FÖRORD. Lena Eklöf Göteborg, mars 2003.

Transkript

1 FÖRORD Detta examensarbete är utfört vid Institutionen för Vatten Miljö Transport, Chalmers Tekniska Högskola, på uppdrag av Vägverket Region Väst, Göteborg. Handledare och examinator är Gunnar Lannér vid Institutionen för Vatten Miljö Transport. Handledare på Teknikavdelningen, Vägverket Region Väst, är Carl-Gösta Enocksson. Jag vill tacka mina handledare, som varit till stor hjälp och ställt upp under arbetets gång. Jag vill även tacka Anders Lenngren och Bertil Mårtensson, båda från Vägverket Konsult, samt Tomas Winnerholt på Vägverkets huvudkontor, för den hjälp och de svar de givit mig på mina frågor,. Ett stort tack riktas även till alla de anställda på Teknikavdelningen på Vägverket Region Väst för det vänliga bemötande de visat mig. Lena Eklöf Göteborg, mars I

2 II

3 SAMMANFATTNING Den norm som används för dimensionering av svenska statliga vägar är ATB VÄG 2002, i vilken det bland annat finns dimensioneringsvillkor för terrassen, något som brukar kallas terrasstöjningskriteriet. Formlerna i terrasstöjningskriteriet härstammar i huvudsak från empiri av friktionsjordar, men ingen skillnad görs för vägar som byggs på kohesionsjordar. Det har visat sig att den rekommenderade elasticitetsmodulen för undergrunden är överskattad när det gäller jordar bestående av lös lera, speciellt i de fall då vägprofillinjen ligger under torrskorpan. Vid ombyggnaden av Åbromotet i Mölndal anlades en provslinga, indelad i tio olika ytor med olika typer av grundförstärkning. I föreliggande examensarbete behandlas tre ytor med olika utskiftningstjocklekar och en yta grundlagd på en betongplatta. Provslingan trafikerades av en lastbil med kontrollerad last, vilket gav deformationer i form av spår. Fallviktsmätningar utfördes på ytorna både före och efter belastningen. Efter att resultaten av fallviktsmätningarna passningsräknats i föreliggande examensarbete med hjälp av programvarorna PMS Objekt 2000 och CLEVERCALC 3.8, erhölls värden på modulerna för respektive lager i konstruktionerna. Lagermodulerna användes sedan för att i PMS Objekt 2000 utföra bärighetsberäkningar och få fram trycktöjning på terrassen. Därefter kunde antal tillåtna standardaxlar beräknas med hjälp av formeln för terrasstöjningskriteriet. Trenden av storleken på töjningen var att standardmodulerna, rekommenderade i ATB VÄG, generellt gav mindre trycktöjning än de töjningar som beräknats utifrån fallviktsmätningar. Detta innebär att standardmodulerna ger konstruktionen längre livstid, då fler standardaxlar antas kunna passera. Via spårmätningar som gjorts kontinuerligt på provytorna togs en spårutvecklingsprognos fram för respektive yta. De spårdjup som det maximala antalet tillåtna standardaxlar motsvarar jämfördes därefter med verkligt uppkomna spårdjup, dels på provytorna i Åbromotet och dels på en motorvägssträcka med liknande konstruktion och undergrund i Ljungskile. De beräknade och de uppmätta spårdjupen stämmer mycket väl överens i Åbro och relativt väl överens i Ljungskile, vilket visar att prognostisering av spårdjup kan göras med goda resultat. De slutsatser som examensarbetet givit är följande: ATB VÄG överskattar lerundergrundens bärighet för de förhållanden som råder i Åbro. Terrasstöjningskriteriet uppfylls inte oberoende av vilken modell som används för framtagning av lagermoduler. Beräkning av fältdata från fallviktsmätningar ger bättre överensstämmelse med verkligt spårdjup än vad användande av tabellvärden och standardmoduler gör. Passningsräkning av fallviktsmätningar med PMS Objekt 2000 ger kortare beräknad livslängd på konstruktionen än passningsräkning med CLEVERCALC 3.8. III

4 IV

5 ABSTRACT In the swedish standard of state road design, ATB VÄG, there is a design criteria for the terrace, regulating the terrace strain in terms of a maximum number of allowed standard load axles. This condition is, however, founded on the knowledge of non-cohesive soil, but is used for roads on cohesive soil, such as soft clay, as well. Earlier studies [2] have shown that the recommended modulus of the subgrade is overrated for soft clays, especially if the dry crust is removed. In 1997 experiments were carried out on a test road in Åbro, Mölndal. The test road was divided into ten different sections, of which three are studied in this master thesis. In three of the sections the clay was removed and replaced by gravel. The fourth was founded on a layer of concrete. The road section was loaded by a lorry with a controlled load driving about 5000 laps. The result of this was tracking deformations. Both before and after the traffic loading, falling weight measurements were carried out. In this master thesis these falling weight measurements are calculated into layer moduli, using the software PMS Objekt 2000 and CLEVERCALC 3.8. The layer moduli were then put into the bearing capacity part of PMS Objekt 2000, which resulted in a maximum allowed strain on the terrace for the different sections. Then the number of allowed standard axle passages could be calculated. Comparison was also made with the standard moduli recommended by ATB VÄG. Generally, the standard moduli allowed more passages, giving the road a longer lifetime and overestimating the bearing capacity of the subgrade. During the loading of the test road, continuous measurements were made of the rutting. With the help of these measurements a prognosis of the rutting could be made. Then the standard axle passages were calculated into depths of rutting and compared to the actual tracking depths of each construction area. Comparison was also made with an actual highway, E6, at Ljungskile. The studies within this master thesis show that there are relatively good and comparable relations between the calculated and the actual ruts. Conclusions made in this master thesis: ATB VÄG overestimates the bearing capacity of the soft clay subgrade, for conditions similar to the ones in Åbro. The construction design criteria for the terrace is dependent on which model is used for deciding/calculating the layer moduli. If field measurements, in terms of falling weight deflections, are used to calculate the moduli, the rutting depth is more accurate than if standard moduli are used. Calculations of falling weight deflections using PMS Objekt 2000 results in a shorter lifetime of the road than calculations using CLEVERCALC 3.8. V

