Nummer : V 182 Datum: Mätningar med Dynamic Cone Penetrometer (DCP) och Clegg på del av ny sträckning för väg 60 vid Lindesberg

Transkript

1 VT notat Nummer : V 182 Datum: Titel: Mätningar med Dynamic Cone Penetrometer (DCP) och Clegg på del av ny sträckning för väg 60 vid Lindesberg Författare: Hans G Johansson Avdelning: Vägavdelningens vägkonstruktionssektion Projektnummer: _ Projektnamn: Teknisk geologi Uppdragsgivare: Egen FoU Distribution: Fri div Väg- och Trafik- Winsiftutet

2 1 NLEDNNG DCP och Clegg är fältutrustningar för mätning av bärighet/packning hos undergrund och vägöverbyggnadsmaterial. Utrustningarna används i många länder där varierande CBR (California earing gatio) används som standard vid dimensionering av vägöverbyggnad. Utrustningarna betingar relativt låga inköpskostnader och har en enkel mätprocedur. DCP kräver emellertid vanligtvis tre personers medverkan. Mätning med Clegg-cylindern klaras av en person. Utrustningarna har testats på en delsträcka av väg 60 sydväst om Lindesberg i Örebro län. Delsträckan, Lilla Mon-Rya, byggs för närvarande och skall vara klar hösten Sträckan 9/400-9/900 används för flera olika försök där förutom test med nämnda apparater varierande konstruktioner i överbyggnaden följs upp. Packningskontroll med olika mätmetoder genomförs också. Undersökningarna med DCP och Clegg har gjorts på färdig terrass. Clegg har emellertid även använts på provsträckor med olika förstärkningslager. 2 SYFTE Undersökningarna har genomförts för att testa två utrustningar för mätning av bärighet/packning. De har ej använts tidigarei större omfattning i Sverige. Samtidigt bedöms möjligheten att använda utrustningarna för rutinmässigt, praktiskt bruk. 3 UTRUSTNNG För mätning av bärighet och packning används flera olika utrustningar med varierande teknisk konstruktion. Viss utrustning exempelvis Fallvikt är tekniskt sett mycket avancerad. DCP och Clegg är mycket enkla utrustningar. VT NOTAT V 182

3 Nl-l C>C>U'll\)l DCP Den kompletta DCP-utrustningen framgår av figur 1. ggy; 575m :Su: com: mer: 60 about [Gabon _i_ ]<- "NVL (RODS GCRD-l TOCZTHER) HERSURNG ROD u- 16- die. STEEL ROD Figur 1. Mätningen sker genom att "hejaren" släpps från bestämd höjd mot städet. Resultatet av nedträngningen observeras på mätlinjalen. Följande slagserie (tabell 1) används vanligtvis. Tabell 1. Slag Hedtrângning,:mm/slag > <1 Protokoll över mätresultaten förs manuellt. Exempel på ett protokoll ses i figur 2. VT NOTAT V 182

4 ..,-_" -_ *._- -- o _- =-_--- -_ _ ?RRL Dynamic Cone Penetrometer Data file rv6086.3/04/92 Site LNDESBERG Date Section no. 6 Start layer FORMATON "est no. 1 Condition CUT Zhainage Zero error (mm) 61 irection/lane RHS Surf thick (mm) 0 *osition/offset 2M CL Extens line 0 Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng Blw Rdng 1 61 i : i i : : i i : i i i i : : i : i i 46 i i : i i 47 i i : : i : i i i 49 i : : i i i 81 i 91 i 52 i 62 i 72 i 82 i 92 i 53 i 63 i 73 i i 54 i 64 i 74 i i 65 : 75 i i 66 i 76 i 86. 9b. 57 i 67 : 77 : i 58 : a i : 80 i E E E EM 0 70 Layer Strength CBR Thick Depth mm/blow me nu. Trans leyn equation (CBR) = * loglo(strength) Figgr 2. VT NOTAT V 182

5 De erhållna värdena kan antingen bearbetas manuellt eller i dator. TRRL i England har utvecklat ett datorprogram för beräkning av CBR (1). Ett exempel från mätningarna vid Lindesberg återges i figur 3. [MT Q! F_ LE 'ä 1"'."E?::"fgf1..,_..., :: *ut.,u:::. :z: 1' l "7. L,. (#141..., 7- Lau-F5_ 1-..." ;: a k n _--.._'..-_...:.... u "Täwv uiük! a n ----J J. _ a. _... a. a _... i _ a... U 1 U a, n: a. D l - _0-_ n u... i a..... _... ' n a 0 0 : c 1..u _--.._ _ _..... u u U U l i 1 0 D' D.. u.--, _-_..-i---_-lr- s ' D U,, nu D p d. H._ _ _ :--4u-u.- a i n ä u n i a...u-._-.o ---m._ n- M- a -, D -.r-;r.-:r rimma -..._.'-...' 5-' '' l. - H n _ '---h--n _.w U U.., _ 0. :tfn-' li...).lj i i.. n r---...l..._.. ll Figgr 3. VT NOTAT V 182

