STINA ARBETSRAPPORT INVENTERINGAR. Bilagor. 2.3 Värdering av Illinois metod för överbyggnadsdimensioner. Civilingenjör Olle Tho/én

Transkript

1 SÄRTRYCK STINA SAMARBETSPROJEKT FÖR TILLÄMPNING 1 NORDEN AV AASHO-UNDERSÖKNINGEN ARBETSRAPPORT INVENTERINGAR Bilagor 2.3 Värdering av Illinois metod för överbyggnadsdimensioner. Civilingenjör Olle Tho/én Statens väg- och trafikinstitut, Stockholm Nordiska ämbetsmannakommitte'n för transportfrågor Nordiska ministerrådets sekretariat, Oslo, Juni 1975

2

3 ' ' ' 3. Värdering av Illinois metod för överbyggnadsdimensionering Innehåll 3.1 Kortfattad beskrivning av dimensioneringsmetoden. _ Beskrivning av metoden och dess bakgrund Klassificering av fordon och vägar Beräkning av antalet ekvivalenta 18 kip singelaxelpassager per fordon Bestämning av tjänlighet Samband mellan tjänlighet, antal ekvivalenta 18 kip sin'gelaxelpassager och ekvi valenttjocklek vid blandad trafik underlängre tid... Underbyggnadens inverkan 3.26 Material koefficienter 3.27 Klimatets inverkan 3.28 Trafikberoende nedbryté ning Dimensioneringsmetodens användbarhet i Norden 3.4 Litteratur ooooooooooooooo och motsvarande antal ekvivalenta 18 kip singelaxlar. Detta samband ger totala antalet ekvivalenta 18 kip axlar, den så kallade trafikfaktorn. (1) Bestäm underbyggnadens CBR på vattenmättade provkroppar. e) Bestäm ekvivalenttjocklek ur nomogram, *" fig. 1. f) Ekvivalenttjockleken sammansätts av lämplig kombination av beläggning, bärlager och förstärkningslager med hjälp av materialkoefficienter. Beläggning och bärlager skall ha vissa minimitjocklekar Klassificering av fordon och vägar 3.2 Beskrivning av metoden och dess bakgrund För bestämning av det antal 18 kip axlar som motsvarar ett fordon indelas fordonen i tre kategorier, nämligen personbilar, singleunit trucks and buses och multiple unit vehicles och vägarna i fyra klasser, där klass I och II i stort sett innehåller vägar med medeldygnstrafik >I 000 fordon och klass IV innehåller vägar med <4OO fordon per dygn. För de olika vägklasserna används olika antal ekvivalenta axlar per fordon. 3.1 Kortfattad beskrivning av dimensione ringsmefoa'en Metoden bygger huvudsakligen på AASHOförsöket och de empiriska samband som där framtogs mellan antal axlar, axelbelastning, ekvivalenttjocklek och tjänlighet. Vissa modifikationer har gjorts med ledning av jämförelse mellan hållbarhet enligt AASHOekvationerna och faktisk hållbarhet för sträckor ingående i Illinois ordinarie vägnät. Metoden redovisas nedan i punktform. a) Bestäm antalet fordon i dimensionerande körfält under dimensioneringsperioden, fördelade på tre fordonskategorier. b) Hänför vägen till en av fyra klasser, beroende på medeldygnstraflken. c) För varje vägklass finns ett samband mellan antalet fordon i de olika kategorierna Beräkning av antalet ekvivalenta 18- kip singelaxelpassager per fordon, fordonsekvivalensfaktorn För vägar i klasserna I och 11 finns Illinois tillgång till fordonsvägningar, och med lastekvivalensfaktorer från AASHO har genomsnittliga antalet ekvivalenta axlar per fordon bestämts för dessa vägar. Valet av den relativt grova indelningen i tre fordonskategorier kommenteras ej i de refererade rap porterna. Lastekvivalensfaktorerna har be räknats ur AASHOzs empiriska hållfasthetsekvationer ex W18 WX py_.g1/bxw där ex är lastekvivalensfaktorn för axelbe- U l975:12