6 VI

7 FÖRKORTNINGAR OCH BEGREPP Begrepp Bärighet Bärlager Förstärkningslager Lagermodul Standardaxel Strain Terrassyta Undergrund Utskiftning Överbyggnad Högsta last, enstaka eller ackumulerad, som kan accepteras med hänsyn till uppkomst av sprickor eller deformationer. Lager i vägkroppen med uppgift att utjämna förstärkningslagret, även med lastspridande funktion. Lager i vägkroppen med uppgift att sprida belastningen över en större yta. Elasticitetsmodul för aktuellt lager i vägkonstruktionen. Fiktiv axel med parmonterade hjul och med 100 kn axellast jämt fördelad mellan hjulen. Varje hjul har en cirkulär kontaktyta mellan däck och väg. Varje kontaktyta är belastad med ett konstant tryck på 800 kpa. Hjulen i respektive hjulpar har ett inbördes centrumavstånd på 300 mm. Se figur 8.1 kapitel 8. Töjning, deformation i förhållande till tjocklek. Terrassens övre begränsningsyta; gräns mellan överbyggnad och underbyggnad/undergrund. Markprofilen under vägkroppen. Massutskiftning; urgrävning eller nedpressning av jordmaterial i syfte att förstärka undergrunden. Del av vägkroppen som ligger ovanför terrassytan. Förkortningar och beteckningar ATB kpa m mm MPa Allmänna tekniska beskrivningar, ATB VÄG. Kilopascal Meter Millimeter Megapascal PMS Pavement management system, PMS Objekt RMS Root mean square, RMS-värde, anges i procent. Det fel som programmet räknat ut med hjälp av minsta kvadratmetoden. Anger hur bra passning den framräknade modellen har till de uppmätta värdena (deflektionerna). VII

8 VIII

9 1. INLEDNING Bakgrund Syfte Avgränsningar Metod för utförande PROVSLINGAN I ÅBROMOTET Allmänt Provytornas konstruktion Standardöverbyggnad Yta 1 Utskiftning Yta 2 Utskiftning Yta 8 Utskiftning Yta 10 Betongplatta Valda datamängder Kort statistisk analys Strukturering av datamängder Angående plattbelastningsprov HYPOTESER LAGERMODELLER Lagermodell Lagermodell PASSNINGSRÄKNING MED CLEVERCALC Lagerindelning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Slutsats angående yta Beräkning med ett fast lager på 3 m djup... 23

10 6. PASSNINGSRÄKNING MED PMS OBJEKT Lagerindelning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Efter trafikbelastning Tvärkontraktionstalets inverkan på modulerna KORT ANALYS AV MODULBERÄKNINGAR RMS-värde Jämförelse mellan logaritmerade moduler Jämförelser mellan programvarornas resultat TÖJNINGSBERÄKNING I PMS OBJEKT Beräkning av antal standardaxlar Trycktöjning i terrassytan Trycktöjning på yta Trycktöjning på yta Trycktöjning på yta Töjningens variation med överbyggnadstjockleken BERÄKNING AV BÄRIGHET Bärighet på Yta Bärighet på Yta Bärighet på Yta SPÅRUTVECKLING Uppmätt spårdjup Linjeanpassning av spårbildningen Prognostisering av spårutveckling Beräkning av spårutveckling utifrån töjningen Spårdjup på yta Spårdjup på yta Spårdjup på yta Analys av beräknad spårutveckling Jämförelse med verklig spårutveckling i Åbro Angående spårens spridning i sidled Jämförelse med verklig spårutveckling i Ljungskile

11 11. AVSLUTANDE DISKUSSION OCH SLUTSATSER Diskussion och eventuella felkällor Slutsatser Angående uppställda hypoteser Förslag på fortsatta studier BILAGOR REFERENSER LITTERATURFÖRTECKNING

12 4

13 1. INLEDNING 1.1 Bakgrund Den norm som används för dimensionering av statliga vägar är ATB VÄG Dimensionering utförs i enlighet med kapitel C, där det bland annat finns angivna krav på terrassens bärighet, något som brukar kallas terrasstöjningskriteriet. För vägkonstruktioner med bitumenbundna lager anges som exempel att överbyggnaden skall konstrueras så att antalet tillåtna belastningar av en standardaxel uppfyller kraven i tre olika formler (C3.4-4 C3.4-6). Den del av terrasstöjningskriteriet som åsyftas i föreliggande examensarbete, uttrycks i ATB VÄG 2000 kapitel C enligt: N te = f, i d 8,06 10 ε 4 te, i 8 där N te, i är tillåtet antal standardaxlar för terrassyta under klimatperiod i f d är en korrigeringsfaktor med avseende på fukt och väta i terrassmaterial ε te,i är den största vertikala trycktöjningen på terrassyta för klimatperiod i vid belastning med en standardaxel på vägytan. [1] Formlerna i terrasstöjningskriteriet härstammar i huvudsak från empiri av friktionsjordar, men ingen skillnad görs för vägar som byggs på kohesionsjordar. Detta har till viss del bidragit till att flera vägar som byggts på lerjordar har fått kraftigt förkortad livslängd. Ett exempel är E6 vid Ljungskile, som byggdes i början av 90-talet och som redan inom en femårsperiod var så kraftigt deformerad att omfattande åtgärder krävdes. Denna vägsträcka byggdes förvisso enligt tidigare gällande tekniska riktlinjer, men dimensionering med ATB VÄG utan korrigeringar för kohesionsjord skulle ha givit ungefär samma resultat. Vid ombyggnaden av Åbromotet i Mölndal anlades sommaren 1997 en provslinga, indelad i tio olika ytor med olika grundförstärkning. Flertalet konstruktionstyper var kraftigt underdimensionerade, för att ge snabba resultat efter trafikbelastningen, en typ av så kallade accelererade livslängdstester. Provslingan trafikbelastades av en lastbil som körde ett stort antal varv med kontrollerad last. Mätningar med både fallviktsdeflektometer och plattbelastning utfördes på olika nivåer i vägkroppen, både före, under och efter trafikbelastningen. Eftersom både utförandet av vägkonstruktionen och mätningarna skedde under osedvanligt väl kontrollerade former, är mätdatamängderna från provslingan väl lämpade till att använda i analyser av olika slag. I ATB VÄG, kapitel C4, finns tabeller över materialegenskaper såsom elasticitetsmodulerna för olika konstruktionsmaterial och klimatzoner. Föreskrivet är att modulerna är att betrakta som riktvärden. Rekommenderad elasticitetsmodul varierar med årets säsonger på sådant sätt att till exempel undergrundens modul i regel betraktas som svagast under tjällossningen, då marken har mycket högt vatteninnehåll, emedan 5

