Utvärdering av bitumenbundet bärlager, E4 Skånes Fagerhult

VTI notat 37 2004 Utvärdering av bitumenbundet bärlager, E4 Skånes Fagerhult Författare FoU-enhet Safwat Said, Hassan Hakim och Tomas Winnerholt Väg- och banteknik Projektnummer 60779 Projektnamn Uppdragsgivare E4 Skånes Fagerhult Vägverket Region Skåne

Förord VTI har av Vägverket Region Skåne fått uppdraget att utvärdera nyutlagda bitumenbundna beläggningar på E4 förbi Örkelljunga och Skånes Fagerhult. Arbetet har utförts genom laboratorieundersökningar och beräkningar med PMS Objekt för beräkning av teknisk livslängd. En del resultat uppmätta av Vägverket Produktion är också inlagda i detta notat. Kontaktpersoner på Vägverket har varit Folke Svantesson och Connie Olsson. Från VTI:s sida har Safwat Said varit projektledare medan Hassan Hakim och Andreas Waldemarson har utfört undersökningar. Tomas Winnerholt, Vägverket, Borlänge, har medverkat vid beräkningar och sammanställning av rapporten. Linköping september 2004 Safwat F. Said

Innehållsförteckning Sid Sammanfattning 5 1 Inledning 7 2 Provtagning 8 3 Tjocklekar 9 4 Hålrumshalter 11 5 Dynamiskt kryptest 12 6 Styvhetsmodul 14 7 Utmattning 16 8 Beräkning 18 9 Beräkning av livslängd med hänsyn till sprickor 20 10 Avslutande kommentarer 22 11 Referenser 22 Bilagor Bilaga 1 Lagertjocklekar och hålrumshalt Bilaga 2 Provningsresultat utförda av Vägverket Produktion (VVP) Bilaga 3 Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på fälttemperatur Bilaga 4 Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på temperaturer enligt ATB VÄG

Sammanfattning Under hösten 2003 har ett vägavsnitt på ca sju km lagts på E4 vid Skånes Fagerhult förbi Örkelljunga. Det är en nybyggd vägsträcka. Bär- och bindlager är utlagda under hösten 2003. Slitlagret utförs under hösten 2004. På uppdrag av Vägverket Region Skåne har borrkärnor tagits upp för undersökning av lagertjocklekar, hålrumshalt och mekaniska egenskaper hos bundna lager. Syftet med undersökningen är att utvärdera de bitumenbundna lagren ur strukturella funktionsegenskaper (styvhetsmodul, utmattning och krypegenskaper) och för jämförelse med kraven i ATB VÄG 2002. Syftet är också att beräkna livslängden med avseende på sprickutveckling. Hålrumshalten hos bärlagret har visat en klar avvikelse från gällande specifikationer enligt undersökta prov. Troligen har den låga hålrumshalten givit upphov till låga styvhetsmoduler. Nackdelen med låg styvhet är att det blir större dragtöjningar i underkant av bitumenbundna beläggningar och sämre lastfördelning. Det konstaterades också att utmattningssambandet för AG från Örkelljunga är brantare än standard AG, m.a.o. känsligare för temperatur, vilket kan leda till kortare livslängd som i det här fallet. Det undersökta AG-lagret har dock visat godkänt resultat med avseende på stabilitet (kryptest) trots den låga styvhetsmodulen som även påverkar stabiliteten. Det konstateras att oavsett alla beräkningar har beläggningen sämre egenskaper än normala AG-beläggningar med hänsyn till funktionsegenskaper. I det här arbetet har livslängden beräknats dels baserad på fälttemperaturer från VVIS data, dels baserad på klimatperioder enligt ATB VÄG. Livslängden ligger klart under kravet på 30 miljoner överfarter av ekvivalenta standardaxlar. Det bör erinras här att asfaltbeläggningar går igenom en hel del efterpackning, härdningsoch åldringsprocess, speciellt under första året efter utläggning. Dessa effekter kan markant förbättra beläggningsegenskaperna efter ca ett år. 5

6

1 Inledning Under hösten 2003 har ett vägavsnitt på ca sju km lagts på E4 vid Skånes Fagerhult förbi Örkelljunga. Det är en nybyggd vägsträcka. På uppdrag av Vägverket Region Skåne har borrkärnor tagits upp för undersökningar av lagertjocklekar, hålrumshalt och mekaniska egenskaper hos bundna lager. Syftet med undersökningen är att utvärdera de bitumenbundna lagren ur strukturella funktionsegenskaper (styvhetsmodul, utmattning och krypegenskaper) och för jämförelse med kraven i ATB VÄG 2002. Syftet är också beräkning av livslängden med avseende på sprickutveckling. Konstruktionen på K1 består av 95 mm AG 22 160/220, 45 mm ABb16 70/100 och 40 mm ABS16 70/100. Bär- och bindlager är utlagda under hösten 2003. Slitlagret utförs under hösten 2004. ÅDT k är 4 730 och andel tung trafik är 29 procent. 7

