VTI notat 76 21 VTI notat 76-21 Förstärkningslagermaterial av krossad betongslipers Provsträckor på väg 869 vid Stenstorp. Lägesrapport 21 Författare FoU-enhet Projektnummer 7138 Projektnamn Uppdragsgivare Distribution Håkan Carlsson Väg- och banteknik Provsträckor med förstärkningslagermaterial av krossade betongslipers Vägverket Region Väst Fri
Innehållsförteckning Sida 1 Bakgrund 3 2 Beskrivning av provsträckorna 4 3 Mätningar på färdig väg 6 3.1 Fallviktsmätning 6 3.2 Spårdjup/tvärprofil 11 3.3 Sättningar 14 3.4 Skadekartering 16 4 Slutsatser 16 5. Fortsatt uppföljning 19 6 Litteratur 2 Bilagor Bilaga 1 Karta över provsträckornas läge Bilaga 2 Mätplan för provsträckorna Bilaga 3 Mätdata från fallviktsmätning 21 Bilaga 4 Uppmätta tvärprofiler med Primal VTI notat 76-21
VTI notat 76-21
1 Bakgrund I samband med utförande av planskilda korsningar längs västra stambanan beställde Banverket hos Vägverket ombyggnad av väg 869 norr om Stenstorp, se bilaga 1. Som entreprenör för bygget anlitades PEAB. Ombyggnaden omfattade knappt 9 meter ny vägsträckning med bro över järnvägen och intilliggande påfarter. Vägen har en varierande körbanebredd mellan 6 och 7 meter beroende på förekomst av vägräcke eller ej. Objektet fick tidigt en återvinningsprofil då det beslutades att bankfyllnaden skulle utföras av s.k. bassesten vilken i stor mängd i många år legat i upplag vid närbelägna Stenåsen, där kalkbränning tidigare bedrivits. Bassesten utgörs av skrotsten från kalkbränning och består av kalksten och alunskiffer. Provgrävningar hade gett sådana resultat att materialet bedömdes lämpligt ur vägteknisk synpunkt och Falköpings kommun hälsoskyddskontoret gav klartecken efter miljöteknisk prövning. Figur 1 Bankfyllning av bassesten. Efterhand väcktes också förslag om att som ersättning till ordinarie förstärkningslagermaterial (krossad kalksten) till viss del använda krossad betong av järnvägsslipers, vilket fanns att tillgå i ett närliggande upplag vid Brobacken till en mängd av ca 4 m 3. Betongen ägdes och hade krossats av Skaraborgs Grus AB. VTI notat 76-21 3
Figur 2 Upplag av krossade betongslipers. Förslaget gillades och godkändes av inblandade parter och det beslutades att VTI skulle beredas möjlighet att delta för dokumentation och utvärdering av vägobjektet eftersom det i vägbyggnadssammanhang handlade om ett relativt okänt material. VTI fick därför i uppdrag av Vägverket Region Väst (VVÄ) att medverka vid planering och utförande av tre provsträckor (egentligen två provsträckor samt en referenssträcka) samt att följa tillståndsutvecklingen på dessa sträckor under, i första hand, en period på tre år (t.o.m.21). VTI har rapporterat uppdraget genom en byggnadsrapport [1] och efterföljande lägesrapporter [2, 3] fram t.o.m. denna rapportering 21. Detta notat redovisar uppföljningen av provsträckorna från trafikpåsläpp 1998 fram till senaste mättillfället sommaren 21. 2 Beskrivning av provsträckorna Provet består av två egentliga provsträckor samt en referenssträcka. Referenssträckan utgörs av den konstruktion som från början var projekterad, dvs. den konstruktion som hade varit gällande om inget prov skulle ha utförts. Den består av 65 mm förstärkningslager av ortens material, i detta fall krossat bergmaterial av kalksten, överlagrat av 8 mm bärlager av krossad diabas samt 1 mm bitumenbundet material. På provsträckorna har det ordinarie förstärkningslagermaterialet bytts ut mot material av krossad betong respektive krossat bergmaterial av gnejs. Provsträckan med gnejs tillkom på önskemål från beställaren (VV) i ett senare skede och var ej planerad från början. Det bitumenbundna lagret består på alla sträckor nominellt av 65 mm AG 22 samt 35 mm ABT 11. Den krossade betongen har tillverkats av kasserade järnvägsslipers, vilka i krossad form legat i upplag några år före användningen i detta vägobjekt. Gnejsen i förstärkningslagret har hämtats från Vägverkets täkt vid Floby. Samtliga överbyggnadsmaterial utfördes enligt kraven i då gällande VÄG 94 [7]. Undergrundsmaterialet har i bygghandlingar bedömts vara av materialtyp 3. 4 VTI notat 76-21
