001 i genomsnitt 1,65, 1,40 och 1,23 mm per år för referenssträcka 1, sträcka 2 respektive sträcka 3. De armerade konstruktionerna visar i genomsnitt % lägre spårtillväxt per år efter den initiala spårbildningen första året. Det finns en tydlig trend till skillnad i spårdjupsutveckling mellan sträckorna. Spårdjupet på referenssträckan, sträcka 1, tenderar att efter ett par inledande år öka något snabbare än på de båda stålarmerade sträckorna 2 och 3. En liknande utveckling kan också utläsas under de senaste åren för spårdjupsökningen på sträcka 2 och 3. Där framgår att spårdjupsökningen är något lägre på sträcka 3 med armering över hela vägbredden, än på sträcka 2 med armering bara i högra körfältet. Notera enligt ovan att spårdjupet på sträcka 2 innan åtgärd var väldigt kraftigt och uppvisade största D0. Gränsvärde för spårdjup med mätbil enligt Trafikverkets Underhållsstandard (2011) är 13 mm för vägar med en ÅDT > 8000 och en skyltad hastighet på 110 km/h. Det kan vara osäkert att jämföra spårdjupa mätta med mätbil och Primal. Primal används på objektsnivå för högre noggrannhet. Vid 13 mm håller sträcka 3 minst 2 år längre än sträcka 1 under 11 år. 38 VTI rapport 820

43 Spårdjupsökning mm/år Sträcka 2 håller nästan 1 år längre än sträcka 1 trots att sträcka 2 har betydligt sämre förutsättningar från början (kraftiga spår och störst D0). Figur 29 Spårdjupsökning, medelvärde av vänster och höger spår Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Figur 30 Spårdjupsökning per år på provsträckorna. För att ytterligare jämföra spårutvecklingen på de olika sträckorna beräknades skillnaden i spårdjupsökning på de båda armerade sträckorna (2 och 3) i förhållande till referenssträckan (1). Den relativa spårdjupsutvecklingen presenteras i Figur 31. Efter de första årens något varierande skillnader ser det ut som att det de senaste åren har stabiliserats så att de armerade sträckorna har ca % mindre spårdjupsökning än referenssträckan utan armering. Det kan också uttryckas i tiden till nästa åtgärd. För att uppnå till 14 mm spårdjup tar det i genomsnitt ca 1,5 år längre tid för armerade sträckor. VTI rapport

44 Ökning rel. referens 20% 15% 10% 5% 0% % % -15% -20% -25% -30% -35% Sträcka 2 Sträcka 3 År Figur 31 Spårdjupsökning på armerade sträckor relativt oarmerad referenssträcka. 40 VTI rapport 820

45 5 Okulär tillståndsbedömning Vid senaste mättillfället 2012 utfördes också en okulärbesiktning av tillståndet på de tre provsträckorna. Inspektionsprotokollen från den okulärbesiktningen redovisas i bilaga 10. Samtliga sträckor hade ett omfattande stensläpp i slitlagret (Figurer 32 35) och var i behov av att åtgärdas. Detta gjordes också senare 2012 genom att befintligt slitlager frästes bort och ersattes med ny drän-beläggning. Sträcka 1 (referens) hade kraftigt med stensläpp och slitlagret var i dåligt skick med tydliga brister i beständigheten. Avsnittet hade en kraftigt framträdande spårbildning. I vänster hjulspår fanns det en omfattande sprickbildning med längsgående sprickor. Även i höger hjulspår förekom en del längsgående sprickor. Det tyder på lastrelaterade sprickor. Den längsgående beläggningsskarven mellan K1 och K2 var i mycket dåligt skick och bitvis förseglad. Med hänsyn till den omfattande sprickbildningen var sträcka 1 (referens) i mycket sämre skick än de armerade sträckorna 2 och 3. Figur 32 Skador på sträcka 1, oarmerade referenssträckan..(foto: Håkan Carlsson). Sträcka 2 (armerad i K1) hade ett omfattande stensläpp i slitlagret, som var i dåligt skick. Det förekom ingen tydlig sprickbildning på sträckan, även om det fanns någon enstaka fin längsgående spricka. Sträckan hade en framträdande spårbildning och det förekom ett par rostfläckar som kan härstamma från stålarmeringen. Beläggningsfogen mellan K1 och K2 var sprucken, även om den tidigare hade förseglats. Den var dock inte i lika dåligt skick som på sträcka 1. VTI rapport