6 3.2 Clegg De mekaniska delarna i Clegg-apparaturen (figur 4) är i stort sett likartade med Proctorutrustningens. Clegg kompletteras med en piezometrisk accelerometer i övre delen av mätcylinderns handtag. Den kopplas till en vidhängande mätdosa. :i.gig-,- 9' 36; Figur 4. Clegg-apparat Mätcylindern (4,5 kg) släpps från höjden 457 mm ingraverad på cylinderstången. Cylindern släpps 4 gånger på samma punkt, varvid det fjärde värdet registreras som "Clegg mpact Value (CV). Erhållet värde omräknas med ekvationen K-CV2 = CBR. Konstanten K varierar för olika jord- och materialtyper men i litteraturen anges K = 0,07 som ett standardvärde för de flesta jordmaterial (2). Värdet grundas dock på undersökningar i laboratorium under kontrollerade fukt- och packningsförhâllanden (se sid 10). VT NOTAT V 182

7 4 UNDERGRDND Väg 60 delen Lilla Mon-Rya sydväst om Lindesberg i Örebro län har en mycket variationsrik undergrund. Förutom korta stråk med berg förekommer grus, sand, silt, lera och siltig sandmorän med växlande utbredning längs vägsträckan. Eftersom området är beläget under den högsta kustlinjen dvs den nivå dit Östersjön en gång nått, har krönpartier av åsar och moränhöjder utsatts för vågors påverkan, som omlagrat ursprungliga jordarter. Därvid har svallsediment bl a överlagrat lera (se nedan). Den del av vägsträckan, där mätningarna med DCP och Clegg har utförts, löper längs den östra basen av en stor rullstensås. Mätsträckan, 9/400-9/900, består därför av både isälvssand och svallsand på lera. En profil över undergrundsförhållandena ses i figur 5. Tbrrass 'lning Sand Lera Sand Lera Sand Fyllning 9/400 9/500 9/600 9/700 9/800 9/ 900 Figur 5. Undergrunden i schematisk längsprofil 5 HÃTNNGAR DCP OCH CLEGG Mätningarna genomfördes på färdig terrass under tre dagar i mitten av juni Prov togs av terrassmaterialet för klassificering av jordart och bedömning av vattenkvot vid aktuell tidpunkt. VT NOTAT V 182

8 5.1 DCPamåtningar Mätningar med DCPutfördes i punkter med 20 meters avstånd från sektion 9/420 till 9/980. Varje punkt var belägen 2 meter från vägmitt på höger sida dvs i nordlig riktning. Punkternas läge är desamma som utnyttjats för mätningar med andra apparater (Fallvikt, Loadman m fl). Erhållna CBR-värden redovisas i figur 6. Värden över 10 har avrundats till närmaste 5-tal. TERRASS 25 m _7_ g.2. 7 m 25 m - ZZ E; li W i m _ _ 20 i m m få 5 55 m._. m 7; 55 ; " 7' 33 - " - 5 2: ' _ E.l. _ - '3 - _å_ lå l l /500 9/600 9/700 9/800 Figgr 6. DCP-CBR Under 10 redovisas beräknat reellt värde. Av resultaten kan följande slutsatser dras: * Terrassen består av en undergrund som är skiktad. * Förutom ett par punkter med låga CBR-värden finns tendens till låg bärighet mellan 9/780 och 9/880. Bärigheten är emellertid inte alarmerande låg! * Högsta CBR-värden registrerades för djupare nivåer på provsträckans mellersta del dvs där den utgörs av silt, sand och grus i växellagring. Detta motsvarar en östlig utlöpare av rullstensåsen (se sid 6). VT NOTAT V 182