2 Provtagning Sammanlagt har 60 borrkärnor tagits upp från vägen mellan sektion 24/000 och 32/000. Provtagningen har utförts av PEAB:s laboratorium i Markaryd. Hälften av borrkärnorna är tagna från norrgående körfält och resterande från södergående körfält. Borrplan och antal prover med diameter 100 och 150 mm redovisas i tabell 1. Tabell 1 Planerade och genomförda borrningar samt antal upptagna borrkärnor. Provpunkt Sektion Planerade Sidoläge från höger vägkant Genomförda Sidomått från Sektion mittlinje Antal Norrgående Norrgående Ø100 Ø150 1 24/372 1,7 24/378 5,3 2 1 2 24/391 2,8 2 1 3 24/665 2,3 24/616 7,0 2 1 4 25/954 2,6 25/876 6,7 2 1 5* 28/812 1,5 28/819 9,1 2 1 6* 29/076 1,6 29/088 9,0 2 1 7* 29/273 1,5 29/294 9,6 2 1 8 30/275 2,2 30/285 8,5 2 1 9* 30/727 0,7 30/714 10,1 2 1 10 31/643 0,8 2 1 Södergående Södergående 11 24/341 1,7 24/301-5,9 2 1 12 25/552 2,8 25/502-8,0 2 1 13 26/043 2,3 25/996-7,0 2 1 14 27/560 2,6 2 1 15 28/128 1,5 2 1 16* 28/940 1,6 28/920-9,2 2 1 17 29/437 1,5 29/418-6,7 2 1 18 30/359 2,2 30/328-8,8 2 1 19* 30/401 0,7 30/370-9,9 2 1 20* 30/788 0,8 30/758-9,7 2 1 Prov markerade med stjärna (*) har borrats från vägren av misstag pga. snötäckning av vägen och avsaknad av vägmarkering. Resultat från dessa prov har inte tagits med i beräkningarna. 8

3 Tjocklekar Figurerna 1 4 visar tjockleken hos borrprov från olika lager. Tjockleken är bestämd enligt VVMB 903-1993 (pub. 1993-018). Tjockleksbestämningar utförd av entreprenören (VVP), är också inlagda i figurerna samt resultat från tjockleksmätningar hos B-prov som utfördes senare av VTI. Enskilda värden redovisas i bilaga 1 och 2. Det framgår att tjocklekar bestämda av VTI är något tunnare. Tjocklek (mm) 60 55 50 45 40 35 Översta AG lager VVP VTI B prov nominellt värde 30 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion Figur 1 Tjocklek hos borrprov från översta AG lagret. Tjocklek (mm) 80 70 60 50 40 Understa AG lager VVP VTI B prov nominellt värde 30 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion Figur 2 Tjocklek hos borrprov från understa AG lagret. 9

130 Total AG lager VVP VTI B Prov nominellt värde Tjocklek (mm) 120 110 100 90 80 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion Figur 3 Den totala tjockleken hos borrprov från båda AG lagren. Tjocklek (mm) 50 48 46 44 42 ABb lager VVP VTI B Prov nominellt värde 40 23/000 25/000 27/000 29/000 31/000 Sektion Figur 4 Tjocklek hos borrprov från bindlagret. 10

4 Hålrumshalter För beräkning av hålrumshalten har skrymdensiteten bestämts enligt FAS Metod 427 på alla prov och kompaktdensiteten bestämdes enligt FAS Metod 425 hos ett antal borrkärnor. Resultaten på enskilda värden redovisas i bilaga 1. Medelvärdet av hålrumshalten hos AG-lagret är 2,6 %, Tillåtet hålrumsintervall på borrprov är 3,0 8,0 % på medelvärde av 2 prov enligt ATB VÄG 2002 kapitel I 2.1.5. Hålrumshalter hos AG lagren illustreras i figur 5 och 6. Entreprenörens resultat märkta med VVP är också inlagda i figuren och redovisas i bilaga 2. 10 Översta AG lager VVP VTI B prov Hålrum (%) 8 6 4 2 0 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 Sektion Figur 5 Hålrumshalt hos översta AG-lagret. 10 Understa AG lager VVP VTI B prov Hålrum (%) 8 6 4 2 0 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 Sektion Figur 6 Hålrumshalt hos understa AG-lagret. 11

5 Dynamiskt kryptest Översta AG-lagret i K1 samt ABb-lagret från vägren har undersökts m.a.p. deformationsresistens med dynamiskt kryptest enligt FAS Metod 468 (se tabell 5 och figur 7 och 8). Borrkärnorna har sågats till en tjocklek av ca 30 mm och parvis lagts på varandra för att komma upp till rätt tjocklek enligt metoden. För ABb i vägren visas endast resultat. ÅDT k är 4 730 enligt Vägverkets dokumentation. Tvärfördelnings- och hastighetsfaktor för motorvägar är 0,8 och 0,9 respektive enligt ATB VÄG tabellerna C4.11-5 och C4.11-6. Beräkning av trafik med hänsyn till stabilitet (ÅDT k,stab ) blir: ÅDT = ÅDT J J k, sta k t h =3 406 1 Enligt tabell F5.2-4 i ATB VÄG för bärlagret tillhör denna väg till klass 1 800 3 600 µε och kravet på krypvärde är 15 000 20 000 µε. Med andra ord uppfyller bärlagermassan kravet. Tabell 5 Kryphastighet, krypmodul och töjning vid 3 600 belastningar. AG22 översta lager Prov Tjocklek Kryphastighet Krypmodul vid n=3600 Töjning (n=3600) mm µε/n MPa µε 1N3Ö & 2N3Ö 59,1 1,4 4,3 23 300 3N3Ö & 4N3Ö 59,8 1,8 6,9 14 500 8N3Ö & 10N3Ö 59,9 2,0 6,3 15 800 11S3Ö & 12S3Ö 59,7 1,2 5,2 19 300 13S3Ö & 14S3Ö 60,1 1,2 7,9 12 800 15S3Ö & 17S3Ö 59,9 1,0 6,9 14 600 Medelvärde 59,8 1,4 6,2 16 717 ABb16 från vägren 5N3 & 6N3 59,9 0,94 6,3 15 900 7N3 & 9N3 60,2 1,86 6,26 16 000 19S3 & 20S3 60,3 0,61 7,73 12 900 Medelvärde 60,1 1,1 6,8 14 933 12

kryptest, E4 Örkelljunga, AG22 översta lager 25000 20000 Töjning (µε) 15000 10000 5000 1N3Ö & 2N3Ö 3N3Ö & 4N3Ö 8N3Ö & 10N3Ö 11S3Ö & 12S3Ö 13S3Ö & 14S3Ö 15S3Ö & 17S3Ö mdv 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Antal belastningar Figur 7 Deformationsutvecklingen för översta AG22 lagret. kryptest, E4 Örkelljunga, ABb22 lager från vägren Töjning (µε) 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Antal belastningar 5N3 & 6N3 7N3 & 9N3 19S3 & 20S3 mdv Figur 8 Deformationsutvecklingen för ABb16 lagret från vägren. 13