46 Figur 33 Skador på sträcka 2, armerade K1 provsträcka..(foto: Håkan Carlsson). Sträcka 3 hade en liknande skadebild som sträcka 2, med ett omfattande stensläpp i ett dåligt slitlager. På sträckan förekom dock ett par tvärgående finare sprickor som kunde härröra från skarvarna i stålarmeringen, vilket inte var synligt på sträcka 2. På sträcka 3 förekom det också rostfläckar (Figur 35) samt att beläggningsfogen mellan K1 och K2 var sprucken. Dock inte i samma omfattning som på sträcka 2 och främst på sträcka 1. Den okulära tillståndbedömnigen visade sammantaget att sträcka 1(referens) hade en mer omfattande skadebild än sträckorna 2 och 3 med armering med avseende på sprickor som kan relateras till belastningen från den tunga trafiken. Det är samtidigt ingen tydlig skillnad mellan sträckorna med armering. 42 VTI rapport 820

47 Figur 34 Skador på sträcka 3 med tvärgående spricka, armerad i K1+K2..(Foto: Håkan Carlsson). Figur 35 Rostfläckar på armerat avsnitt..(foto: Håkan Carlsson). VTI rapport

48 6 Slutsatser Den här provvägen, E6 Ljungskile Bratteforsån Lyckorna, har utförts i syfte att använda stålnät i bundna lager för att på ett kostnadseffektivt sätt öka bärigheten i vägkroppen och motverka sprickor och spårbildning i vägytan. En förstärkning har utförts av den svårt skadade vägen. Provvägen omfattar tre provsträckor med samma uppbyggnad fast med och utan armering genom inläggning av ett armeringsnät av stål som en del av de nya beläggningslagren vid underhållsåtgärden. Vägen förstärktes hösten 2000 och har sedan följts upp under de 12 år som den hittills trafikerats med en ÅDT på ca fordon Provvägen har tre olika provsträckor: Provsträcka 1, referenssträcka utan armering Provsträcka 2, heltäckande stålarmering i K1 (mycket kraftigare spårbildning och D0 i jämförelse med sträcka 1 och 3) Provsträcka 3, heltäckande stålarmering i K1 + K2 Uppföljningen och utvärdering har skett främst ur bärighetssynpunkt/tillståndsförändring genom fält- och laboratoriemätningar och analys av mätdata. Tillståndsutvecklingen har utvärderats genom fallviktsmätningar, spårdjupsmätningar och mätning av töjningar från asfalt- och stålstöjningsgivarna vid flera tillfällen. Uppföljning med fallviktsmätningar under de första åren visar inga nämnbara skillnader mellan provsträckorna. Vare sig deflektionsbassänger, beräknade töjningar eller beräknade styvhetsmått såsom krökningsradie, BDI (Base damage Index) och BCI (Base Curvature Index) visade några tydliga skillnader mellan sträckorna. I takt med vägens nedbrytning över tid blev tendensen till skillnader mellan sträckorna tydligare, särskild under de senaste mättillfällena. Resultaten från analys av fallviktsmätningar under senare mättillfällen visar tydliga skillnader mellan sträckorna främst genom D0, BDI och BCI. De armerade provsträckorna uppvisade % lägre trycktöjningar på undergrunden och obundna lager. Töjningsutveckling i underkant av beläggning, från mätningarna med töjningsgivarna i asfaltbeläggningen, visar utvecklingen av nedbrytning i varje provsträcka. Töjningsutvecklingarna visar tydligt när skillnader i töjningsgivarna har inträffat mellan provsträckorna. Mätningarna visar tydligt att töjningar ökar i takt med att vägens nedbrytning fortskrider. Endast referenssträckan visar ett toppvärde på töjningsnivån och som sedan fortsätter att minska i takt med tiden. Toppvärden från givarna noterades redan efter 3 4 års trafik. Det tyder på sprickutveckling i underkant av beläggningen. Töjningsutveckling i armerade sträckor har ökat hela tiden (ingen topp) som kan tyda på att sprickor inte har initierats än i någon större omfattning. Mätningarna på töjningsgivarna på stålarmeringen visar generellt mindre töjningar på provsträcka 3 än på provsträcka 2. Töjningarna är dock relativt små och bör främst antas vara ett tecken på att stålarmeringen tar upp en del av påkänningen i vägkroppen och att samverkan mellan stålarmeringen och asfaltbeläggningen fungerar i en stålarmerad asfaltskonstruktion. Det bekräftar att armeringens roll kan vara att ta en del av de påkänningar som uppstår i lagret vid en belastning. För modellering av provsträckorna har teoretiska töjningar i underkantens beläggning beräknats och sedan jämförts med uppmätta töjningar under motsvarande belastning genom två lite annorlunda beräkningsmetoder. Vid det ena sättet beräknades töjningsprofiler under en standardlast. Lagermoduler för teoretiska beräkningar har beräknats från fallviktsmätningarna med hänsyn till verkliga tjocklekar uppmätta på borrkärnor. Antagandet är att stålnätet direkt påverkar lagermoduler och någon mer hänsyn till stålnätet i konstruktionen behövs inte 44 VTI rapport 820