14 slitlagret betraktas som svagast under sommaren, då temperaturen gör asfalten mjuk. Eftersom arbetet med provslingan i Åbro utfördes under sommaren, är beräkningar, analys och jämförelser i detta examensarbete koncentrerat till värden gällande denna period. Det aktuella området i Åbro tillhör enligt ATB VÄG klimatzon 1 och rekommenderade elasticitetsmoduler är för sommaren därmed de som återfinns i tabell 1.1 nedan. Tabell 1.1. Elasticitetsmoduler enligt ATB VÄG, kapitel C4, nybyggnad, klimatzon 1, sommar. Konstruktionslager Bitumenbunden beläggning Bärlager Förstärkningslager, krossat material Undergrund, materialtyp 4-5 Elasticitetsmodul 3500 MPa 450 MPa 450 MPa MPa Lera ingår i materialtyp 4 på undergrunden i tabellen ovan och där hamnar den lösa lera som återfinns i bland annat Göteborgsområdet och därmed i Åbromotet, Mölndal. Den kan på grund av sitt organiska innehåll även klassas som materialtyp 5. Skillnaden blir inte så stor för elasticitetsmodulens värde. Tidigare studier har visat att den rekommenderade elasticitetsmodulen är överskattad när det gäller undergrundsmaterial bestående av lös lera [2]. Det är därför av intresse att utföra ytterligare studier inom detta område, vilket föranleder tillkomsten av detta examensarbete. 1.2 Syfte Syftet är att undersöka och analysera hur ATB VÄG: s terrasskriterium fungerar på en mark av lös lera och ställa det i samband med spårdjupsbildningen. Detta skall ske genom beräkning och analys av en provvägskonstruktion i Åbro, Mölndal. Undersökning och analys skall ske på konstruktioner med olika mäktighet och med minst två olika modeller när det gäller vilken del av konstruktionen som antas vara terrass. För analys av spårbildningen skall jämförelse göras med verkligt uppkomna spår på en liknande konstruktion på motorväg E 6 vid Ljungskile med syfte att försöka knyta modellerna till verkligheten. 1.3 Avgränsningar I examensarbetet har ett antal avgränsningar gjorts. Syftet med det är att begränsa arbetets omfång och samtidigt minimera antalet ingående variabler, för att om möjligt ha kontroll över eventuella felaktigheter. En av avgränsningarna är att enbart fältdata i form av fallviktsmätningar behandlas. Någon hänsyn till påverkan av till exempel tjäle har inte gjorts och inte heller mer noggranna studier av luft- eller vägytetemperaturer. 6

15 Examensarbetet tar inte hänsyn till eventuella skillnader när det gäller geotekniska förhållanden och parametrar, såsom porvattentryck eller skjuvhållfasthet. De fallviktsmätningar som bearbetas, analyseras och jämförs är alla gjorda på slitlagret. Några mätningar på underliggande lager har ej tagits med. Dessutom betraktas enbart fallviktsmätningar, trots att även plattbelastningsprov utfördes på ytorna, se vidare kapitel 2.4 Angående plattbelastningsprov. Den hastighet som trafikbelastningen i form av lastbilen haft, var under försöken mycket låg och kontrollerad, ungefär 20 km/h [3], något som tros kunna inverka på spårutvecklingen och försvåra jämförelser med verkliga vägkonstruktioner. 1.4 Metod för utförande Undersökningen skall ske genom passningsräkning av fallviktsmätningar i programvarorna PMS Objekt 2000 och CLEVERCALC 3.8. Därmed fås värden på modulerna för respektive lager i konstruktionerna. Dessa moduler används sedan för att i PMS Objekt 2000 utföra bärighetsberäkningar och få fram trycktöjning på terrassen. Därefter kan antal tillåtna standardaxlar som denna töjning motsvarar beräknas med hjälp av formeln för terrasstöjningskriteriet i kapitel 1.1 ovan. Via spårmätningar som gjorts kontinuerligt på provytorna kan en spårutvecklingsprognos tas fram för respektive yta. De spårdjup som maximalt antal tillåtna standardaxlar motsvarar, kan sedan jämföras med verkligt uppkomna spårdjup, dels på provytorna i Åbromotet och dels på en motorvägssträcka med liknade konstruktion och undergrund i Ljungskile. 7

16 2. PROVSLINGAN I ÅBROMOTET 2.1 Allmänt Såsom nämnts i kapitel 1.1 Bakgrund ovan, anlades sommaren 1997 en provslinga i Åbromotet, Mölndal. Var Åbromotet är beläget visas i figur 2.1. Provslingan bestod av tio olika ytor, med skiftande grundförstärkning. Innan provkonstruktionerna anlades grävdes torrskorpan bort. Detta gjorde att utgångsnivån, nollnivån, för anläggning av provslingan hamnade cirka 2 m under tidigare befintlig markyta. På ytorna 1, 2, 5 och 8 användes till exempel metoden med utskiftning, lera byts ut mot grusmaterial, av olika mäktighet. Ytstabilisering, med bland annat kalkcementpelare, användes på ytorna 3, 4, 6 och 9. På yta 10 provades med att lägga en betongplatta på leran för att placera överbyggnadskonstruktionen på [3]. Åbromotet Figur 2.1. Översiktkarta Åbromotet, Mölndal. Bilderna tagna från Provslingan trafikbelastades av en lastbil som körde ett stort antal varv med kontrollerad last. Konstruktionerna på provytorna underdimensionerades för att ge snabba resultat efter trafikbelastningen. I figur 2.2 nedan visas ett fotografi på lastbilen med makadamlasten, som kör på den uppbyggda provslingan. I bakgrunden ses den trafikerade Söderleden. De provytor som valts ut från provslingan vid Åbromotet för behandling i föreliggande examensarbete är ytorna 1, 2, 8 och 10, av vilka de tre förstnämnda alltså består av överbyggnad placerad på utskiftningsmaterial av olika mäktighet och den fjärde av överbyggnad lagd på en betongplatta. Urvalet av provytor har skett i samråd med handledare [4]. I figurerna 2.3 och 2.4 nedan visas principskisser på hur konstruktionerna på ytorna 1 och 10 är uppbyggda och i bilaga 1 Provytornas konstruktioner finns en översikt över alla fyra provkonstruktioner. 8

17 Figur 2.2 Foto på provslingan, Åbromotet [4]. 2.2 Provytornas konstruktion Standardöverbyggnad Utgående från nollnivån, anlades ett 350 mm tjockt förstärkningslager av grusmaterial med fraktionerna 0-90, 50 mm bärlager av 0-60 samt 40 mm slitlager av mjuk asfalt. Slitlagrets relativt tunna tjocklek förklaras av att dess huvudsakliga uppgift var att bereda en jämn yta, för att förenkla de mätningar som skulle utföras [3]. Ett tunt slitlager medför dessutom att belastningen på de obundna lagren blir större, och att spår bildas snabbare Yta 1 Utskiftning På provyta 1 schaktades 600 mm lera bort och ersattes med friktionsmaterial. Ovanpå detta anlades standardöverbyggnaden. Provytan hade måtten 10x5 m 2. Figur 2.3. Principskiss över lagerföljden i provyta 1. 9