9 * Fyllningen i provsträckans norra del var något sämre packad än resterande del (jämför dock nästa sida). 5.2 Cleggamätningar Mätningarna med Clegg har skett omedelbart bredvid den punkt som mättes med DCP. Erhållna CV (Clegg mpact Value) har omräknats till CBR med den allmängiltiga ekvation som beskrivits tidigare. Häri ligger en klar felkälla eftersom olika vattenkvoter i just denna typ av undersökta sediment torde vara vanligt och därmed av avgörande betydelse för beräkningarna av CBR. Därför erfordras många flera mätningar på sådana finkorniga sediment med varierande vattenkvoter för att säkra beräkningar och resultat skall kunna erhållas för varje typ av sediment. Det måste understrykas att de värden som erhålls med Clegg endast ger bärighetsmåttet för den översta delen av terrassen. Clegg ger således ett CBR för cm ytlager. Beräknade CBR-värden framgår av figur 7. dras av resultaten: Följande slutsatser kan * Leran har CBR-värdet 7-8 * Sand har CBR-värdet 14 * Fyllningsmassorna bestående av siltig sand har CBR-värdet * Ett par höga CBR-värden, 27 respektive 40, tyder på fläckar med fastare fyllning eller mera troligt synbara inslaget av hårda, stora lerkörtlar. VT NOTAT V 182

10 TERRASS 12 m /97/ H Fyllning, /åndz / Lara, / Sand \ Lera \ \ Sand \ \ \ Fyllning QMMJ 9/500 9/600 9/700 9/800 9/900 Figgr 7. Clegg-CBR Mätningar med Clegg har även skett på utlagt förstärkningslager. Detta består av bergkross på 200 m av provsträckan ochokrossat naturgrus på resterande 300 m. Eftersom bergkrossprodukten innehåller stor mängd grova partiklar är det meningslöst att använda Clegg på sådant material. Om den skall den användas på okrossat naturgrus måste stor varsamhet iakttas var Clegg-cylindern placeras. Träff på stora partiklar ger otvivelaktigt höga CBR-värden. 6 BESTÃMNNG AV VATTENKVO Eftersom innehållet av vatten i jordarterna spelar en väsentlig roll för bärighetsvärdet togs ett antal jordprov för analys av vattenkvot. Generellt visar resultaten ganska höga vattenkvoter (8-15 %) för samtliga material. Fyllningen av siltig sand med lerkörtlar hade vattenkvoter på %. Helt orörd sand hade 8-10 % vattenkvot. det fall leran gick upp i terrassnivå var vattenkvoten ca 14 %. VT NOTAT V 182

11 10 7 KOMMENTARER.OH.APPARATUR OCH RESULTAT DCP och Clegg är enkelt konstruerade utrustningar. De används runt om i världen, där krav på CBR-värden finns i dimensioneringsnormer. DCP kräver tre personers medverkan, i nödfall två. Om utrustningen kan monteras på ett fordon och hejaren manövreras maskinellt bör den kunna vara ett alternativ till andra utrustningar för samma ändamål. Clegg-utrustningen är till skillnad mot DCP hanterlig av en person. Den är dessutom.mindre skrymmande och ganska lätt att bära med sig. Resultaten från de utförda undersökningarna på provsträckan vid Lindesberg är tvetydiga. Någon god korrelation mellan CBR-värden erhållna med DCP respektive Clegg har inte erhållits. Det bör emellertid erinras att Clegg mäter ett tunt ytlager. DCP-mätningen är å andra sidan mycket känslig för förändringar 1 packningsgrad hos mycket tunna skikt. en snabbt skiktväxlande jordlagerföljd har därför DCP betydligt bättre förutsättningar än Clegg att registera hållfasthetsförändringar. När val av mätmetod skall göras är det således väsentligt att veta vilken noggrannhetsgrad man vill ha på sina undersökningsresultat och hur långt ner i undergrunden/underbyggnaden packningsgraden är intressant. 8 FORTSA'TA UNDERSÖKNNGAR De beskrivna undersökningarna har varit ett första försök att i Sverige använda och jämföra två enkla mätutrustningar för mätning av bärighet/packning. Eftersom svenska undergrundsförhållanden skiljer sig väsentligt från de flesta andra länder kan resultaten inte direkt jämföras med vad som publicerats från likartade mätningar utmmlands. Utrustningarna har för- och nackdelar vad avser både konstruk- VT NOTAT V 182

12 11 tion och mätförfarande. De resultat som erhållits från detta första försök är alltför få för att rätt bedöma användningen som sådan och tillförlitligheten. Det är därför betydelsefullt att göra flera jämförande studier. Främst bör flera vägterrasser mätas, vilka består av primära finkorniga jordarter (kohesionära sediment) eller bankfyllningar med finmaterial. Eftersom dessutom variationer i olika jordmaterials vatteninnehåll har stor betydelse för deras hållfasthet bör flera undersökningar genomföras på samma typ av jordart men med olika vattenkvoter. Ett mer omfattande resultatunderlag måste insamlas för att fastställa möjligheterna för användning av utrustningarna på finkorniga jordarter i Sverige. 9 LTTERATURREFERENS (l) Overseas Road Note 8. A users manual for a program to analyse dynamic cone penetrometer data. - Overseas Unit, TRRL, UK, VT NOTAT V 182

13