49 göras. Rimlig överensstämmelse mellan mätt och beräknad töjningsprofil för asfalttöjning har konstaterats. Denna metod kan vara praktisk vid utvärdering av befintliga vägar. Det andra sättet är vid dimensionering av en vägkonstruktion där nyttan av armering med avseende på vägens livslängd undersöks. Lagermoduler bestämdes hos borrkärnor från vägsträckorna. Armeringen representeras genom ett ekvivalent lager. I genomsnitt har de armerade sträckorna visat ca 15 % lägre töjning i underkantens beläggning än referenssträckan. Effekten av det blir en förlängning av vägens livslängd med avseende på sprickor. Det kan konstateras att modellering med ett ekvivalent lager för armering kan vara ett användbart sätt för praktisk verksamhet vid dimensionering av vägar som ett komplement till övriga utvärderingsmetoder och vid planering av åtgärd. Tvärprofilerna på vägytan visar att spåren huvudsakligen har orsakats av strukturell nedbrytning av den tunga trafiken. De armerade konstruktionerna visar i genomsnitt % lägre spårtillväxt per år. Sträcka 2 med betydligt sämre förutsättningar tog nästan ett år mer för att uppnå 13 mm spårdjup medan sträcka 3 tog drygt två år mer för att uppnå 13 mm spårdjup än sträcka ett under observationstiden på 12 år. Eftersom sträcka 2 hade sämre förutsättningar kan slutsatsen vara att det tog ca 2 år för de armerade sträckorna att uppnå samma spårdjup som referenssträckan under en 12 års period. VTI rapport