Överbyggnadstypen utgörs av GBÖ med en nominell total tjocklek av 7 mm, varav förstärkningslagret ska utgöra 52 mm. På grund av praktiska förenklingar vid utläggningen och speciella ekonomiska förutsättningar har förstärkningslagrets verkliga tjocklek blivit 65 mm och den totala överbyggnaden totalt 83 mm. En schematisk bild över sträckornas lageruppbyggnad visas i figur 3. Underbyggnaden varierar i mäktighet på sträckorna, från ca 2 meter på sträcka 1, 1 2 meter på sträcka 2 och till 1-6 meter på sträcka 3. Underbyggnaden består på sträcka 2 och 3 av s.k. bassesten. På sträcka 1 har denna ersatts med kalksten. Detta för att bassestenen, som innehåller oljehaltig orsten, inte skall komma i kontakt med vatten vid exceptionella högvatten i det närliggande vattendraget Pösan. /1 Re fe re ns /2 /3 /4 /5 Sträc ka 1 2 3 1 mm 8 mm Slitlager + AG Slitlager + AG Slitlager + AG Bärlager Bärlager Bärlager 65 mm Förstärkningslager av krossad kalksten Förstä rkning sla g er av krossad betong Förstä rkning sla g er av gnejs Underbyggnad av Kalksten Bassesten Bassesten Figur 3 Schematisk bild av provsträckornas uppbyggnad Laboratorieundersökningar samt fältmätningar och provtagningar under byggskedet har tidigare redovisats i VTI notat 5-1999 [1]. I denna rapport redovisas resultatet från mätningarna 21 samt uppföljning av tidigare mätningar 1998-2. De mätningar som utförts på färdig väg är fallviktsmätning, jämnhetsmätning (tvärprofil), sättningsmätning genom höjdavvägning samt okulär besiktning av eventuella skador. VTI notat 76-21 5
3 Mätningar på färdig väg 3.1 Fallviktsmätning Mätning med fallviktsapparat på färdig väg har hittills utförts vid fyra tillfällen. En första s.k. nollmätning utfördes i slutet av september 1998 i samband med trafikpåsläpp. Sedan har mätningar utförts under sommaren 1999, 2 och senast 21. Mätningarna utförs i höger hjulspår i 9 mätpunkter per körriktning, totalt 18 mätpunkter per sträcka. Belastningen vid fallviktsmätningen är ca 5 kn. En mätplan för respektive provsträcka redovisas i bilaga 2. Resultatet i varje mätpunkt vid senaste mätningen (21) redovisas i bilaga 3. Fallviktsmätningen syftar till att studera och jämföra överbyggnadskonstruktionernas styvhet. Jämförelsen mellan sträckorna görs genom att olika ingående lagrens styvhet, uttryckt som E-modul, beräknas utifrån resultatet från fallviktsmätningen. Även dragtöjningen i underkant på asfaltbeläggningen har beräknats för att jämföra provsträckorna. E-modulen för respektive lager och provsträcka har beräknats genom bakåträkning (passningsberäkning) med hjälp av medeldeflektionen i belastningscentrum (D ) samt 2 och 9 mm från belastningscentrum (D 2 och D 9 ). I beräkningarna är uppbyggnaden uppdelad i 3 lager samt ett styvt skikt på djupet 3 m från ytan. Syftet med det styva skiktet i beräkningarna är att simulera fallviktsbelastningens djupverkan. Uppbyggnaden är uppdelad i asfaltbeläggning (1 mm), bär- och förstärkningslager (73 mm) samt en underbyggnad (217 mm). I tabell 1 t.o.m. 4 nedan redovisas resultaten av utförda modulberäkningar för respektive mättillfälle. Tabell 1 Lagermoduler beräknade från fallviktsmätning 98-9-29. Lagermoduler (MPa) Lager Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Beläggning 45 5 Kalksten Krossad betong Gnejs Bär- + förstärkningslager 25 17 18 Kalksten Bassesten Bassesten Underbyggnad 17 95 22 Vid mätning i september 1998 uppgick den beräknade E-modulen för beläggningen (AG och slitlager) till ca 45-5 MPa, vilket generellt är ett något lågt värde med tanke på den vid mättillfället rådande asfalttemperaturen på ca 12 o C. Det kan dock förklaras av att beläggningen var nylagd och därmed fortfarande relativt mjuk och elastisk. E-modulen för de obundna överbyggnadslagren (bär- + förstärkningslager) visade godtagbar nivå på sträcka 1 men var något låga på sträcka 2 och 3. Den framräknade E-modulen för underbyggnaden visade att denna var styv på sträcka 1 och 3. 6 VTI notat 76-21