6 Styvhetsmodul Styvhetsmodulen har bestämts vid +10 C hos båda AG lagren, vilket visas i figur 9 10. Det konstateras att det inte finns någon signifikant skillnad mellan beläggningar från understa och översta lagren. Det finns inte heller någon signifikant skillnad mellan beläggningar från norr- och södergående riktningar. Eftersom beläggningen är nylagd (2,5 månader gammal) har styvhetsmodulen korrigerats för motsvarande ett år gammal beläggning (se tabell 6). Korrigerade moduler för AG-lagren ligger under det nedersta tillåtna gränsvärdet enligt ATB VÄG tabell F5.2.10 med avseende på trafikklass >1,0. ÅDT k är lika med 4 730 med 29 procent tunga fordon enligt Vägverkets dokumentation. (ÅDT k.tung = 4 730 x 0,29 = 1 372). Modulmätningar vid 2 och 17 C har bestämts hos prov från översta AG lagret. Sambandet mellan modulvärden och temperatur visas i figur 11. Sambandet har använts för beräkning av moduler hos AG vid olika temperaturer för beräkning av livslängden (se avsnittet om beräkningar). Fyra borrkärnor har av misstag borrats ur vägren i stället för K1. Massabeläggningen i vägren består av ABb16 70/100 enligt dokumentation. Utförda modulmätningar visas i figur 12. Eftersom beläggningen är nylagd (2,5 månader gammal) har styvhetsmodulen korrigerats för motsvarande ett år gammal beläggning (se tabell 6). Styvhetsmodul (Mpa) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Styvhetsmodul vid 10 C, E4 Örkelljunga, AG22 understa lager 1N1U 2N1U 3N1U 4N1U 8N1U 10N1U 11S1U prov nr 12S1U 13S1U 14S1U 17S1U 18S1U Figur 9 Styvhetsmodul vid +10 C för understa AG22 lagret i MPa. 14

Styvhetsmodul (Mpa) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Styvhetsmodul vid 10 C, E4 Örkelljunga, AG22 översta lager 1N1O 2N1O 3N1O 4N1O 11S1O 12S1O 13S1O 14S1O prov nr Figur 10 Styvhetsmodul vid +10 C för översta AG22 lagret i MPa. Tabell 6 Korrigerade styvhetsmoduler för motsvarande ett år gammal beläggning. skikt Styvhetsmodul i MPa Mätvärde Ålderskorrigerad 2 C 10 C 17 C 2 C 10 C 17 C AG22 understa lager 4 041 4 581 AG22 översta lager 8 924 3 833 1 915 10 117 4 346 2 170 ABb16 från vägren 7 308 8 285 Styvhetsmodul (MPa) 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 ATB väg Labbmodul Expon. (Labbmodul) Mr = 12531e -0,1025T 0 5 10 15 20 Temperatur C Figur 11 Styvhetsmodul vid olika temperaturer hos aktuell AG och standard AG enligt ATB VÄG samt samband för den aktuella AGn. 15

Styvhetsmodul (Mpa) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Styvhetsmodul vid 10 C, E4 Örkelljunga, ABb lager 5N1* 6N1* 16S1* 19S1* prov nr Figur 12 Styvhetsmodul vid +10 C för ABb16 lagret (utborrade från vägren). 7 Utmattning Utmattningskurva har bestämts enligt VTI-metod för AG 22 (Said, 1995) vid tre temperaturer. Understa lagret i varje riktning har undersökts var för sig (se figur 13). Eftersom det inte finns någon signifikant skillnad mellan de två riktningarna har man analyserat proverna tillsammans. Utmattningskurvor vid tre temperaturer visas i figur 14. I figur 15 har utmattningskurvan för AG-lagret vid 10 C jämförts med standardutmattningskurvan för bärlager enligt ATB VÄG. Det konstateras att utmattningssambandet för AG från Örkelljunga är brantare, vilket betyder att den är känsligare för töjningar i underkant av beläggningen. För jämförelse av utmattningsresultat med ATB VÄG beräknas ÅDT k.tung, där ÅDT k är lika med 4 730 med 29 procent tunga fordon enligt Vägverkets dokumentation. A ÅDTk, tung = ÅDTk 2 100 ÅDT k.tung = 4 730 x 0,29 = 1 372 Enligt tabell F5.2-10 ska trafikklassen större än 1 000 ÅDT k.tung ha en styvhetsmodul mellan 6 000 10 000 MPa och klara en töjning större än 80 mikrostrain vid 10 6 belastningar vid utmattningsprovning vid 10 C. Styvheten för AG-lagret är 4 581 MPa och töjningen vid 10 6 belastningar är endast 63 mikrostrain, vilket innebär att detta AG-lager inte uppfyller kravet enligt ATB VÄG. Detta illustreras också i figur 14. (Anmärkning: det är tryckfel i tabell F5.2-10, tecknet (<) ska vara större än (>)). Genom multipel regression på utmattningsdata vid tre temperaturer har utmattningsformel tagits fram för den aktuella AG:n för beräkning av livslängd vid olika temperaturer och korresponderande styvhetsmoduler. 16