50 Referenser Jansson H. 1996, Redovisning av fallviktsmätning på E6 vid Ljungskile, VTI utlåtande , (bilaga 1). Enocksson C-G.1996, Skadeutredning E6 syd om Ljungskile, VV PM sep-1996 (bilaga 2). Mårtensson B., 1999, E6 Ljungskile, delen Brattforsån Lyckorna trafikplats, bärighetsdimensionering, diskussion, VV Konsult/BoB PM 1999, (bilaga 3). Bergeå, H., B. Carlsson, K. Olofsson, S. Johansson och Å. Sandin, 1996, Rätt och Slätt, stålarmering mot sprickor, Svenska Kommunförbundet, Stockholm Sandberg, J. och P. Björnfot, 2004, Sprickfri och bärig väg med stålarmering, Vägverket, Borlänge Gustafson, K. S. Said, H. Zarghampour, J. Elsander, J. Sandberg, S. Salmenkaita, D. Russwurm, L. Bianco, B. Lechner, and M. Russiani, 2002, Reinforcement of flexible road structures with steel fabrics to prolong service life: Guidelines. Final report Statens väg- och transportforskningsinstitut, REFLEX report T9:02, VTI Linköping, Said, S. F. and S. Johansson, 2001, Performance of full scale test roads: Final report, Statens väg- och transportforskningsinstitut, REFLEX report T6:02, Linköping, Said, S.F., S. Johansson and M. Russiani, 2002, Performance of Full Scale Test Roads REFLEX (EU-projekt) Final Report T6:03, Said, S.F., H. Zarghampour, S. Johansson, H. Hakim & H. Carlsson, 2002, "Evaluation of Pavement Structure Reinforced with Steel Fabrics" Proceeding of the 6th Int. Conf on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, Lissabon juni 2002 Said, S. F., H. Carlsson och S. Johansson, 2003, Stålnätsarmering av väg E6 Ljungskile, Bratteforsån Lyckorna VTI notat 33, VTI Linköping, 2003 S. Said, S. Sundberg, S. Johansson, H. Jansson och J. Svensson,,2003, Stålarmering av Väg 600, Sundom VTI notat 30, VTI Linköping Said, S.F., R. Mallardo, M. Maliszewski, S. Lenart and L. Bianco, 2009, long-term performance of reinforced pavements, EU-project SPENS Contract No , Said, S., H. Carlsson and H. Hakim, 2009, Performance of flexible pavements reinforced with steel fabric Proceeding of the 8th Int. Conf. on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, Champaign, Illinois, USA, 2009 Kim, Y. R., S. R. Ranjithan, J. D. Troxler, and B. Xu, 2001, Assessing Pavement Layer Condition Using Deflection Data NCHRP project Final Report, TRB national Research Council, Washington D. C. Xu, B., S. R. Ranjithan, and Y. R. Kim, 2003, using the asphalt pavement layer condition assessment program, TRR 1860, J. of the TRB, Washington D. C. pp Zarghampour, H., J. Elsander, P. Kolisoja, B. Lechner and S. Nesslauer, 2002, Modelling of flexible pavement reinforced by steel net, REFLEX Report T7:02, Final report, VTI Linköping, Underhållsstandard belagd väg, 2011, Trafikverket Publikation 2012: VTI rapport 820

51 VTI rapport 820 Bilaga 1 Sida 1 (14)

52 Bilaga 1 Sida 2 (14) VTI rapport 820

84 Bilaga 4 Sida 1 (1) Töjningsgivarnas positioner Givarnas positioner Avstånd från avsnittets början i söder Punkt 1 Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Punkt 5 Referens, Str1 H-Giv H-Giv H-Giv Längdled, m Armerad K1, Str2 SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 SSG 1 & 2 Längdled, m 229,26 250,38 269,58 290,7 309,9 Armerad K1+K2, Str3 SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 H-Giv,SSG 1 & 2 SSG 1 & 2 Längdled, m 329,1 350,22 369,42 390,54 409,74 H-Giv är asfalttöjningsgivare från Dynatest, Danmark SSG 1 är ståltöjninggivare i längdled och är placerad på undersidan av armeringen SSG 2 är ståltöjningsgivare i tvärled och är placerad på sidan av armeringen Stålgivare är av typ trådtöjningsgivare tillverkad av Kyowa KFG C1-11L1M2R Alla givare är placerade i höger hjulspår (2 m från kanten) SSG2 SSG1 Ståltöjningsgivare monterade på en ruta, undersidan upp. Asfalttöjningsgivare monterad på fräst yta. VTI rapport 820