Tabell 2 Lagermoduler beräknade från fallviktsmätning 99-6-7. Lagermoduler (MPa) Lager Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Beläggning 27-32 Kalksten Krossad betong Gnejs Bär- + förstärkningslager 34 225 24 Kalksten Bassesten Bassesten Underbyggnad 2 13 22 Vid mätning i juni 1999 erhölls en beräknad E-modul på beläggningen på ca 3 MPa, vilket får anses normalt med tanke på den, jämfört med första mätningen, nu betydligt högre beläggningstemperaturen ca 27 o C. För obundet bär- och förstärkningslager kan en viss ökning i E-modul konstateras vilken bl.a. kan förklaras av efterpackning och konsolidering. Främst är det kalkstenen på sträcka 1 som har ökat i styvhet. Styvheten (E-modulen) på lagret med krossad betong har också ökat något sedan föregående mätning, men inte så mycket som hade förväntats och som kunnat konstateras på andra liknande försökssträckor. E-modulen för underbygganden har också ökat något och är fortsatt hög på främst sträcka 1 och 3. Tabell 3 Lagermoduler beräknade från fallviktsmätning -5-22. Lagermoduler (MPa) Lager Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Beläggning 35-39 Kalksten Krossad betong Gnejs Bär- + förstärkningslager 345 3 26 Kalksten Bassesten Bassesten Underbyggnad 295 135 31 Vid mätning i maj 2 var den uppmätta beläggningstemperaturen ca 23 25 o C och den beräknade E-modulen för asfaltbeläggningen ca 37 MPa. Lagermodulen för den krossade betongen fortsätter att öka medan styvheten på förstärkningslagret med kalksten och gnejs är i stort sett oförändrad sedan föregående mätning. Även styvheten på underbyggnaden fortsätter att öka och då främst på sträcka 1 och 3. Generellt är styvheten och de beräknade E-modulerna på underbyggnaden väldigt höga. VTI notat 76-21 7
Tabell 4 Lagermoduler beräknade från fallviktsmätning 1-6-19. Lagermoduler (MPa) Lager Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Beläggning 32-39 Kalksten Krossad betong Gnejs Bär- + förstärkningslager 325 32 26 Kalksten Bassesten Bassesten Underbyggnad 271 16 4 Den beräknade E-modulen på asfaltbeläggningen vid senaste mätningen i juni 21 var ca 35 MPa och beläggningstemperaturen var ca 27 o C. Det är en relativt hög E-modul med tanke på den höga beläggningstemperaturen. Även vid de tidigare mätningarna, förutom 1998, har styvheten på asfaltbeläggningen varit hög med hänsyn till temperaturen vid mättillfällena. Styvheten på förstärkningslagret med krossad betong har 21 fortsatt att öka något sedan föregående mätning medan lagren med kalksten och gnejs har en oförändrad eller något minskad styvhet. Styvheten på underbyggnaden har ökat ytterligare på sträcka 2 och 3 sedan föregående mätning medan den minskat något på sträcka 1. Generellt är styvheten på underbyggnaden väldigt hög och då främst på sträcka 3 och sträcka 1. Orsaken till den relativt kraftiga styvhetstillväxten i underbyggnaden är svår att förklara. E-modulen för underbyggnaden/undergrunden baseras huvudsakligen på deflektionsvärdena vid fallviktsmätning på avståndet 9 mm från belastningens centrum och dessa är i storleksordning endast några hundradels millimeter. Det gör i detta fall att resultatet av beräkningarna blir väldigt känsligt för små förändringar i uppmätta deflektioner samt att mätnoggrannheten då får en stor betydelse för beräkningsresultatet. I detta fall består också underbyggnaden av ett bra material med mekaniska egenskaper som inte skiljer sig så mycket från de obundna överbyggnadsmaterialen vilket säkert inverkar på mätresultatet. Det