LogN f = 14,0403 2,4546 * Logε 0,9612 * LogM s 3 Ovanstående samband motsvarar sambandet i ATB VÄG C4.12.2 som är för standard AG. 1000 Södergående Norrgående N enskildvärden S enskildvärden Initiell töjning (µstrain) 100 N f = K (1/ε) n 10 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 Antal belastningar Figur 13 Utmattningskurvor för AG22-lager från norr- och södergående riktningar. 1000 Initiell töjning (µstrain ) 100 14 C 10 C 2 C N f = K (1/ε) n 10 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 Antal belastningar Figur 14 Utmattningskurvor för AG22-lager vid tre temperaturer. 17

10000.0 Initiell töjning (µstrain) 1000.0 100.0 Örkelljunga Bärlager N f = K (1/ε) n 10.0 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 Antal belastningar Figur 15 Utmattningskurva för understa AG lagret bestämd enligt VTI-metod mot motsvarande utmattningskurva för standardbärlager. 8 Beräkning Beläggningars temperaturer och dess variationer under sommarperioden har stor effekt på nedbrytningen hos bitumenbundna lager. Beläggningstemperaturen varierar också på djupet i en vägkropp. Vid beräkning av livslängd för ett specifikt objekt bör man bl.a. ta hänsyn till förväntade temperaturer i det aktuella lagret. Det geografiska läget för vägobjektet, beläggningens placering i vägkonstruktionen och aktuell trafikbelastning kan vara avgörande för hur en asfaltbeläggning bryts ned. Av den anledningen har vi analyserat temperaturmätningar under 1999/2000 från en VVIS station (VVIS1106) som är placerad nära det här objektet. Temperaturmätningar under ett helt år visas nedan (figur 16). 18

50 40 30 20 10 0 1999-02-09 00:00 1999-08-28 00:00 2000-03-15 00:00 2000-10-01 00:00-10 -20 Figur 16 Temperaturmätningar från VVIS station (ty1106) under 1999/2000. Temperaturmätningar från VVIS-stationen har analyserats genom antal timmar gentemot beläggningstemperatur vid 120 mm djup, vilket har antagits som representativt djup för bärlagret. Temperaturberäkningar vid olika djup har utförts med Hermanssons modell (2001). Figur 17 illustrerar temperaturfördelningar på 120 mm djup. Dessa temperaturer har antagits representativa för hela överbyggnaden vid beräkning av livslängden. Temperaturmätningar ledde till tio perioder med ett antal dagar per period enligt tabell 7. 3000 Örkelljunga, 120 mm djup, 1 mätning/timme, period 99-10-01 till 00-09-12 2500 Antal timmar 2000 1500 1000 500 0-35 -30-30 -25-2 5-20 -20-15 -15-10 - 10-5 -5-0 0-5 5-10 10-15 15-20 2 0-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 Temperaturklasser C Figur 17 Temperaturfördelning från VVIS station (VViS1106) under 1999/2000. 19

9 Beräkning av livslängd med hänsyn till sprickor Styvhetsmodul för slit- och bindlager (slitlagret är inte utlagt än och prov från bindlagret är inte uttagna) har beräknats för varje period baserad på ATB VÄG tabell F5.2-5 respektive tabell F5.2-6. Av praktiska skäl har nedanstående ekvationer (ekvation 4 och 5) använts som motsvarar tabellerna. De är representativa för genomsnittliga värden i tabellerna. För AG:n har ett samband tagits fram (ekv. 6) baserat på modulmätningar hos de testade borrkärnorna vid tre temperaturer. Sambandet har använts för beräkning av moduler hos AG vid olika temperaturer för beräkning av livslängden. Det bör påpekas att avsikten med beräkning av livslängden enligt C4.12.2 är att använda de aktuella egenskaperna hos befintliga lager vid verkliga temperaturer i vägkroppen. De uppmätta (verkliga) temperaturerna nämns inte i ATB VÄG 2002. Av den anledningen har beräkningen genomförts på två sätt; dels baserade på verkliga temperaturer från VVIS stationen, dels baserade på klimatperiodens längd och temperaturer i beläggning enligt ATB VÄG 2002. För slitlager Ms = 9 450.e (-0,068*T) 4 För bindlager Ms = 18 628.e (-0,058*T) 5 För bärlager Ms = 12 531.e (-0,1025T) 6 Töjningar i underkant av det bitumenbundna bärlagret har beräknats med hjälp av PMS Objekt ver. 3.1.0 för de olika perioderna med hänsyn till följande konstruktion: Lager Tjocklek i mm Slitlager 40 Bindlager 45 Bärlager 95 Obundet bärlager 80 Krossat förstärkningslager 420 M3 blandkornig jord 1 000 Styvhetsmoduler för slit- och bindlager är enligt ATB VÄG som omnämndes tidigare. För bärlagret är styvhetsmodulerna baserade på mätvärden vid tre temperaturer. Tabell 7 visar indata till PMS Objekt och resulterade töjningar. Beräkningen är baserad på verkliga temperaturer från VVIS stationen. 20