85 Bilaga 5 Sida 1 (1) Uppmätta lagertjocklekar E6 Ljungskile Lagertjocklekar borrkärnor. Sträcka 1. Sektion 0/060-0/160 Borrsektion x:y 2,146:64 1,073:77 1,943:107 2,059:110 2,233:138 0,667:153 0,29:158 Medel Ny beläggning Borrkärna nr 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 mm mm ABD16/B ABb16/B ABT11/B ABT11/B AG-lager AG-lager Tot tjocklek Sträcka 2. Sektion 0/220-0/320 Borrsektion x:y 2,146:224 1,073:237 1,943:267 2,059:270 2,233:298 0,667:313 0,29:318 Medel Ny beläggning Borrkärna nr 2:1 2:2 2:3 2:4 2:5 2:6 2:7 mm mm ABD16/B ABb16/B ABT11/B ABT11/B AG-lager AG-lager Tot tjocklek Sträcka 3. Sektion 0/320-0/420 Borrsektion x:y 2,146:324 1,073:337 1,943:367 2,059:370 2,233:398 0,667:413 0,29:418 Medel Ny beläggning Borrkärna nr 3:1 3:2 3:3 3:4 3:5 3:6 3:7 mm mm ABD16/B ABb16/B ABT11/B AG-lager AG-lager Tot tjocklek VTI rapport 820

86 Bilaga 6 Sida 1 (1) Styvhetsmodul och hålrumshalt från borrkärnor Sträcka Provnummer Skrym Styvhetsmodul Styvhetsmodul, 1år Hålrum g/cm³ MPa, 10 C MPa Vol-% 1 Bin1:1 2, ,8 Bin1:2 2, ,9 Bin1:3 2, ,8 Bin1:4 2, ,1 Bin1:5 2, ,0 Bin1:6 2, ,2 Bin1:7 2, ,3 2, ,1 0, ,7 2 Bin2:1 2, ,7 Bin2:2 2, ,0 Bin2:3 2, ,7 Bin2:4 2, ,8 Bin2:5 2, ,5 Bin2:6 2, ,7 Bin2:7 2, ,9 2, ,6 0, ,9 3 Bin3:1 2, ,2 Bin3:2 2, ,5 Bin3:3 2, ,1 Bin3:4 2, ,3 Bin3:5 2, ,4 Bin3:6 2, ,0 Bin3:7 2, ,8 2, ,3 0, ,3 1 Dr1: Dr1: Dr2: Dr2: Dr3: Dr3: VTI rapport 820

87 Bilaga 7 Sida 1 (14) Beräknade resultat från fallviktsmättningarna Enskilda data från mätningarna 2001, 2005 och 2012 samt beräknade beläggningstöjningar från fallviktsmätningarna enligt TRVMB 114 metod och enligt APLCAP algoritmer före och efter omräkning till 10 C redovisas. FWD-mätning 2001 Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 4 Provsträcka: Lj1 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: AS Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet, duggregn Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv VTI rapport 820

88 Bilaga 7 Sida 2 (14) Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 4 Provsträcka: Lj2 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: AS Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet, duggregn Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 4 Provsträcka: Lj3 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: AS Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet, duggregn Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm Medel Min Max Std.avv VTI rapport 820

89 Bilaga 7 Sida 3 (14) FWD-mätning 2005 Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 8 Provsträcka: Lj1 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: HC Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 8 Provsträcka: Lj2 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: HC Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv VTI rapport 820

90 Bilaga 7 Sida 4 (14) Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 8 Provsträcka: Lj3 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: HC Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv VTI rapport 820

91 Bilaga 7 Sida 5 (14) FWD-mätning 2012 Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 10 Provsträcka: Lj1 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: MB Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Halvklart Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 10 Provsträcka: Lj2 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: MB Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Halvklart Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv VTI rapport 820