är dock troligt att en viss del av styvhetstillväxten beror på att det med tiden skett en bindning i underbyggnadsmaterialet. Det är känt sedan tidigare att viss efterbindning kan uppträda i material av krossad kalksten, vilket också styrks av den styvhetstillväxt som skett i förstärkningslagret av kalksten på sträcka 1. Att styvhetstillväxten varit kraftigare och tydligare på sträcka 1 och 3 än på sträcka 2 kan kanske förklaras av att underbyggnadens mäktighet är mindre på sträcka 2 än på de övriga sträckorna. Framtida mätningar kan visa om utvecklingen är bestående. För att ytterligare illustrera styvhetsutvecklingen hos bär- och förstärkningslager under uppföljningstiden redovisas de beräknade lagermodulerna från tabell 1 4 i figur 4. 8 VTI notat 76-21
Beräknad E-modul (MPa) 4 35 3 25 2 15 1 5 str 1, kalksten str2, kr.betong str 3, gnejs 1998 1999 2 21 Årtal för mätning Figur 4 Förändring av lagermodul för bär- och förstärkningslager under uppföljningstiden 1998-21. Resultatet av beräkningarna av lagermoduler utifrån fallviktsmätningarna kan sammanfattas med att styvheten på asfaltbeläggningen är generellt hög. När det gäller den obundna överbyggnaden med bär- och förstärkningslager visar resultaten att det på sträcka 1 med kalksten och sträcka 3 med gnejs som förstärkningslagermaterial skett en styvhetstillväxt under det första året. Styvhetstillväxten har sedan stannat av och de senaste åren är styvheten nästan så gott som oförändrad. Styvheten på den krossade betongen på sträcka 2 har konstant ökat lite för varje år och fortsätter eventuellt att öka ytterligare lite. Styvheten har dock inte ökat så mycket och så snabbt som det hade förväntats och som skett på andra liknade provsträckor med krossad betong. Orsaken till det är troligen den rikliga förekomsten av vajerarmering som i detta fall finns i den krossade betongen, vilket gör att bindningsprocessen går långsammare än normalt. Fortsatta fallviktsmätningar kan visa om bindningsprocessen och därmed styvhetstillväxten fortsätter eller har stannat av. Styvheten på underbyggnaden har ökat under uppföljningstiden och är generellt väldigt hög, främst på sträcka 3 och sträcka 1. För att analysera och jämföra sträckornas bärighet beräknades dragtöjningen i underkant på asfaltbeläggningen utifrån resultatet från fallviktsmätningen. Storleken på den beräknade töjningen är beroende av styvheten på asfaltbeläggningen men också av styvheten på den obundna överbyggnaden. Den beräknade töjningen representerar den påkänning i asfaltbeläggningen som uppstår vid trafikbelastning och som genom upprepade belastningar och utmattning orsakar sprickbildning i asfaltbeläggningen. VTI notat 76-21 9
Asfalttöjningen beräknades enligt nedanstående formel [6]: ε = 37,4+988*D -533*D 3-52*D 6 ε = töjningen (µm/m) i underkant på asfaltbeläggningen D x = deflektion (mm) i belastningscentrum (), 3 och 6 mm från centrum För att ta hänsyn till skillnaderna i beläggningstemperatur mellan mättillfällena justerades de beräknade töjningarna till en referenstemperatur på +1 o C enligt nedanstående formel [8]: ε 1 = T 1 mätt ε mätt 3,8x1 5 2 1 h D ε x = töjning vid 1 o C respektive vid mättillfället T mätt = beläggningstemperatur vid mättillfället h 1 = beläggningstjocklek i mm D = deflektion i mm i belastningscentrum I figur 5 redovisas medelvärdet av de beräknade töjningarna korrigerade till +1 o C för respektive provsträcka vid de fyra mättillfällena. 3 25 Asfalttöjning (µm/m) 2 15 1 5 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 1.Kalksten 2.Krossad betong 3.Gnejs Provsträcka *Töjningar korrigerade till +1 o C Figur 5 Beräknad genomsnittlig beläggningstöjning justerad till +1 o C Resultatet av töjningsberäkningarna visar att töjningen på sträcka 1 endast minskat något under uppföljningstiden, men ligger ändå på en jämförelsevis låg 1 VTI notat 76-21