18 2.2.3 Yta 2 Utskiftning På provyta 2 ersattes 200 mm lera med friktionsmaterial innan standardöverbyggnaden anlades. Provytans mått var 15x5 m 2. Ett snitt genom provyta 2 ger samma utseende som för provyta 1 i figur 2.3, med skillnaden att utskiftningslagret endast är 200 mm tjockt Yta 8 Utskiftning På provyta 8 schaktades 400 mm lera bort och ersattes med friktionsmaterial innan standardöverbyggnaden anlades. Provyta 8 var 15x5 m 2. Ett snitt genom provyta 8 ger liksom provyta 2 samma utseende som för provyta 1 i figur 2.3, men med ett 400 mm tjockt utskiftningslager Yta 10 Betongplatta På provyta 10 schaktades 100 mm lera bort och istället göts en betongplatta, som standardöverbyggnaden anlades på. Ytmåtten för provytan var 15x5 m 2. Ett snitt genom den visas i figur 2.4 nedan. Figur 2.4. Principskiss över lagerföljden i provyta Valda datamängder En stor mängd mätdata finns att tillgå från provslingan i Åbro. Då emellertid endast fyra av de tio provytorna betraktas, minskar mängden användbar mätdata något. De typer av mätningar som är aktuella för detta examensarbete är fallviktsmätningar och spårdjupsmätningar med rätskiva Kort statistisk analys På provytorna 1 och 2 har mätningar med fallviktsdeflektometer utförts både med normal och med kort stigtid. Det har tidigare konstaterats att resultaten av kort och normal stigtid är relativt likvärdiga [3]. Då endast två av de fyra provytorna berörs, behandlas emellertid enbart mätningar med normal stigtid. 10

19 20 Antal mätpunkter Yta 1 Yta 2 Yta 8 Yta 10 Figur 2.5. Översikt över antal mätpunkter på respektive provyta före trafik. Antalet mätningar varierar mellan olika ytor och mellan före respektive efter trafikbelastning. Före trafik är antal tillgängliga mätpunkter dubbelt så stort på ytorna 1 och 2 som på 8 och 10, något som visas i figur 2.5. Efter trafikbelastningen finns det största antalet tillgängliga mätpunkter på yta 2, åskådliggjort i figur 2.6 nedan. 20 Antal mätpunkter Yta 1 Yta 2 Yta 8 Yta 10 Figur 2.6. Översikt över antal mätpunkter på respektive provyta efter trafik. Det är inte enbart antalet mätningar som är av intresse, utan även noggrannheten i eller spridningen av mätningarna. Alla provmetoder innebär viss spridning av mätresultatet, så även fallviktsmätningar. Det är intressant att före vidare beräkningar betrakta datamängderna statistiskt. I varje mätpunkt på provytorna i Åbro utförde fallvikten nio slag, slagkraftsmässigt fördelade i serier om tre, där slagkraften är störst i det tredje slaget. I figur 2.7 visas fördelningen av slagen i slagserierna för några av mätpunkterna på yta 1. 11

20 Slagkraft [kn] Figur 2.7. Slagkraftens spridning i serier om tre i mätpunkterna på yta 1, före trafik. Spridningen av slagkraften inom de enskilda slagserierna är relativt liten, kraften varierar inte mycket mellan de olika mätpunkterna. En betraktelse kan även göras av medeldeflektionen, D 0, som uppmäts av den första givaren rakt under fallvikten. Efter omräkning av enheterna blir medelvärdena enligt vad som visas i tabell 2.1 för de sex mätpunkterna på yta 1. I medelvärdesberäkningen har alla nio slag tagits med. För att få en statistisk grund på bedömningen beräknas konfidensintervallet för mätvärdena. Det blir då möjligt att se hur många av mätningarna som hamnar inom intervallet, vilket här anses vara ett tillräckligt mått för att beakta noggrannheten i mätningarna. För att beräkna konfidensintervall för små stickprov, n 30, måste t-fördelningen användas [5]. Vid passningsräkning beräknas ett medelvärde av deflektionen av slagen i varje mätpunkt och medelvärdena utgör därefter den aktuella datamängden. Datamängderna för respektive provyta är därför små stickprov. Tabell 2.1. Nolldeflektionens medelvärde, yta 1, före trafik. Fallviktsmätning Deflektionsmedelvärde [mm] Punkt 1 1, Punkt 2 1, Punkt 3 1, Punkt 4 1, Punkt 5 1, Punkt 6 1, Analys genomförs på konfidensnivåerna 95% och 99%. Det visar sig att en konfidensnivå på 99% är ett krav för majoriteten av mätningar, vid 95% reduceras antalet mätpunkter radikalt. Med anledning av att de datamängder som åsyftas är av arten fältdata, anses emellertid en konfidensnivå på 99 % vara fullt tillräcklig, trots att den innebär ett vidare intervall än en konfidensnivå på 95 %. 12

21 Med en konfidensnivå på 99% kan konfidensintervallet beräknas med hjälp av formeln: [] x ± tn Ε 1 s n där Ε [] x = medelvärde t n 1 = 4,032 s = standardavvikelse n = antal medelvärden [5] Det intervall som fås vid en beräkning är en undre gräns på 1,30 mm och en övre gräns på 1,57 mm. Vid en jämförelse med värdena i tabell 2.1 ses att alla mätvärden hamnar inom intervallet. Den statistiska kvaliteten på datamängderna anses därför vara fullgod Strukturering av datamängder Rådatafilerna innehåller mätningar på fler än en yta och måste först modifieras så att varje yta får en egen fil. För vissa av ytorna har flera mätserier gjorts vid olika tillfällen men i samma tidsskede, det vill säga före respektive efter trafikbelastning. I dessa fall har den ytan mer än en indatafil, eftersom mätningarna inte lagts ihop i en fil utan sparats var för sig. 2.4 Angående plattbelastningsprov I examensarbetet har avgränsningar gjorts till enbart fallviktsmätningar, varför några plattbelastningsresultat ej behandlas trots att denna metod är relativt vanligt förekommande. Detta har gjorts inte enbart i avseendet att begränsa arbetets omfattning, utan även med syftet att mer noggrant utröna fallviktsprovens koppling till uppnådda resultat. Med andra ord är det ett försök till jämförelse mellan fallviktsproven som mätmetod och de spårdjup som trafiken alstrat. Plattbelastning är en statisk mätmetod, där mätningen sker medelst en cirkulär platta som tryckbelastas [6]. Fallviktsmätning däremot, är en dynamisk mätmetod, som därmed på ett bättre sätt motsvarar en verklig trafikbelastning och de kompressionsvågor som den alstrar i vägkroppen och dess undergrund. Fallviktsmätning är en mätmetod som är vanlig vid förstärknings- och förbättringsarbeten [4], inom nybyggnad används plattbelastning av entreprenörerna [7]. 13