Tabell 7 Beräknade styvhetsmoduler för olika lager samt töjning i underkant av det bitumenbundna bärlagret vid olika temperaturperioder. Temperatur, C -8-3 2 7 12 17 22 27 32 37 Antal dagar 1 16 108 66 41 47 53 26 7 1 Slitlager, MPa 16 281 11 589 8 248 5 871 4 179 2 974 2 117 1 507 1 073 763 Bindlager, MPa 29 626 22 168 16 588 12 412 9 287 6 949 5 200 3 891 2 911 2179 Bärlager,MPa 28 452 17 042 10 208 6 115 3 663 2 194 1 314 787 472 282 Obundet bärlager, MPa 1 000 150 450 Krossat förstärkningslager, 450 MPa M3 blandkornig jord, MPa 1 000 35 100 Töjning µε 35 48 98 106 135 166 194 212 217 206 Utmattningslivslängden har därefter beräknats för det aktuella avsnittet med hänsyn till de beräknade töjningarna med hjälp av utmattningssambandet för det befintliga bitumenbundna bärlagret (ekvation 3). Den genomsnittliga livslängden N ekv blev endast 2,5 miljoner. Självfallet är det mycket lågt i jämförelse med beräknade standardaxlar, 30 miljoner. Det bör påpekas att dessa beräkningar är mycket känsliga till materialvariabler. Den aktuella AG:n har underkänts med avseende på styvhetsmodul och utmattningsegenskaper vid jämförelse med kraven i ATB VÄG enligt den här undersökningen. Körningarna från PMS Objekt visas i bilaga 3. Motsvarande utmattningslivslängd har beräknats efter klimatperiodens längd och temperatur i bitumenbunden beläggningen enligt ATB VÄG tabell C3.1-1 och C3.1-2. För beräkning av styvhetsmodulerna i slit-, bind- och bärlager har ekvation 4 till 6 använts. Töjningar i underkant av det bitumenbundna bärlagret har beräknats med hjälp av PMS Objekt (se bilaga 4). Tabell 8 visar indata till PMS objekt och resulterade töjningar. Tabell 8 Beräknade styvhetsmoduler för olika lager samt töjning i underkant av det bitumenbundna bärlagret vid temperaturperioder enligt ATB VÄG. Vinter Tjällossning s-vinter Tjällossning Senvår Sommar Höst Temperatur, C -1.9 1 2.3 3 18.1 3.8 Antal dagar 80 10 31 15 153 76 Slitlager, MPa 10 753 8 829 8 082 7 706 2 760 7 298 Bindlager, MPa 20 798 17 578 16 302 15 653 6 520 14 943 Bärlager,MPa 15 225 11 310 9 899 9 214 1 960 8 488 Obundet bärlager, MPa 1000 150 300 450 Krossat förstärkningslager, MPa 450 M3 blandkornig jord, MPa 1000 35 50 100 Töjning µε 51 79 91 88 172 89 Utmattningslivslängden har därefter beräknats för det aktuella avsnittet med hänsyn till de beräknade töjningarna med hjälp av utmattningssambandet för det befintliga bitumenbundna bärlagret (ekvation 3). Den genomsnittliga livslängden 21

N ekv blev endast 3,1 miljoner. Båda temperaturperioderna ger upphov till betydligt kortare livslängd än den beräknade livslängden (ca 30 miljoner). 10 Avslutande kommentarer Huvudsyftet med det här arbetet är att utvärdera de bitumenbundna lagren mot ATB VÄG specifikationer. Hålrumshalten hos bärlagret har visat en klar avvikelse från gällande specifikationer enligt undersökta prov. Den låga hålrumshalten kan bero på att bitumenhalten är hög. Dock ingick det inte i uppdraget att bestämma bitumenhalt. Troligen har den låga hålrumshalten gett upphov till låga styvhetsmoduler. Låg styvhetsmodul, låg hålrumshalt och hög bitumenhalt leder normalt till bättre utmattningsegenskaper men trots det har AG-lagret visat sämre egenskaper än standardbeläggning vid en miljon belastningar med avseende på utmattningsegenskaper enligt ATB VÄG. Det konstaterades att utmattningssambandet för AG från Örkelljunga är brantare än standard AG, m.a.o. känsligare för temperatur, vilket kan leda till kortare livslängd som i det här fallet. Nackdelen med låg styvhet är att det blir större dragtöjningar i underkant av bitumenbundna beläggningar och sämre lastfördelning, med andra ord större belastning på underliggande obundna lager och undergrunden. Deformationer i undergrunden som är dimensionerande ligger utanför uppdraget. Om det förekommer stora deformationer i undergrunden leder det även till snabbare nedbrytning av bundna lager. Det undersökta AG-lagret har dock visat godkänt resultat med avseende på stabilitet (kryptest) trots den låga styvhetsmodulen som även påverkar stabiliteten. Det konstateras att oavsett alla beräkningar har beläggningen sämre egenskaper än normala AG-beläggningar med hänsyn till funktionsegenskaper. För beräkning av livslängd har konstruktionen och fälttemperaturer en stor effekt på resultatet utöver egenskaper hos överbyggnadslager. I det här arbetet har livslängden beräknats dels baserad på fälttemperaturer från VVIS data, dels baserad på klimatperioder enligt ATB VÄG. De ålderskorrigerade styvhetsmodulerna har använts vid beräkning av livslängden. Livslängden blev i genomsnitt 2,5 respektive 3,1 miljoner för bundna lager. Det ligger klart under kravet på 30 miljoner överfarter av ekvivalenta standardaxlar. Det bör erinras här att sambanden i C4.12 är framtagna för undersökning av beläggningar som är minst ett år gamla. Asfaltbeläggningar går igenom en härdnings- och åldringsprocess speciellt under första året efter utläggning. Det sker också en hel del efterpackning av trafiken. Dessa effekter kan markant förbättra beläggningsegenskaperna efter ca ett år. 11 Referenser Hermansson, Å: Mathematical model for calculation of pavement temperatures. TRR 1764, Paper No. 01-3543. 2001. Said, S: Bestämning av utmattningshållfasthet hos asfaltbetong genom pulserande pressdragprovning. VTI notat 38-1995. Statens väg- och transportforskningsinstitut. Linköping. 1995. 22