92 Bilaga 7 Sida 6 (14) Utrustning: FWD 91 Län: O Vägnummer: E6 Spårläge (H/M/V): h Riktning (F/B): f Mätning nummer: 10 Provsträcka: Lj3 Mätplats: Ljungskile Rikt mot ort: Göteborg Operatör: MB Avst m punkter: 10 Load: 50 Kommentar: Mulet Date Created : Distance Imp Load D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 Air Pave Eu Bel. töjn. Krök.radie 1/D0-D450 1/D0-D600 Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C MPa µs D0:D30(m) mm mm 10C. µs Medel Min Max Std.avv Eftersom fallviktapparat är en praktisk och en NDT (icke förstörande) metod utfördes en bredare analys av fallviktsdata utöver den rekommenderade proceduren i VVMB 114. För en rimlig utvärdering av fallviktsdata bör utvärdering utföras i relation till temperatur, fukt och grundvattennivån i konstruktionen särskild vid prognostisering av tillståndet hos en väg. I ett försök att ta hänsyn till skillnaderna i beläggningstemperatur mellan de olika mättillfällena har de uppmätta asfalttöjningarna omräknats till en temperatur på 10 C enligt VVMB 114 och APLCAP (The Asphalt Pavement Layer Condition Assessment Program, Kim et al 2001, Xu et al 2003) metoderna. Hänsyn kunde inte tas till fuktinnehåll i vägen eftersom någon mätning av denna inte har utförts. Analys enligt VVMB 114 För att göra en jämförelse mellan sträckorna beräknades från fallviktsmätningarna töjningarna i underkant av de bundna lagren, med hjälp av formel 6 för enkla bärighetsmått i Trafikverkets (Vägverkets) metodbeskrivning VVMB 114. Töjningarna justerades från de för mättillfället beräknade (tabell 3) till töjningar vid 10 C, också enligt VVMB 114 formel 13. Resultatet från mätningen 2000 direkt före och efter åtgärden samt fram till senaste mätningen 2012 presenteras i figur b7.1 och b7.2. Skillnaderna i beräknad töjning mellan sträckorna är liten samtidigt som töjningarna generellt över tiden varit något högre på sträcka 2 än på de andra sträckorna. Tendensen är också tydlig att töjningarna har ökat de senaste mättillfällena i takt med att vägens nedbrytning har fortskridit. Resultaten från fallviktsmätningarna analyserade enligt VVMB 114 visar inte att stålarmeringen skulle ha någon styvhetshöjande effekt på vägkonstruktionen. Denna slutsats överensstämmer med andra provvägar med stålarmering som utförts, bl.a. erfarenheter från Sundomvägen i norra Norrland [Sundomrapport 2003]. VTI rapport 820

93 Bilaga 7 Sida 7 (14) APLCAP METOD Ytterligare jämförelser mellan sträckorna har utförts enligt APLCAP metoden. Analysen är baserade på fallviktsmätningarna (samma mätdata som ovan). Analysparametrar är dragtöjningarna i underkant av de bundna lagren, trycktöjningarna på obundna bärlagret och på terrassytan. Töjningarna har beräknats med hjälp av algoritmer nedan. Omräkning av töjningarna till en referenstemperatur (t.ex. 10 C) utförs med en justeringsfaktor. Justeringsfaktorn kan uppskattas med hjälp av en E-modul-temperatur samband hos en representativ vägkonstruktion och den beräknade E-modulen från FWD-data. Alternativet är med hjälp av styvhetsmodul-temperatur samband från laboratoriemätningar. Det bör också påpekas att omräkning till en referenstemperatur förutsätter att konstruktionen är intakt, utan skador, vilket inte kan garanteras här. Ena sträckan har visat tecken på sprickor redan vid 2005 mätningar enligt analys av uppmätta töjningar, kap 4.2. Det gamla och mycket spruckna bundna bärlagret (AG) har här antagits som obundet bärlager, vilket kan också ifrågasättas. Likväl är sambanden enligt nedan: Dragtöjning i underkant asfaltbeläggning: Log( ac) = 0,3898*log(SCI) + 0,5930*log(BDI) + 0,6935*log(Hac) 0,0328*Hac + 1,3347 Trycktöjning på obundet bärlager: Log( abc) = 0,4976*log(SCI) + 0,2910*log(BDI) + 0,5316*log(Hac) 0,0442*Hac + 2,1346 Trycktöjning på terrassytan: Log( sg) = 0,2811*log(BDI) + 0,6788*log(BCI) 0,0135*log(Hac) 0,0123*Habc + 2,2083 E-modul för bundna lager: Justeringsfaktorer för töjningar: VTI rapport 820