22 3. HYPOTESER Examensarbetet skall undersöka huruvida ATB VÄG: s terrasstöjningskriterium är tillräckligt för dimensionering av vägar på lös lera eller ej. Detta kan uttryckas enligt hypotes 1 nedan. I det fall hypotes 1 falsifieras anses ATB VÄG: s terrasstöjningskriterium vara otillräckligt och kräva ytterligare undersökningar. Hypotes 1: Terrasstöjningskriteriet i ATB VÄG uppfylls oavsett vilken modell för framtagning av lagermoduler som används. Dessutom skall undersökning ske huruvida fältmätningar följda av modulberäkningar ger bättre eller sämre resultat i form av spårdjupsbildning, i jämförelse med de rekommenderade standardmodulerna i ATB VÄG. Detta sker genom verifiering eller falsifiering av hypotes 2. Hypotes 2: Fältdata som beräknas ger bättre överensstämmelse med verkligt spårdjup än vad användande av tabellvärden och standardmoduler gör. För att prova hypotes 2 används fältdata i form av fallviktsmätningar. Terrasstöjningskriteriet skall provas på två nivåer i vägkonstruktionen: dels då lerundergrunden betraktas som terrassyta och dels då utskiftningen betraktas som en del av undergrunden och därmed som terrassyta, se vidare kapitel 4 Lagermodeller. Fallviktsmätningarna beräknas i CLEVERCALC 3.8 och PMS Objekt

23 4. LAGERMODELLER Beräkning av terrasstöjningen skall utföras på två nivåer i vägkonstruktionen. För att kunna göra detta utformas två lagermodeller, som på olika sätt indelar den verkliga konstruktionen i tre lager. Dessa två modeller passningsräknas sedan var för sig, dock utgående ifrån samma fallviktsmätning, se vidare kapitel 5 Passningsräkning med CLEVERCALC 3.8 och kapitel 6 Passningsräkning med PMS Objekt De tre konstruktionslagrens elasticitetsmoduler blir olika beroende på vilken lagermodell som används. Lagermodellerna är desamma för beräkningar före trafikbelastning som efter. 4.1 Lagermodell 1 I lagermodell 1 betraktas utskiftningen som en del av överbyggnaden. Innebörden är att tjockleken på lager 2 varierar mellan de olika provytorna. Terrassytan utgörs i lagermodell 1 av lerundergrunden. Lager 1 = Slit- och bärlager Lager 2 = Förstärkningslager och utskiftning Lager 3 = Undergrund Figur 4.1. Principskiss över lagermodell Lagermodell 2 I lagermodell 2 antas utskiftningen vara en del av undergrunden och med samma geotekniska materialegenskaper som denna. Det innebär bland annat att den tilldelas en lägre elasticitetsmodul än dess grusmaterial egentligen har. Terrassytan utgörs av utskiftningen och dess nivå varierar mellan de olika ytorna. Lager 1 = Slit- och bärlager Lager 2 = Förstärkningslager Lager 3 = Utskiftning och undergrund Figur 4.2. Principskiss över lagermodell 2. 15

24 5. PASSNINGSRÄKNING MED CLEVERCALC 3.8 Passningsräkning utförs för att behandla data som uppmätts vid fallviktsmätningar. Behandlingen börjar med en definition av lagertjocklekarna. CLEVERCALC utför sedan iterationsberäkningar i syfte att ta fram de elasticitetsmoduler som passar bäst till de uppmätta deflektionerna. Resultatet av passningsräkningen är därmed elasticitetsmoduler, här kallade lagermoduler, för respektive lager i den definierade vägkonstruktionen. Det är inte riktigt korrekt att sedan jämföra lagermoduler mellan ytor med olika konstruktionstjocklekar [8], de måste i så fall först logaritmeras. En sådan jämförelse görs i kapitel 7 Kort analys av modulberäkningsresultat. I följande kapitel begränsas jämförelserna till att endast kort beskriva skillnader i lagermoduler på en och samma yta. I bilaga 3 Sammanställning av lagermoduler återfinns alla i följande kapitel redovisade lagermoduler. 5.1 Lagerindelning Det är i CLEVERCALC möjligt att använda upp till fem lager vid passningsräkning, men i programmet rekommenderas användande av maximalt tre [9], vilket därför använts. Ett försök med fler lager redovisas emellertid i kapitel 5.7 Beräkning med ett fast lager på 3 m djup. I CLEVERCALC antas det understa lagret alltid vara i princip oändligt, det vill säga lagret antas sträcka sig ned till fast botten. Någon tjocklek kan inte anges för detta lager, vilket i tabellerna nedan markeras med oändlighetstecknet. De två modeller som beräknas är lagermodell 1 och lagermodell 2, enligt kapitel 4 Lagermodeller. Beräkning av elasticitetsmodulerna i de två lagermodellerna utförs för fallviktsmätningar gjorda både före och efter trafikbelastningen. 5.2 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Resultaten av passningsräkningarna före trafikbelastning visar att värdet på undergrundens elasticitetsmodul blir ungefär 20 MPa. Eftersom utskiftningen är 600 mm tjock och därmed påverkar resultatet mycket, kan lagermodell 1 redan innan passningsräkningen antas ge mer tillförlitliga resultat än lagermodell 2. Detta antagande bekräftas av att CLEVERCALC för lagermodell 1 kunde lösa alla sjunktrattar och att RMS-värdet blev något mindre än 2 %. Passningsräkningen för lagermodell 2 resulterar däremot i att 41 sjunktrattar, 76 % av trattarna i beräkningen, förblir olösta trots programmets iterationer. RMS-värdet är 7 %, vilket är att betrakta som högt, då rekommenderat högsta värde är 3 %. 16

25 Tabell 5.1. Beräkningsresultat, modulberäkning före trafik, yta 1. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1353 Lager 2: 950 mm E 2 [MPa] 130,13 Lager 3: E 3 [MPa] 20,222 RMS-medel 1,8830 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 396,67 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 388,8 Lager 3: E 3 [MPa] 29,574 RMS-medel 7,0091 % Efter trafikbelastning Vid fallviktsmätningarna efter trafikbelastningen har materialet i konstruktionerna packats ytterligare. Lagermodulerna för lager 1 får därför högre värden när passningsräkning utförs. RMS-värdena blir mer lika mellan lagermodellerna än de var före trafikbelastningen, men detta har i sig inte någon betydelse för bedömning av rimligheten. För lagermodell 1 kunde alla sjunktrattar lösas, men för lagermodell 2 förblev sexton sjunktrattar olösta, vilket här motsvarar 44 % av trattarna. Det är en tydlig skillnad mellan modulvärdena för respektive lager i de två lagermodellerna. Detta får antas bero på, såsom nämnts ovan, att utskiftningen är tjock och att det därför gör stor skillnad om den ges materialegenskaper som grus eller som lera. Tabell 5.2. Beräkningsresultat, modulberäkning efter trafik, yta 1. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 3954 Lager 2: 950 mm E 2 [MPa] 124,86 Lager 3: E 3 [MPa] 23,694 RMS-medel 2,1472 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1249 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 303,39 Lager 3: E 3 [MPa] 32,556 RMS-medel 3,6306 % 17