nivå. Töjningarna på sträcka 3 har också minskat under uppföljningstiden, men något mer och tydligare än på sträcka 1. Töjningarna är dock vid en jämförelse mellan sträckorna störst på sträcka 3. På sträcka två har det skett en tydlig minskning i töjning under uppföljningstiden. Från att ha legat på en hög nivå vid första mätningen har de sjunkit till att var minst vid senaste mätningen. Vid en granskning av mätdata från fallviktsmätningen, som redovisas i bilaga 3, visar det sig att spridningen i mätvärdena är betydligt större på sträcka 2 än på de övriga sträckorna. Det är främst i två sektioner, /32 och /34, på höger sida (riktning framåt) som mätresultatet avviker från övriga sektioner på sträckan. Även om dessa två sektioner undantas så är spridningen något större på sträcka 2 än på övriga sträckor. Det tyder på variationer i styvhet/bärighet längs sträckan som troligen beror den rikliga förekomsten av vajerarmering i den krossade betongen och variationer i underbyggnad/undergrund. Minst variation i mätdata är det på sträcka 3. 3.2. Spårdjup/tvärprofil För kontroll av konstruktionernas jämnhet i tvärled (spårdjup) har ett antal tvärprofillinjer per provsträcka lagts in för mätning av spårtillväxt. Mätutrustningen som används är en laserprofilometer kallad PRIMAL och mätningen görs i båda körfälten med start från vägmitt och ut mot beläggningskanten. Mätningar har också skett över hela vägbredden, från vänster kant till höger kant. Mätlinjernas antal är fyra per sträcka och riktning samt i samma sektioner också 4 mätningar över hela vägbredden. Placeringen av mätsektionerna inom respektive provsträcka framgår av bilaga 2. Det har hittills utförts tvärprofilmätningar på provsträckorna vid fyra tillfällen. Den första nollmätningen gjordes i samband med trafikpåsläpp i september 1998. Sedan har mätningar utförts under sommaren 1999, 2 och 21. Tvärprofilerna analyserades genom granskning av de uppritade tvärprofilerna och dess förändring under uppföljningstiden, främst profilerna över hela vägbredden. Från tvärprofilerna i respektive riktning beräknades spårdjupen och resultatet redovisas i tabell 5 och 6 nedan. Riktning 1 i tabellerna är riktning från Stenstorp, och riktning 2 följaktligen mot Stenstorp. Vägens belagda bredd är ca 6 meter och längs provsträckorna är vägräcken till stor del uppsatta. Detta tillsammans med att vägavsnittet består av relativt skarpa kurvor gör att spårbilden är typisk för en smal väg. Det betyder att vägen endast får tre spår dvs. ett i respektive körfält och ett gemensamt i vägmitt. (Normalt utvecklas fyra spår, två i vardera riktningen.) Vid utvärdering av de här aktuella tvärprofilerna är det därför lämpligt att framför allt studera höger hjulspår i respektive körfält. Eftersom vägen är av typen trespårsväg betyder det att spårdjupsberäkningen blir något osäker då ändpunkten för profilen i vägmitt trafikeras och därmed trycks ned och ändrar läge. VTI notat 76-21 11
Figur 6 Mätning på färdig väg. I förgrunden tvärprofilmätning med PRIMAL, i bakgrunden fallviktsmätning. Tabell 5 Beräknade spårdjup för höger spår i båda körriktningarna Spårdjup (mm), höger spår enl. trådprincipen Sträcka riktning sep-98 jun-99 jun- jun-1 1 1 2,7 4,7 6,3 6,6 2 1,1 2,8 3,9 4,2 2 1 1,8 3,3 4,2 4,6 2 1,4 1,4 1,6 1,9 3 1 2, 4, 4,8 5,4 2 1,8 1,7 3,2 3,3 Tabell 6 Spårdjupsförändring för höger spår i båda körriktningarna Spårdjupsförändring (mm), höger spår Sträcka riktning 98-99 98-98-1 1 1 2, 3,6 3,9 2 1,7 2,8 3,1 Mv str. 1,9 3,2 3,5 2 1 1,5 2,4 2,8 2,,2,5 Mv str.,8 1,3 1,7 3 1 2, 2,8 3,4 2 -,1 1,4 1,5 Mv str. 1, 2,1 2,5 12 VTI notat 76-21