Bilaga 1 Sid 1 (5) Lagertjocklekar och hålrumshalt Tabell 1:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna bestämda enligt VVMB 903-1993. Provpunkt Prov nr Tjocklek i mm ABb16 AG22 lager Norrgående lager Översta Understa Total 1 1n1 41,6 41,9 83.5 2 2n1 42,9 37,7 80.6 3 3n1 42,7 46,4 89.2 4 4n1 45,5 42,7 50,4 93.1 5* 5n1 48,4 6* 6n1 47,6 7* 7n1 42,1 8 8n1 38,8 43,8 46,3 90.1 9* 9n1 49,6 10 10n1 42,1 40,0 54,8 94.7 Medelvärde 42,1 42,3 46,3 88.5 Södergående 11 11s1 48,7 47,8 96.5 12 12s1 46,3 62,8 109.1 13 13s1 41,0 40,9 81.9 14 14s1 44,3 46,9 91.2 15 15s1 48,1 51,6 99.7 16* 16s1 45,6 17 17s1 44,5 43,9 54,7 98.6 18 18s1 40,3 42,8 46,1 88.9 19* 19s1 45,5 20* 20s1 49,6 Medelvärde 42,4 45,0 50,1 95.1 * prov från vägren

Bilaga 1 Sid 2 (5) Tabell 1:2 Skrymdensiteten för de olika beläggningslagren enligt FAS Metod 427. Borrpunkt Prov nr Skrymdensitet Prov nr Skrymdensitet i g/cm 3 i g/cm 3 AG 22 lager understa AG 22 lager översta ABb16 1 1n1u 2,539 1n3ö 2,565 2 2n1u 2,497 2n3ö 2,508 3 3n1u 2,517 3n3ö 2,468 4 4n1u 2,386 4n3ö 2,458 5* 5n3 2,453 6* 6n3 2,456 7* 7n3 2,317 8 8n1u 2,414 8n3ö 2,414 9* 9n3 2,293 10 10n1u 2,468 10n3ö 2,424 11 11s1u 2,560 11s3ö 2,551 12 12s1u 2,419 12s3ö 2,406 13 13s1u 2,436 13s3ö 2,411 14 14s1u 2,438 14s3ö 2,426 15 15s1u 2,411 15s3ö 2,496 16* 16s3 2,268 17 17s1u 2,393 17s3ö 2,443 18 18s1u 2,361 18s3ö 2,340 19* 19s3 2,470 20* 20s3 2,517 Medel 2,449 2,455 2,396 Stdav 0,062 0,063 0,100 Tabell 1:3 Kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna enligt FAS Metoder 425 och 413. Provnr Kompaktdensitet i g/cm3 Hålrumshalt i % AG 22 understa 3n1u 2,618 3,9 skiktet 17s1u 2,478 3,4 2n3ö 2,563 2,2 8n3ö 2,486 2,9 AG 22 översta 11s3ö 2,580 1,1 skiktet 17s3ö 2,496 2,1 Medelvärde 2,6 ABb16 9n3 2,460 6,8 från vägren 19s3 2,535 2,6 Medelvärde 4,7

Sektion ABb-lagret AG-lagret öv Bilaga 1 Sid 3 (5) B prover Tabell 2:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna i mm bestämda enligt VVMB 903-1993. AG-lagret un AG-lager total Alla lager 18/350 54.6 64.9 119.4 119.4 18/453 52.4 54.1 106.5 106.5 24/493 44.5 54.1 42.7 96.7 141.3 24/539 46.7 56.5 trasig trasig trasig 25/320 41.3 41.4 65.1 106.5 147.8 25/901 44.1 51.0 58.2 109.2 153.3 25/996 42.2 37.2 42.5 79.6 121.8 26/238 45.5 47.9 65.3 113.2 158.6 28/789 42.9 40.5 52.6 93.0 136.0 28/789 43.5 56.5 100.0 100.0 29/140 43.5 44.3 58.2 102.5 146.0 29/725 42.1 40.4 43.9 84.3 126.4 30/285 42.4 43.8 54.2 98.0 140.4 30/363 43.7 57.5 101.2 101.2 30/738 45.7 46.1 63.0 109.1 154.8 mdv 43.7 46.5 55.6 Sektion 18/350 18/453 24/493 24/539 25/320 25/901 25/996 26/238 28/789 28/789 29/140 29/725 30/285 30/363 Tjocklek mm 30/738 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 ABb-lagret AG-lagret öv AG-lagret un Figur 2:1 Lagertjocklekar för de olika borrpunkterna bestämda enligt VVMB 903-1993.