26 5.3 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning De lagermoduler som passningsräkningarna för yta 2 resulterar i redovisas i tabell 5.3 nedan. På yta 2 är utskiftningen endast 200 mm tjock, varför skiftningen mellan lagermodellerna inte inverkar lika mycket på resultaten som på yta 1 ovan. Undergrundsmodulen får ett värde på ungefär 14 MPa. Andelen olösta sjunktrattar blev för 4,6 respektive 7,4 % för lagermodell 1 och 2, vilket motsvaras av fem respektive åtta olösta trattar. RMS-värdet hamnade inom de rekommenderade tre procenten för både lagermodell 1 och lagermodell 2. Beräkningsresultaten visar att modulvärdena är relativt lika för respektive lager i de två lagermodellerna. Undergrundsmodulen förändras i princip inte alls om konstruktionen antas bestå av 200 mm mer eller mindre grus. Förändringen sker i stället i de två övre lagren, det vill säga i överbyggnaden. Tabell 5.3. Beräkningsresultat, modulberäkning före trafik, yta 2. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1619 Lager 2: 550 mm E 2 [MPa] 24,472 Lager 3: E 3 [MPa] 14,250 RMS-medel 2,9144 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1344 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 33,343 Lager 3: E 3 [MPa] 14,481 RMS-medel 2,8138 % Efter trafikbelastning Beräkning av fallviktsmätningar tagna efter trafik ger liksom för yta 1 att slit- och bärlagermodulen har ökat mycket till följd av kompakteringen. Modulerna på de båda undre lagren har däremot bara ökat lite. Undergrundsmodulen är även här nästan identisk mellan de båda lagermodellerna. Andelen olösta sjunktrattar blir mellan 7 och 10 % för respektive lagermodell och RMS-värdena hamnar såsom syns i tabell 5.4 på knappt 2 %. 18

27 Tabell 5.4. Beräkningsresultat, modulberäkning efter trafik, yta 2. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 3493 Lager 2: 550 mm E 2 [MPa] 24,987 Lager 3: E 3 [MPa] 18,692 RMS-medel 1,8446 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 3294 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 30,987 Lager 3: E 3 [MPa] 18,705 RMS-medel 1,9092 % 5.4 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Konstruktionsmässigt befinner sig yta 8 mellan yta 1 och yta 2, då utskiftningen på ytan är 400 mm tjock. Emellertid kan, såsom nämnts i inledningen av kapitlet, en direkt jämförelse av lagermodulerna inte göras mellan de olika konstruktionerna. Däremot är det i tabell 5.5 tydligt att en jämförelse mellan lagermodell 1 och 2 uppvisar större skillnader än vad en sådan jämförelse gör på yta 2. Undergrunden får i lagermodell 1 en lagermodul på ungefär 17 MPa. Denna lagermodell har god passning, med ett RMS-värde på drygt 2,7 % och med alla sjunktrattar lösta. För lagermodell 2 resulterar däremot passningsräkningen i något sämre RMS-värde och 34 sjunktrattar förblir olösta, vilket motsvarar 47 % av alla trattar. Tabell 5.5. Beräkningsresultat, modulberäkning före trafik, yta 8. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1746 Lager 2: 750 mm E 2 [MPa] 82,264 Lager 3: E 3 [MPa] 17,361 RMS-medel 2,7765 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 623,71 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 175,42 Lager 3: E 3 [MPa] 21,375 RMS-medel 3,4476 % 19

28 5.4.2 Efter trafikbelastning Liksom för de två tidigare ytorna är slit- och bärlagrets modul större efter trafikbelastningen på yta 8. Trafikbelastningen har givit en mer än fördubblad lagermodul på lager 1. Modulerna på lager 2 och 3 är däremot inte nämnvärt påverkade av belastningen. I lagermodell 1 har elasticitetsmodulen för lager 2 till och med sjunkit något, dock inte tillräckligt mycket för att det inte skall kunna antas bero på mätningsförfarandet. Modellerna uppvisar bra RMS-värden och för lagermodell 1 kunde programmet lösa alla ingående sjunktrattar. För lagermodell 2 förblev tio sjunktrattar olösta, vilket motsvarar 21 %. Tabell 5.6. Beräkningsresultat, modulberäkning efter trafik, yta 8. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 5664 Lager 2: 750 mm E 2 [MPa] 80,875 Lager 3: E 3 [MPa] 20,271 RMS-medel 2,0562 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 2361 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 190,17 Lager 3: E 3 [MPa] 23,396 RMS-medel 1,5892 % 5.5 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Definitionen av konstruktionen blir på yta 10 något annorlunda än för de övriga ytorna, eftersom ett av ytans lager består av en betongplatta. Passningsräkningen med lagermodell 1 utförs med ett fyralagersystem, där lager 3 utgörs av betongplattan. Undergrundmodulen utgörs därmed av elasticitetsmodulen hos lager 4. Den lagermodell som används har i tabellerna nedan därför kallats lagermodell 1, då den har ett lager mer än den modell som i tidigare beräkningar kallas lagermodell 1. Lagermodell 2 beräknas däremot med ett trelagersystem, i enlighet med tidigare ytor. Korrektion av tvärkontraktionstalet måste göras för lager 3, betongplattan, innan passningsräkning kan utföras. Programmet föreslår ett tvärkontraktionstal på 0,15 för betong, vilket därför har använts [9]. I beräkningen av lagermodell 1, redovisad i tabell 5.7, har startmodulen för betonglagret i lager 3 valts till MPa. Därefter har CLEVERCALC beräknat lagermodulen. Valet av denna metod beror på antagandet att betongplattan i sig är stark, men att den när den placeras på lös lera endast bildar ett dämpande lager som samverkar med sin omgivning. Dess lagermodul borde därmed kunna passningsräknas. Beräkningsresultatet av lagermodell 1 resulterar i ett bra RMS-värde på 2,5 %, men 40 olösta sjunktrattar, vilket motsvarar 63,5 % av alla trattar i mätningen. 20