Redovisade spårdjup från mätningen i september 1998 är inte spår i egentlig mening orsakade av trafik, utan beskriver huvudsakligen en viss naturlig ojämnhet hos den nylagda vägen. Spårbildningen har sedan vägen öppnades var måttlig med en ökning i spårdjup med någon millimeter per år. Eftersom hela profilen deformerats är det dock svårt att riktigt urskilja spåren. I figur 7-9 visas en representativ tvärprofil per sträcka mätt över hela vägbredden. Samtliga profiler (4 per sträcka) mätta över hela vägbredden redovisas i bilaga 4. 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Figur 7 Tvärprofil för hela vägbredden i sektion 3 på sträcka 1. 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Figur 8 Tvärprofil för hela vägbredden i sektion 2 på sträcka 2. VTI notat 76-21 13
2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Figur 9 Tvärprofil för hela vägbredden i sektion 2 på sträcka 3. Tvärprofilmätningen visar att det skett en deformation av tvärprofilen och då främst genom att vägmitt har tryckts ner och i flera fall bildat ett gemensamt vänsterspår för båda körriktningarna. I många fall syns det också ett tydligt högerspår och då främst i riktningen från Stenstorp (riktning 1). På sträcka 2 och 3 i riktning mot Stenstorp (riktning 2) går trafiken väldigt nära kanten p.g.a. att vägen ligger i kurva, vilket gör att spåret ligger väldigt nära profilens ändpunkt och är därför väldigt otydligt. Huvuddelen av deformationen skedde första två åren medan det senaste året endast skett mindre förändringar av vägprofilens utseende. Även om vägen deformerats och profilen har förändrats kan man säga att spårdjupen efter 3 års trafik generellt är små och vägen upplevs inte som ojämn eller spårig. 3.3. Sättningar För kontroll av eventuella sättningar i vägkroppen har det utförts höjdavvägning i fyra sektioner och totalt 12 mätpunkter per provsträcka. Höjderna har beräknats utifrån en fixdubb i fundamentet i bron över järnvägen, efter sträcka 3. Senaste höjdavvägningen utfördes i juni 21. Resultatet jämfördes med tidigare utförda avvägningar. Resultatet från avvägningen 1998 har ett flertal brister och är väldigt osäker varför jämförelsen utgår från avvägningen som gjordes 1999. I figur 1 12 nedan redovisas höjdförändringen i varje mätpunkt på respektive provsträcka. 14 VTI notat 76-21
1 1:4 hö 1:4 VM 1:4 vä 1:3 hö 1:3 VM 1:3 vä 1:2 hö 1:2 VM 1:2 vä 1:1 hö 1:1 VM 1:1 vä 5 Höjdförändring (mm) -5-1 -15-2 99-99-1-25 -3 Figur 1 Höjdförändring 1999 2 och 1999-21 vid avvägning på provsträcka 1. 2:4 hö 2:4 VM 2:4 vä 2:3 VM 2:3 vä 2:2 hö 2:2 VM 2:2 vä 2:1 hö 2:1 VM 2:1 vä -5 Höjdförändring (mm) -1-15 -2 99-99-1-25 -3 Figur 11 Höjdförändring 1999-2 och 1999-21 vid avvägning på provsträcka 2. VTI notat 76-21 15
3:4 hö 3:4 VM 3: 4 vä 3:3 hö 3:3 VM 3:3 vä 3:2 hö 3:2 VM 3:2 vä 3:1 hö 3:1 VM 3:1 vä -5 Höjdförändring (mm) -1-15 -2 99-99-1-25 -3 Figur 12 Höjdförändring 1999-2 och 1999-21 vid avvägning på provsträcka 3. Analysen av höjdavvägningen visar att det har förekommit sättningar i vägen sedan 1999. De största sättningarna är på sträcka 2 där vägen sjunkit ca 2-3 mm mellan 1999 och 21. I slutet av sträcka 1 och i början på sträcka 3 är sättningen ca 2 mm medan den i början på sträcka 1 och slutet av sträcka 3 endast är någon millimeter. Tendensen är tydlig att höjdförändringen är större i vägmitt än i vägkanterna. Det stämmer också med tvärprofilmätningen som visar att vägmitt sjunkit i förhållande till vägkanterna, som utgör ändpunkterna för profilmätningen. I vilket lager som sättningarna skett i går inte att utläsa från höjdavvägningen. 3.4. Skadekartering Vägytan kontrolleras genom okulär besiktning. Vid senaste mättillfället i juni 21 utfördes en okulär besiktning av provsträckorna och några sprickor eller andra skador kunde då inte upptäckas. 4. Slutsatser Huvudsyftet med provsträckorna är att värdera krossad betong tillverkad av järnvägsslipers ur ett vägtekniskt perspektiv ställt mot material av krossad kalksten respektive gnejs. Utförda laboratorieförsök på den krossade betongen, vilka redovisats i byggrapporten VTI notat 5-1999 [1], visar att materialet har mekaniska egenskaper som väl kan mäta sig med ett referensmaterial av krossad granit. Styvheten 16 VTI notat 76-21