Bilaga 1 Sid 4 (5) Tabell 2:2 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna från översta AG-lager enligt FAS Metoder 427, 425 och 413. AG-lager öv Prov nr Sektion Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) % 18/350 18/350 2.456 2.514 2.3 18/453 18/453 2.423 2.522 3.9 24/493 24/493 2.526 2.539 0.5 24/539 24/539 2.504 2.591 3.4 25/320 25/320 2.419 2.517 3.9 25/901 25/901 2.480 2.499 0.8 25/996 25/996 2.425 2.525 3.9 26/238 26/238 2.425 2.505 3.2 28/789A 28/789 2.412 2.479 2.7 28/789 28/789 2.455 2.481 1.0 29/140 29/140 2.427 2.461 1.4 29/725 29/725 2.446 2.494 1.9 30/285 30/285 2.429 2.468 1.6 30/363 30/363 2.392 2.509 4.7 30/738 30/738 2.360 2.557 7.7 mdv 2.9 stdav 1.9 Tabell 2:3 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för de undersökta borrkärnorna från understa AG-lager enligt FAS Metoder 427, 425 och 413. AG-lager un Prov nr Sektion Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) % 18/350 18/350 2.375 2.541 6.5 18/453 18/453 2.352 2.567 8.4 24/493 24/493 2.555 2.594 1.5 24/539 24/539 Trasig 25/320 25/320 2.451 2.487 1.5 25/901 25/901 2.331 2.506 7.0 25/996 25/996 2.406 2.597 7.4 26/238 26/238 2.459 2.524 2.6 28/789A 28/789 2.398 2.460 2.5 28/789 28/789 2.372 2.494 4.9 29/140 29/140 2.422 2.479 2.3 29/725 29/725 2.475 2.494 0.7 30/285 30/285 2.442 2.507 2.6 30/363 30/363 2.469 2.488 0.8 30/738 30/738 2.344 2.531 7.4 mdv 4.0 stdav 2.8

Bilaga 1 Sid 5 (5) Hålrumshalt % AG-lager öv AG-lager un 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 18/000 20/000 22/000 24/000 26/000 28/000 30/000 Sektion Figur 2:2 Hålrumshalt för de undersökta AG-lager bestämda enligt FAS Metoder.

Bilaga 2 Sid 1 (2) Provningsresultat utförda av Vägverket Produktion (VVP) Tabell 3:1 Lagertjocklekar för AG lager i mm. Kör riktning Sektion: AG-lagret öv AG-lagret un AG-lager total N N S S S S 23/854 23/854 26/602 26/602 23/563 23/563 25/323 25/323 26/268 26/268 28/582 28/582 47 47 47 47 46 39 48 48 52 53 48 47 68 70 53 54 51 52 57 56 61 62 52 52 115 117 100 101 97 91 105 104 113 115 100 99 mdv 47.4 57.3 104.8 Tabell 3:2 Lagertjocklekar för ABb lager i mm. Kör riktning Sektion: ABb lager N 26/045 45 26/045 46 S 28/637 47 28/637 46 S 29/590 46 29/591 46 mdv 46.0

Bilaga 2 Sid 2 (2) Tabell 3:3 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för översta AG-lager. Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum riktning Sektion: (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) % N 23/854 2.365 2.546 7.1 23/854 2.373 2.554 7.1 N 26/602 2.399 2.51 4.4 26/602 2.413 2.517 4.1 S 23/563 2.446 2.531 3.4 23/563 2.445 2.538 3.6 S 25/323 2.385 2.505 4.8 25/323 2.409 2.517 4.3 S 26/268 2.429 2.555 5 26/268 2.414 2.531 4.8 S 28/582 2.426 2.532 4.2 28/582 2.439 2.531 3.6 mdv 4.7 Tabell 3:4 Skrymdensitet, kompaktdensitet och hålrumshalt för understa AGlager. Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrum riktning Sektion: (g/cm 3 ) (g/cm 3 ) % N 23/854 2.438 2.537 3.9 23/854 2.434 2.542 4.3 N 26/602 2.395 2.57 6.8 26/602 2.384 2.559 6.8 S 23/563 2.416 2.538 4.8 23/563 2.397 2.525 5.1 S 25/323 2.425 2.516 3.6 25/323 2.426 2.508 3.3 S 26/268 2.438 2.518 3.2 26/268 2.422 2.515 3.7 S 28/582 2.451 2.543 3.6 28/582 2.467 2.55 3.3 mdv 4.4

Bilaga 3 Sid 1 (6) Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på fälttemperatur Skapad med PMS Objekt version 3.1 Utskriftsdatum: 2004-04-27 13:46 Projektinformation - örkelljunga 04-04-27 Skapat: 2004-04-27 10:59 Kommentarer till projektet Avsnittsinformation -8 till 17 temp Avsnitt nr: 1 Avsnittstyp: NYBYGGNAD Skapat datum: 2004-04-27 11:01 Vägnummer: E4 skåne fagerhult Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1,5 Vägtyp: Normal sektion Körfältsbredd riktning 1: 3,75 Körfält: "Riktning 1" StartpunktX: StartpunktY: StartpunktZ: SlutpunktX: SlutpunktY: SlutpunktZ: Släntriktning riktning 1: Släntriktning riktning 2: Stödremsa: 0 Skapat av: Organisation: Kommentarer till avsnittet

Bilaga 3 Sid 2 (6) Anmärkningar 1. Beräkningen är inte utförd med vare sig aktuell trafik eller konstruktion. 2. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003 Trafikberäkning avsnitt Beräkningsmetod: Beräkning enligt ATB VÄG ÅDTk: 4 730 Antagen trafikförändring per år(%): 1 Andel tunga fordon(%): 29 Standardaxlar per tungt fordon: 2,7 Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173 Trafikberäkning med axelspektrum Beräkningen är ej utförd. Konstruktionens uppbyggnad överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men förändrad! Egen överbyggnadstyp: JA Materialtyp, övre terrass: 3 - Blandkornig jord <= 30% Tjälfarlighetsklass övre terrass: 2 - Något tjällyftande Lager Lageröversikt Lager Tjocklek(mm) Förändrat Namn 1 40 JA Bitumenbundet slitlager 2 45 JA Bindlager 3 95 JA Bitumenbundet bärlager 4 80 JA Obundet bärlager 5 420 NEJ Förstärkningslager krossat material 6 0 JA Skyddslager 7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30% ÖVRE TERRASS Total tjocklek ovanför övre terrassyta: 680