29 Om beräkning utförs med lagermodell 2 blir resultatet sex olösta sjunktrattar, 9,5 % av trattarna, och ett RMS-värde på 2,5 %. Den bästa passningen till fallviktsmätningarna fås alltså om antagande görs att betongplattan inte existerar, utan ingår i lerundergrunden. Noteras måste dock, att skillnaderna mellan de båda modellernas lagermoduler inte är stor. Undergrundsmodulen blir ungefär 14 MPa i båda fallen. Tabell 5.7. Beräkningsresultat, modulberäkning, före trafik, yta 10. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1113 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 55,349 Lager 3: 100 mm E 3 [MPa] 33,111 Lager 4: E 4 [MPa] 14,778 RMS-medel 2,5337 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1176 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 55,048 Lager 3: E 3 [MPa] 14,524 RMS-medel 2,4787 % En alternativ metod är att låta betongplattan ha en fast modul, det vill säga att CLEVERCALC inte skall passningsräkna lagrets modul, utan enbart beräkna de övriga lagrens moduler. Metoden innebär att passningsräkningen även här måste ske med fyralagersystem och därmed måste lagermodell 1 användas. I tabell 5.8 nedan visas resultatet av dessa beräkningar. Om den fasta modulen väljs till MPa blir resultatet ett RMS-värde på 4,5 % och tio olösta sjunktrattar, 15,9 %. Väljs betongmodulen till MPa blir RMS-värdet 10 % och tolv av sjunktrattarna, 19 %, förblir olösta. Tabell 5.8. Beräkningsresultat, modulberäkning före trafik, yta 10. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 2420 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 15,794 Lager 3: 100 mm E 3 [MPa] Lager 4: E 4 [MPa] 12,952 RMS-medel 4,4656 % Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 2768 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 11,413 Lager 3: 100 mm E 3 [MPa] Lager 4: E 4 [MPa] 10,619 RMS-medel 10,197 % 21

30 5.5.2 Efter trafikbelastning Passningsräkning efter trafikbelastning ger relativt lika resultat oavsett om den fasta modulen på betongplattans lager väljs till eller MPa. Vid val av den senare blir undergrundsmodulen endast lite lägre. Däremot är passning och RMS-värde bättre för en betonglagermodul på MPa. En lagermodul på MPa ger tolv olösta sjunktrattar, vilket motsvarar 33 % av datamängden. Om MPa väljs, så blir antalet olösta sjunktrattar åtta, en andel på 22 %. Tabell 5.9. Beräkningsresultat, modulberäkning efter trafik, yta 10. Lagermodell 1. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 4505 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 13,278 Lager 3: 100 mm E 3 [MPa] Lager 4: E 4 [MPa] 16,417 RMS-medel 2,7892 % Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 4175 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 11,306 Lager 3: 100 mm E 3 [MPa] Lager 4: E 4 [MPa] 12,667 RMS-medel 6,95 % I kapitel Före trafikbelastning på yta 10 ovan, konstateras att det allra bästa resultatet, bedömt utifrån RMS-värde och antal lösta sjunktrattar, fås då betongplattan ignoreras i passningsräkningen, då den antas vara en del av lerundergrunden. Samma slutsats kan dras för passningsräkning av fallviktsmätningar gjorda efter trafikbelastning, se tabell 5.10 nedan. Beräkningen med tre lager enligt lagermodell 2 ger två olösta sjunktrattar, vilket motsvarar endast 5,6 % av alla sjunktrattar. Undergrundsmodulen beräknas till ungefär 17 MPa, alltså något högre än före trafikbelastningen och dessutom relativt nära värdet på 16,4 MPa i den övre lagermodell 1 i tabell 5.9. Detta tyder på att om en fast modul skall användas för betongplattan, så bör dess modul inte ges ett högre värde än ungefär MPa, i det fall undergrunden består av lös lera som i Åbro. Tabell Beräkningsresultat, modulberäkning efter trafik, yta 10. Lagermodell 2. Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 3357 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 41,139 Lager 3: E 3 [MPa] 17,278 RMS-medel 1,8356 % 22

31 5.5.3 Slutsats angående yta 10 Metoderna för passningsräkning av yta 10 kan tyckas fungera och ge bra resultat, eftersom RMS-värdena är bra och lagermodulerna inte helt orimliga. Problemet ligger dock i huruvida de antagna modellerna verkligen fungerar och ger rätt bild av betongplattans betydelse för konstruktionen. Betongplattan verkar som dynamisk omvandlare, det vill säga att den dämpar och omvandlar den snabba fallviktsbelastningen på lerundergrunden till att istället verka långsamt, belastningstiden blir längre [8]. Följden därav blir att leran, som är mer känslig för långsam än för snabb belastning, reagerar som vore den ännu lösare. En kanske inte helt felaktig hypotes kan vara att den mer utdragna belastningen skulle kunna motsvara den verkan en normal trafikbelastning har på en lerundergrund. Detta kräver dock ytterligare och mer noggranna studier och behandlas inte närmare i föreliggande examensarbete. Här antas därför att de lagermoduler som beräknas på yta 10 inte är tillförlitliga. Tidigare studier [3] av provområdet har dessutom visat att konstruktionen med en betongplatta inte är ekonomiskt lönsam. Av dessa anledningar väljer författaren att i resterande del av rapporten inte ytterligare behandla provyta Beräkning med ett fast lager på 3 m djup Efter rekommendation om att det på lerundergrunder går att räkna som funnes det ett fast lager på tre meters djup [10], eftersom den omkringliggande leran verkar stödjande i hela sin omgivning, utfördes beräkningar med fyra lager i CLEVERCALC för de tre utskiftningsytorna 1, 2 och 8. Det översta lagret utgjordes i dessa beräkningar på samma sätt som tidigare av slit- och bärlagren i konstruktionerna, med en sammanlagd tjocklek på 90 mm. Lager 2 antogs bestå av förstärkningslagret, med tjocklekarna mm. Det tredje lagret bestod av undergrunden, leran, med resterande tjocklek ned till tre meters djup. Lager fyra utgjordes slutligen av ett fast lager, med en tjocklek på mm och en fast modul på MPa. Ett flertal beräkningar utfördes av fallviktsmätningarna både före och efter trafikbelastning på de olika provytekonstruktionerna. Tjockleken på det fasta lagret varierades mellan en decimeter och oändlig lagertjocklek, och värdet på dess fasta modul varierades, men alla beräkningar gav dåliga resultat. Lagermodulerna på de tre övre lagren blev orimliga och avvikande från tidigare beräkningar. Dessutom blev RMS-värdena vid dessa beräkningar mycket höga, mellan 12 och 20 %, vilket är att jämföra med det rekommenderade maximala värdet 3 %. Slutligen ledde beräkningarna till att en stor del av de sjunktrattar som CLEVERCALC använder sig av i beräkningarna förblev olösta. Det är vanligt förekommande att uppemot en femtedel av trattarna förblir olösta och därmed får exkluderas ur beräkningarna [10], men här kunde det i vissa fall röra sig om 75 % olösta trattar. Försök med ett ökat antal iterationer gav något fler lösta trattar, men RMS-värdet blev istället ännu sämre än tidigare. Författaren gjorde därför antagandet att återstående antal trattar statistiskt sett ej kunde antas motsvara en tillräcklig beräkningsgrund och att vidare beräkningar ej skulle utföras. Beräkningsresultaten härrör från det faktum att det fasta lagret, som förvisso existerar med sin påverkan, i Åbro kan antas ligga så lågt som omkring 10 m under markytan [8]. Anledningen till detta är helt enkelt att leran är mycket lös. 23