94 Bilaga 7 Sida 8 (14) Eftersom konstruktionen inte är intakt har den generella modul-temperatur sambandet i ATB väg 2005 använts i stället för asfaltlagermodulen beräknade från fallviktsmätningarna i ovanstående ekvationer enligt nedan: M s = 1,54*10 4 * e (-0,065*T) Log (Ms) = ,02519 * T b (lutning) = 0,02519 α 1 = 10 0,6411 b (T r T m ) α 2 = 10 0,57 b (T r T m ) α 3 = 10 0,408 b (T r T m ) ac abc sg SCI BDI BCI Hac Habc Eac,Tm dragtöjning i underkant asfaltbeläggning i mikrostrain trycktöjning på obundet lager i mikrostrain trycktöjning på terrassytan i mikrostrain (D0-D300 i mm), krökningsindex surface curvature index i 10-3 tum (mils) (D300-D600 i mm), base damage index i 10-3 tum (mils) (D600-D900 i mm), base curvature index i 10-3 tum (mils) bundna lagers tjocklek i tum obundna lagers tjocklek i tum den uppmätta E-modulen hos bundet lager i MPa Eac,Tr referens E-modulen vid referenstemperatur (10 C) i MPa (8040 MPa enligt ATB Väg 2002 kap C4.12.1) Ms styvhetsmodul hos asfaltbeläggning i MPa (enligt ATB Väg 2002 kap C4.12.1) Tr referenstemperatur (10 C) Tm temperatur vid mättillfället i C justeringsfaktor för dragtöjning i bundna lager justeringsfaktor för trycktöjning i obundet lager justeringsfaktor för trycktöjning på terrassytan Figurer b7.3 b7.5 visar de beräknade töjningarna i vägkroppen för jämförelse mellan sträckorna baserade på fallviktsmätningarna över tiden från 2000 till De beräknade dragtöjningarna i underkant beläggningarna och trycktöjningar på de obundna bärlagren (figurer b7.3a och b7.4a) visar ingen eller väldigt små skillnader inom respektive mättillfället. VTI rapport 820