Bilaga 3 Sid 3 (6) E-moduler [MPa] Lager -8 C -3 C 2 C 7 C 12 C 17 C 1 16281 11589 8248 5871 4179 2974 2 29626 22168 16588 12412 9287 5949 3 28452 17042 10208 6115 3663 2194 4 1000 1000 150 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450 6 1000 1000 70 85 100 100 7 1000 1000 35 100 100 100

Bilaga 3 Sid 4 (6) Bärighetsberäkning Töjningar i detalj(strain) Dragtöjning i bitumenlager, ackumulerad 8 C -3 C 2 C 7 C 12 C 17 C 0,000035 0,000048 0,000098 0,000106 0,000135 0,000167 Avsnittsinformation 17 till 37 temp Avsnitt nr: 2 Avsnittstyp: NYBYGGNAD Skapat datum: 2004-04-27 11:02 Vägnummer: E4 skåne fagerhult Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1,5 Vägtyp: Normal sektion Körfältsbredd riktning 1: 3,75 Körfält: "Riktning 1" Anmärkningar 1. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003

Trafikberäkning avsnitt Bilaga 3 Sid 5 (6) Beräkningsmetod: Beräkning enligt ATB VÄG ÅDTk: 4 730 Antagen trafikförändring per år(%): 1 Andel tunga fordon(%): 29 Standardaxlar per tungt fordon: 2,7 Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173 Trafikberäkning med axelspektrum Beräkningen är ej utförd. Konstruktionens uppbyggnad överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men förändrad! Egen överbyggnadstyp: JA Materialtyp, övre terrass: 3 - Blandkornig jord <= 30% Tjälfarlighetsklass övre terrass: 2 - Något tjällyftande Lager Lageröversikt Lager Tjocklek(mm) Förändrat Namn 1 40 JA Bitumenbundet slitlager 2 45 JA Bindlager 3 95 JA Bitumenbundet bärlager 4 80 JA Obundet bärlager 5 420 NEJ Förstärkningslager krossat material 6 0 NEJ Skyddslager 7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30% ÖVRE TERRASS Total tjocklek ovanför övre terrassyta: 680 E-moduler [MPa] Lager 17 C 22 C 27 C 32 C 37 C 37 C 1 2974 2117 1507 1073 763 763 2 6949 5200 3891 2911 2179 2179 3 2194 1314 787 472 282 282 4 450 450 450 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450 6 1000 1000 70 85 100 100 7 100 100 100 100 100 100

Bilaga 3 Sid 6 (6) Bärighetsberäkning Töjningar i detalj(strain) Dragtöjning i bitumenlager, ackumulerad 17 C 22 C 27 C 32 C 37 C 37 C 0,000166 0,000194 0,000212 0,000217 0,000206 0,000206

Bilaga 4 Sid 1 (3) Beräkning av töjningar med PMS objekt baserad på temperaturer enligt ATB VÄG Skapad med PMS Objekt version 3.1 Utskriftsdatum: 2004-05-03 16:47 Projektinformation Örkelljunga 04-04-27 Skapat: 2004-05-03 11:44 Kommentarer till projektet Avsnittsinformation - ATB Temp Avsnitt nr: 7 Avsnittstyp: NYBYGGNAD Skapat datum: 2004-05-03 11:44 Vägnummer: E4 skåne fagerhult Klimatzon: Klimatzon 2 Referenshastighet(km/h): 110 Antal körfält: 2 Län: Skåne Kristianstad Dimensioneringsperiod(år): 20 Avsnittslängd(m): 8000 Vägbredd(m): 13 Vägrensbredd(m): 1.5 Vägtyp: Normal sektion Körfältsbredd riktning 1: 3.75 Körfält: "Riktning 1"

Bilaga 4 Sid 2 (3) Anmärkningar 1. Bärighetsberäkningen uppfyller inte kraven enligt ATB VÄG 2003 Trafikberäkning avsnitt Beräkningsmetod: Beräkning enligt ATB VÄG ÅDTk: 4 730 Antagen trafikförändring per år(%): 1 Andel tunga fordon(%): 29 Standardaxlar per tungt fordon: 2.7 Beräknat antal standardaxlar: 30 063 173 Trafikberäkning med axelspektrum Beräkningen är ej utförd. Konstruktionens uppbyggnad överbyggnadstyp: Överbyggnaden ej sparad men förändrad! Egen överbyggnadstyp: JA Materialtyp, övre terrass: 3 - Blandkornig jord <= 30% Tjälfarlighetsklass övre terrass: 2 - Något tjällyftande Lager Lageröversikt Lager Tjocklek(mm) Förändrat Namn 1 40 JA Bitumenbundet slitlager 2 45 JA Bindlager 3 95 JA Bitumenbundet bärlager 4 80 JA Obundet bärlager 5 420 NEJ Förstärkningslager krossat material 6 0 JA Skyddslager 7 1000 JA 3 - Blandkornig jord <= 30% ÖVRE TERRASS Total tjocklek ovanför övre terrassyta: 680

E-moduler [MPa] Bilaga 4 Sid 3 (3) Lager Vinter Tjällossningsvinter Tjällossning Senvår Sommar Höst 1 10753 8829 8082 7706 2760 7298 2 20798 17578 16302 15653 6520 14943 3 15225 11310 9899 9214 1960 8488 4 1000 150 300 450 450 450 5 450 450 450 450 450 450 6 1000 1000 70 85 100 100 7 1000 1000 35 50 100 100 Bärighetsberäkning Töjningar i detalj(strain) Dragtöjning i bitumenlager, ackumulerad Vinter Tjällossningsvinter Tjällossning Senvår Sommar Höst 0.000051 0.000079 0.000091 0.000088 0.000172 0.000089