32 De beräkningar som gjordes med denna typ av fyralagersystem i CLEVERCALC resulterade således i följande: Modulerna för de olika lagren avvek mycket från tidigare beräkningar. RMS-värdena blev för alla beräkningar mycket höga. En stor andel av beräkningstrattarna förblev olösta. Inverkan av det fasta lagret inträder på ett lägre djup än normalt. Den sista punkten kan vara något att observera inför följande kapitel 6 Passningsräkning med PMS Objekt 2000, eftersom detta fasta lager automatiskt finns med i PMS Objekt 2000 på tre meters djup [11]. Lagret är en konstant i modellen och alla beräkningar utgår ifrån att undergrunden verkar på sådant sätt att en effekt motsvarande den som ett fast lager har på sin omgivnings modulberäkningar, är sann. 24

33 6. PASSNINGSRÄKNING MED PMS OBJEKT Lagerindelning För att kunna utföra fallviktsberäkningar i PMS Objekt 2000 måste konstruktionen indelas i tre lager. Ett krav är att de tre lagren tillsammans har en tjocklek på tre meter [11]. Anledningen till det är att det i programvaran finns inlagt en funktion som antar att det i marken finns en dämpande effekt, som den av ett fast lager på tre meters djup. Detta leder bland annat till att undergrunden i modellerna får en ändlig tjocklek, som varierar mellan de olika provytorna. På samma sätt som vid passningsräkning i CLEVERCALC används lagermodell 1 och lagermodell 2, vilka beskrivs närmare i kapitel 4 Lagermodeller. I PMS Objekt 2000 anges inte något RMS-medelvärde, utan enbart RMS-värdet för respektive sjunktratt. Av den anledningen anges det som ett intervall istället för ett medelvärde i detta kapitel. I bilaga 3 Sammanställning av lagermoduler återfinns alla i följande kapitel redovisade lagermoduler. 6.2 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Överbyggnadsmodulerna varierar mellan lagermodellerna, men undergrundsmodulen är såsom åskådliggörs i tabell 6.1 nedan i princip opåverkad av vilken modell som väljs. Däremot framgår tydligt att RMS-intervallet har både större spridning och högre värden, när lagermodulerna passningsräknas med hjälp av lagermodell 2 än med lagermodell 1. Resultaten för lagermodell 1 är relativt lika de som framräknades i CLEVERCALC för samma datamängd, se tabell 5.1, utom när det gäller undergrunden i lager 3. Resultatet i tabell 6.1 visar att PMS Objekt 2000 beräknar undergrundsmodulen till ungefär 6 MPa, vilket är mindre än en tredjedel av CLEVERCALCs resultat på 20 MPa. RMS-värdena är däremot lite högre i PMS Objekt Lagermodell 2 uppvisar ännu större skillnader mellan de båda programvarornas resultat, vilket antas bero på att utskiftningslagret på yta 1 är nästan en halvmeter tjockare än på yta 2. Tabell 6.1. Beräkningsresultat, modulberäkningar före trafik, yta 1. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1843 Lager 2: 950 mm E 2 [MPa] 114 Lager 3: 1960 mm E 3 [MPa] 6 RMS-intervall 3,6-11,3 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1279 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 28 Lager 3: 2560 mm E 3 [MPa] 8 RMS-intervall 12,5-23,6 % 25

34 6.2.2 Efter trafikbelastning Liksom för beräkningarna i CLEVERCALC ökar lagermodulerna efter att trafikbelastningen utförts, vilket såsom nämnts tidigare beror på kompaktering av materialen. Här är slit- och bärlagrets modul avsevärt lägre för lagermodell 2 än för lagermodell 1. Modulerna för lager 2 och 3 är däremot högre i lagermodell 2. En jämförelse mellan lagermodell 1 och 2 bekräftar att undergrundsmodulen är beroende av överbyggnadens tjocklek. Det kan bero på att PMS Objekt vid passningsräkning börjar med att passa det övre lagret, som får den bästa passningen och att undergrunden därför påverkas mest. Undergrundsmodulen får ett värde på 7 MPa, en knappt märkbar ökning jämfört med före trafikbelastningen. På samma sätt som i CLEVERCALC är det alltså framförallt de övre lagermodulerna som ökas av belastningen. Spridningen av RMS-värdena är ungefär densamma för de båda lagermodellerna, men liksom för beräkningarna före trafikbelastningen ger en beräkning enligt lagermodell 2 högre värden och därmed sämre passning. Tabell 6.2. Beräkningsresultat, modulberäkningar efter trafik, yta 1. Lagermodell 1 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 3325 Lager 2: 950 mm E 2 [MPa] 132 Lager 3: 1960 mm E 3 [MPa] 7 RMS-intervall 1,9-12,1 % Lagermodell 2 Lager 1: 90 mm E 1 [MPa] 1421 Lager 2: 350 mm E 2 [MPa] 328 Lager 3: 2560 mm E 3 [MPa] 19 RMS-intervall 4,6-14,8 % 6.3 Modulberäkningar för YTA Före trafikbelastning Såsom nämnts tidigare är utskiftningslagret på yta 2 enbart 200 mm tjockt och resultaten av passningsräkningen i kapitel 5 Passningsräkning med CLEVERCALC 3.8 visar att skillnaderna mellan lagermodell 1 och 2 inte är lika stor på yta 2 som på de övriga ytorna. Samma resultat fås vid passningsräkning i PMS Objekt I tabell 6.3 nedan förtydligas detta och det framgår att inget av konstruktionslagren skiljer sig nämnvärt åt i modulvärden vid en jämförelse mellan lagermodellerna. Lager 1, bestående av slit- och bärlagret, får i båda modellerna lagermoduler på ungefär 1650 MPa. För förstärkningslagret i lager 2 resulterar passningsräkningen i en modul på 28 MPa, vilket emellertid får klassas som något lågt, då materialet trots allt består av mm grus. 26