4 40 " BITUMINOUS PAVEMENT DESIGN o --_: (,, (PS! = 2.0) o E å CLASS & I! I 3 ROADS AND STREETS : 3 ~CHART 2 ***" a? too 5 _ 0. : '.'" E < :: gg <1: - 3 åå cn 5.. 'Ö' ==: (I :) _ > : 5 :: 83 Z O : O.. 1 OJ ; L'J 1:13) äl: MBO :: g 3 : & 6" '" ' _._2 v) g (I D: 40. o 5 u non E få coon =.com 1 E 9 &; ** < "' - 4 m o _ _ 7.0 Fig 1. Nomogram för bestämning av ekvivalenttjocklck ur data om trafik och undergrund. (Källa: Se 3.4 Litteratur nr 1) NU 1975:12 35

5 ' lastningen x kip och övriga beteckningar konventionella. För klasserna I och II har man valt tjänligheten 2,5 respektive 2 som rehabiliteringsnivå. För klass [II finns inga fordonsvägningar, men vikterna för klass I och II har tillämpats på de olika fordonsgrupperna med tjänligheten 2 som rehabiliteringsnivå. Om samma förfaringssätt tillämpas på vägar i klass IV leder detta till ekvivalenttjocklek som är orealistiskt hög i förhållande till äldre överbyggnaders ekvivalenttjocklek. Man använder nu i stället fordonsekvivalensfaktorer, som beräknats bakvägen för att ge samma tjocklekar som hos äldre överbyggnader. Några ansatser för att förklara detta förhållande görs i en 'rapport av Elliot (1973). Sammanfattningsvis kan om denna diskussion sägas, _ att AASHO-metodens lämplighet på vägar med låg trafik och låg ekvivalenttjocklek ifrågasätts. Bland annat görs ett försök att med hjälp av linjär regression bestämma fordonse kvivalensfaktorer, varvid negativa sådana erhålles för "multiple-unit vehicles" Bestämning av tjänlighet I Illinois har AASHOzs längsprofilmätare ersatts av Illinois roadmeter. att AASHO-metoden fungerade relativt väl, men att man borde använda 10 procent högre ekvivalenttjocklek än den angav, fig. 2. Vid konstruktionen av nomogram, fig. 1, användes denna större ekvivalenttjocklek Underbyggnadens inverkan Vattenmättade prover från AASHO- underbyggnaden har enligt provningar i Illinois CBR = 3. På några AASHO-sträckor fanns så tjocka bärlager, att man ansåg sig kunna analysera dessa sektioner med bärlagret betraktat som underbyggnad. Detta bärlager hade CBR=I 10. Med detta underlag konstru erades nomogram, fig. 1. där det ansattes en logaritmisk CBR-skala mellan de två CBR värdena 3 och I Materiakoefficienter Beläggningar Det översta lagrets materialkoefficient har relaterats till Marshallstabiliteten med asfaltbetongen i AASHO-testet som hållpunkt, och såvitt det framgår av de refererade rapporterna, resten av kurvan ansatt utan annat underlag än subjektiv bedömning, figur Bärlager 3.24 Samband mellan tjänlighet. antal ekvivalenta 18 kip singelaxelpassager och ekvivalenttjocklek vid blandad trafik under längre tid För 53 vägsträckor, valda för att så väl som möjligt efterlikna AASHO-provsträckorna, har den faktiska hållbarheten jämförts med den enligt AASHO-ekvationerna beräknade. Avsikten var att jämföra blandad trafik under längre tid med AASHOzs kontrollerade trafik under kort tid. Man beräknade Dt, som är vägens faktiska ekvivalenttjocklek enligt AASHOzs materialkoefficienter. samt D. vilket är den ekvivalenttjocklek, som enligt AASHOzs ekvationer skulle ge den observerade hållbarhetenä Resultatet blev, 36 Ostabiliserade bärlager relateras till CBR med två hållpunkter, nämligen AASHOzs bärlager och AASHOzs förstärkningslagermaterial, ett sandigt grus. använt som bärlager, figur 3. Bitumenstabiliserade bärlager relateras till Marshallstabilitet med AASHOzs stabiliserade material och ostabiliserat material som hållpunkter. För material stabiliserade med kalk. ce ment eller flygaska relateras materialkoefficienten till hållfastheten vid tryckprovning] Även här är underlag för hållpunkter svagt. Fig. 3 visar samband mellan materialkoefficient och tryckhallfasthet efter 21 dagar för material stabiliserat med kalk och tlygaska. I en rapport. som ej ingår i det här NU 1975zl2

