Vejdimensionering som bygger på observationsmetodik

Transkript

1 Vejdimensionering som bygger på observationsmetodik Ulf Ekdahl Ekdahl GeoDesign AB NCHRP Project Intelligent Soil Compaction Systems FoU arbete sommaren 2008 i Dynapacs forskningshall

2 Analytisk vägdimensionering enligt observationsmetodiken Metodiken i Observationsmetoden enligt Eurocode bygger på att i designfasen tydligt ange hur ställda funktionskrav nås, vilka ingående parametrar som krävs, hur de har mätts, hur de ska mätas före och under byggnation, vilken mätfrekvens som krävs, vilka avvikelser i egenskaperna som kan accepteras. i byggandefasen verifiera egenskaperna. Om avvikelser från uppställda krav mäts ska beräkningar utföras för att avgöra om åtgärder behöver vidtas för att nå avsedd funktion. den ska vara integrerad i design och byggandefasen. den ska vara förstådd och accepterad av dem som är delaktiga i design och byggandeprocessen. ställda funktionskrav ska vara tydliga och kända i design och byggandeprocesserna. den ska vara robust och transparent. Metoden innebär att man med mätningar före och under utförandet av överbyggnadskonstruktionen samt med lämpliga åtgärder, kan uppfylla de funktionskrav som ställs. Observationsmetodiken förutsätter att det föreligger en strikt koppling mellan design, utförande och kontroll Ekdahl GeoDesign AB 2

3 Analytisk vägdimensionering enligt observationsmetodiken I VVK och VVR Väg anges: Trafiklaster kan väljas med hjälp av data från mätningar (BWIM). Trafiklast kan väljas i form av axel last spektrum. Om man väljer att utnyttja en annan belastning än standardaxeln bör valet redovisas och motiveras. Dimensioneringskass, DK, väljs utgående från projektets förutsättningar vad gäller total trafik, förhållanden på plats, tillgång till material etc. DK3 innebär att andra beräkningsmetoder än linjär elastisk teori kan användas. Den kan även innebära att andra utvärderingsekvationer än de som anges i VVK Väg har använts. En noggrann redovisning av beräkningar, materialmodeller och övriga komponenter i valt system är därför nödvändig. Vidare bör man ange hur man avser att kontrollera att beräkningsförutsättningarna uppfyllts samt vilka åtgärder som man avser vidta om dessa inte uppfylls i byggskedet. Dimensioneringsklass 3 (DK3) följer intentionerna för observationsmetodikens tillämplighet enligt Eurocode för geokonstruktioner, EN Ekdahl GeoDesign AB 3

4 Analytisk vägdimensionering enligt observationsmetodiken Fördelar med DK3 Genom att tillämpa dimensioneringsklass 3 (DK3) där dimensionering sker med observationsmetodiken enligt Eurocode för geokonstruktioner är det möjligt att uppnå följande fördelar: Dimensioneringen anpassas efter lokala materialspecifika förutsättningar och önskade funktionskrav. Minimalt uttag av naturresurser och om överbyggnaden stabiliseras medger det även ett tunnare asfaltlager vilket minskar användningen av olja. Kostnadsoptimerade konstruktioner, det är möjligt att få mer väg för pengarna. Alltid design efter de förutsättningar som gäller. Kvalitetssäkring genom egenkontroll av de materialegenskaper som är styrande för kvalitén för att kunna innehålla ställda funktionskrav. Miljövänlig optimerad byggnation Ekdahl GeoDesign AB 4

5 Omräkning av axellaster till ett antal ekvivalenta standardaxlar Är responsen enbart elastisk av cyklisk belastning så är töjningarna överslagsmässigt direkt proportionella mot axeltryckens storlek. Vi gör då approximationen att töjningarna är linjärelastiska i det obundna materialet, ej spänningsberoende. Utmattning Spår Det är inte ovanligt att asfaltens utmattningskriterie kan ha följande principiella utseende N f = ε n h f ( T ) N f är antalet belastningscykler till utmattningsspricka ε h är horisontell töjning i underkant asfalt f(t) är en funktion av temperaturen i asfalten Den plastiska töjningen i asfalten beräknas utgående från den resilienta elastiska vertikala töjningen enligt sambandet 1 ε = ε f ( T N ) p e, ε p är plastisk vertikal töjning i asfalt ε e är elastisk vertikal töjning i asfalt f(t,n) är en funktion av temperaturen i asfalten och antalet belastningscykler Således görs beräkning av olika axeltrycks bidrag till B faktorn för utmattning genom att den uppmätta axellasten (P a ) motsvarar följande antal standardaxlar (P STD ) den s.k. B faktorn: B utmattning = P a n / P STD n Detta innebär att den plastiska töjningen och därmed den permanenta deformationen i asfalten är direkt proportionell mot axeltrycket. Således görs denna omräkning genom att den uppmätta axellasten (P a ) motsvarar följande antal standardaxlar (P STD ) den s.k. B faktorn: B spår = P a / P STD Ekdahl GeoDesign AB 5

6 Strikt koppling mellan design, utförande och kontroll Measurement of the soil response at loading and evaluation of material properties could for instance be done with the following methods TRIAX Gypsum Block LWD CCC SPLT SEISMIC TROXLER Ekdahl GeoDesign AB 6

7 Troxler Gypsum blocks Seismic methods Measured density, water content, and suction gives dry density, void ratio, air content and saturation degree. Evaluation Isotropic stress due to suction and water retention curve (Van Genuchten parameters) Measured shear wave velocity gives seismic modulus E max. Evaluation With use of void ratio and the seismic modulus the insitu mean effective stress could be evaluated. Static Plate Load Test SPLT Measured load deflection curve gives reload modulus E v2. Evaluation With use of E v2, E max, void ratio and calculated load deflection curves the parameters K1, K2, K3 and K4 in the SwePave nonlinear material model could be evaluated Ekdahl GeoDesign AB 7

8 Evaluation of the Shake Down Limit described as a Mohr Coulomb yield criteria LWD Measured dynamic modulus with Dynatest LWD tests as function of the number of blows and the contact pressure gives the critical contact pressure. SPLT Measured creep load gives the critical contact pressure. Evaluation Knowing the insitu mean effective isotropic stress and the critical friction angel the cohesion intercept c could be evaluated with use of the measured critical contact pressure. Static Plate Load Test SPLT Dynatest LWD Ekdahl GeoDesign AB 8

9 För det obundna materialet skall för vald materialmodell med låst storlek på materialegenskaperna visas Beräknad vattenmättnadsgrad skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Beräknad seismisk modul skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Beräknad bärighet (Ev2) skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Beräknad deflektionskurva vid simulering av FWD, med olika belastningstryck på vägkonstruktionen, skall överensstämma med förväntad/uppmätt Ekdahl GeoDesign AB 9

10 För det stabiliserade materialet skall för vald materialmodell med låst storlek på materialegenskaperna visas Använd storlek på hållfasthet i beräkningarna skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Använd storlek på elasticitetsmodul i beräkningarna skall överensstämma med förväntad/uppmätt Ekdahl GeoDesign AB 10

11 För asfalten skall för vald masterkurva visas Använd masterkurva skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Beräknad seismisk modul skall överensstämma med förväntad/uppmätt. Beräknad deflektionskurva och töjning i underkant beläggning vid simulering av FWD, med olika belastningstryck på vägkonstruktionen, skall överensstämma med förväntad/uppmätt Ekdahl GeoDesign AB 11