95 Bilaga 7 Sida 9 (14) Figur b7.5a illustrerar trycktöjningar på terrassytan där framgår att stålarmering har en viss effekt på reducering av töjningsnivå. Effekten ökar i takt med att vägens nedbrytning har fortskridit från 2003 mätningarna och senare. Vid 2012 mätningen var trycktöjningen på armerade sträckor % lägre i jämförelse med referenssträckan. Ytterligare analys utfördes genom omräkningar av töjningar till en referenstemperatur, 10 C (figurer b7.3b, b7.4b och b7.5b). Skillnaderna mellan armerade och referenssträckorna blir större efter omräkningarna. Det beror på att referenssträckan har haft genomgående högre E-moduler vid mättillfällena. Omräkningen har utförts m.h.a. formlerna för justering av töjningar ovan, där effekten av temperaturskillnader och styvheten vid mättillfället ingår. Notera att efter omräkning av töjningarna visar alla tre sträckor en tendens till lägre töjningar med tiden av oförklarliga skäl, varför omräkningen till en referenstemperatur kan ifrågasättas i detta fall. Det bör också påpekas att omräkning till en referenstemperatur förutsätter att konstruktionen är intakt, utan skador, vilket inte kan garanteras här. Ena sträckan har visat tydliga sprickor (observera att de största justeringarna m.a.p. temperaturskillnader behövdes vid de senare mättillfällena som kan ha lett till större fel i omräkningen). För att utesluta effekten av omräkningen av töjningarna vid jämförelserna bör slutsatserna vara baserade på töjningar innan justering till 10C. Trycktöjningarna i terrassen från figur b7.5a (innan omräkningar av töjningar) visar att stålarmerade sträckorna ger upphov till lägre trycktöjningar på terrassytan med ca 15 % i takt med vägens nedbrytning. Se figur b7.5c för illustration av trycktöjning i procent av referenssträckans trycktöjning på terrassen. Denna skillnad i trycktöjning kan ha en signifikant effekt på nedbrytning av vägen särskild med hänsyn till den mycket låga styvhetsmodulen hos undergrunden (se figur 8). Sträcka 3 visar de lägsta töjningarna i jämförelse med sträcka 2 och 1 och sträcka 2 visar också lägre töjningar än sträcka 1. Detta bör leda till längre livslängd hos de armerade sträckorna i jämförelse med referenssträckan utan armering. Det bör erinras att beläggningstjockleken är i genomsnitt 10 till 18 mm tunnare på referenssträckan än på sträcka 3 respektive sträcka 2 (se kap 3.1). Det har en viss inverkan på påkänningarna på obundet lager och terrassen. Att armeringens effekt inte syns från dragtöjningen underkant beläggning och trycktöjningen i obundna lager tordes bero på det spruckna gamla AG-lagret som påverkar mätningarna, men fler försök behövs för att klarlägga orsaken. Det kan också noteras att beräknade töjningar i underkant beläggning enligt VVMB 114 och APLCAP metoderna visar en mycket god korrelation enligt figur b7.6. dock korrelationen försämras efter omräkning av töjningarna till en temperatur på 10 C, se figur b7.6. APLCAP metoden visar orimliga värden. Troligen beror på osäkerheten i uppskattning av E-moduler vid omräkning av töjning till en referenstemperatur. VVMB metoden visar rimliga omräknade värden till 10 C. Omräkningen är förvisso baserad på ett direkt samband mellan temperatur och töjning oberoende av lagersegenskaper. Å andra sidan, trots en mycket bra korrelation mellan itererade E-moduler (figur b7.7) med CLEVERCALC och beräknade enligt APLCAPs fasta formeln visar modellerna motsats utveckling i omräknade E-moduler vid 10 C (figur b7.8). APLCAP metoden visar en rimlig indikation på minskning av E-moduler med tiden. Itererade E-moduler indikerar en höjning av E-moduler med tiden. Noteras att referenssträckan har visat tydliga bärighetssprickor och uppmätta töjningar i beläggningens underkant visar ökning med tiden, vilka tyder på försvagning av konstruktionerna. Det måste leda till en minskning av E-modulerna. I detta fall så är det resonabel tillståndsbeskrivning med APLCAP metoden. Det konstateras att mycket försiktighet krävs vid omräkning av konstruktionens parametrar (såsom töjningar och moduler) till en referenstemperatur. Det visar tydligt att det föreligger ett forskningsbehov inom området. VTI rapport 820

96 Bilaga 7 Sida 10 (14) Figur b7.1 medelvärden av beräknad beläggningstöjning vid mättemperaturer enligt TRVMB114 Figur b7.2 Medelvärden av beräknad beläggningstöjning vid 10 C enligt TRVMB114. VTI rapport 820

97 Bilaga 7 Sida 11 (14) Figur b7.3a Medelvärden av beräknade beläggningstöjningar vid mättemperaturer enligt ABLCAP metoden. Figur b7.3b Medelvärden av beräknade beläggningstöjningar omräknad till 10 C enligt ABLCAP metoden. VTI rapport 820

98 Bilaga 7 Sida 12 (14) Figur b7.4a Medelvärden av beräknade trycktöjningar på bärlagret enligt APLCAP metoden vid mättemperatur. Figur b7.4b Medelvärden av beräknade trycktöjningar på bärlagret vid 10C enligt APLCAP metoden. VTI rapport 820

99 Bilaga 7 Sida 13 (14) Figur b7.5a Medelvärden på beräknade trycktöjningar på terrassen enligt APLCAP metoden vid mättemperatur. Figur b7.5b Medelvärden av beräknad trycktöjning vid 10 C på terrassytan från fallviktsmätningar Figur b7.5c Medelvärden av beräknad trycktöjning i % av referenssträckans vid mättemperaturer. VTI rapport 820

Visa mer