6 I l I I I I N 0 I U) lå o 00 o :, g Q uj I > L.Q (i I o...- LiJ r o Säl mm... L J 5 o z _. o -- å u. o Dg DD [3ng 4 m I 8 _- D<I O) Z "2- -- <1 (K) I<1 « :> I I än --- r\ 55 _ I PAVEMENT AGE, YEARS _ <1 51 (ma 3mm " I I 'l 8I "' I I _ J l I, I m <t m. N :::- 0. c_1 XBONI SSBNMDIHJ. is:-ll ov +o 0) HEBWON _IVHOLDOHLS SIONITH Hg 2. Jämförelse mellan ekvivalenttjoeklek Dt = a1d1 +a2d3 +a3d3 och den ekvivalenttjoeklek D, som enligt AASHOZS Övriga ekvationer skall ge den observerade hallbarheten. (Kalla: Se 3.4 Litteratur nr 1) NU

7 -'5 I I I IIIIIIIIIIIIII. 0-5 I I I I I I I I I 0.I25_ I o_4... S' O.!OO I, _ _ FZ: l,, ä ** u (ä'/' E. 0.2 E 8. // In U, _ _ 0.I I l I l I I I I ll o l200 new 2000 I I I I I I I I I MARSHALL STABILITY. lbs. O I I I I I I I I I I so eo I CB R VALUE 0.28 I I I I I I I I I I I I I I I L/l/ _ /// 2400 (31211 '_' 4'4 - «0.20 O I: 5 Ö O.l6_ ::, _ I;,/ O Ol2 f _ K). Ill, / /, / / / _ GD OMIIIIII IIIIIIIIII 0 I ' Zl-DAY COMPRESSIVE STRENGTH,psi Fig. 3. Diagram som visar principen för bestämning av materialkoeffieienter i Illinois (Kalla: Se 3.4 Litteratur nr 1) studerade materialet, ges bättre underlag för bedömning av kalkstabiliserade jordar Förstärkningslager Materialkoefficienten relateras till CBR med AASHO's förstärkningslager som enda hållpunkt 3.27 Klimatets inverkan Klimatets stora betydelse betonas, men man anser inte att kunskapsnivån är sådan, att det är motiverat att beakta den klimatvariation, som finns inom lllinois. 38 NU 1975 :12

8 IQ 3.28 Trafikoberoende nedbrytning Illinois dimensioneringssystem innehåller ingen trafikoberoende nedbrytning. 3.3 Dimensioneringsmetodens användbarhet [ Norden De studier, som gjorts i Illinois tyder på a tt AASHO-metoden för dimensionering med acceptabelt resultat kan tillämpas på blandad trafik utsträckt över normal överbyggnadslivslängd, förutsatt att underbyggnaden, klimatet och överbyggnaden är desamma som vid AASHO-försöket, samt att det är fråga om någorlunda högklassiga vägar. lllinoismetoden ger ingen anvisning om hur man skall 'ta hänsyn till klimatet. De metoder som används för bestämning av materialkoefficienter förefaller inte lämpliga i Norden. * Inte heller Illinois metod att använda CBR förefaller lämplig. Sammanfattningsvis är det inte aktuellt att införa Illinois dimensioneringsmetod i Norden. Detta behöver knappast motiveras mera än genom den beskrivning av metoden, som givits ovan. (State of Illinois, Department of Transportation) Physical research report 51, Springfield, Illinois.. Little, R. J., Mc Kenzie, L. J., Dierstein, P. G., jul 1973, The rehabilited AASHO Road Test part 1 - materials and construction (State of Illinois, Department of Transportation) Physical research report 51, Springfield, Illinois. 3.4 Litteratur Ovanstående avsnitt, som alltså ej behandlar betongvägar, är baserad på genomgång av följande rapporter: 1.Chastain, Sr, W.E., Schwartz, DR, okt. 1964, AASHO Road Test equations applied to the design of bituminous pavements in Illinois (State ofillinois, Department of Public Works and Buildings, Division of Highways) Illinois..Elliot, RP, juni 1973, Traffic evaluation for secondary and local pavement design. (State of Illinois, Department of Transportation) Physical research report 49, Springfield, Illinois. 3.Chastain, Jr, W.E., jul 1973, Final summary report, A study of the AASHO Road Test, Phase 2, evaluation and application of the AASHO Road Test results. NU 1975z12 39

9

10

11

12