(E-modulen) hos betongen är vid normala påkänningar högre än för detta referensmaterial och kulkvarnsvärdet på betongen är godkänt enligt kraven i VÄG 94. Detta innebär att gjorda undersökningar på laboratorium visar att den aktuella betongen är godkänd att användas som bär- och förstärkningslagermaterial. Några laboratorieförsök på aktuellt material av kalksten har ej utförts. Utförda mätningar i fält med fallviktsapparat visar emellertid initialt (september 98) en lägre lagerstyvhet (E-modul) hos den krossade betongen än hos övriga provade material och då framförallt referenssträckan med kalksten (se tabell 1). Anledningen till det är med största säkerhet den stora mängd av vajerarmering som kommit med i den krossade betongen, trots försök till bortsortering både vid krossning och vid utläggning av materialet. Den rikliga förekomsten av vajerarmering framgår tydligt i figur 14 och 15. Bortsortering av armeringsjärn vid krossningen genom t.ex. magnetseparering hade varit önskvärd. Den kvarblivna vajerarmeringen medför svårigheter att packa materialet och orsakar en fjädring i lagret vid belastning, vilket medför en låg styvhet (E-modul). Figur 13 Utbredning av krossad betong på sträcka 2. VTI notat 76-21 17
Figur 14 Vajerarmering från krossade betongslipers. Figur 15 Färdigpackad och justerad yta av krossade järnvägsslipers. Vajerarmering syns i ytan. Ytan något justerad med bergkross. Vid de efterföljande mätningar 1999, 2 och 21 har styvheten på lagret med krossad betong ökat något för varje år, se figur 4. Som en följd av materialens efterpackning och konsolidering med tiden kan en viss höjning av styvheten förväntas. Det har troligen också skett en viss bindning i materialet som medfört att styvheten har ökat. Ökningen har dock inte varit så markant och kraftig som förväntats och som erfarenheter från tidigare försök, både svenska och utländska visat. I dessa försök har man kunnat påvisa en kraftig tillväxt av krossad betongs styvhet redan inom en period av tre månader från utläggning och packning. Denna styvhetstillväxt förklaras med att kalk frigörs vid krossningsproceduren som sedan i kombination med vatten utvecklar ett svagt kalkbruk som binder partiklarna till varandra. Det förefaller alltså som om en styvhetstillväxt i den krossade betongen 18 VTI notat 76-21
pågår, men att den går långsammare än normalt vilket troligen kan förklaras av den rikliga förekomsten av armering. En annan bidragande orsak kan vara det faktum att betongen låg krossad i upplag flera år före utläggning och packning, vilket kan medföra att bindningsprocessen går långsammare än i färsk krossad betong. Eventuella framtida mätningar kan visa om betongens styvhet fortsätter att ökar ytterligare. Sträcka 3 med gnejs och främst sträcka 1 med kalksten hade en kraftig styvhetsökning under det första året, men har sedan stabiliserats sig på en relativt konstant nivå. Både tvärprofilmätningen med Primal och sättningsmätningen genom höjdavvägning visar tydligt att vägen har deformerats och sjunkit. Spårbildningen efter tre års trafik är generellt väldigt liten och det går inte att utläsa någon tydlig skillnad mellan sträckorna med avseende på spårbildning. Profilmätningen visar att vägmitt har tryckts ner (sjunkit) mer än vägkanterna p.g.a. att den smala vägen gör att trafiken i båda riktningarna går på eller nära vägmitt. Det bekräftas också av höjdavvägningen som visar att generellt har vägmitt sjunkit mer än vägkanterna. Även vägen i sin helhet har tydligt sjunkit, under perioden 1999 till 21 med upp till 3 mm och då främst på sträcka 2. Vilket lager som deformerats kan inte utläsas ur höjdavvägningen, men då deformationen är störst på sträcka 2 är det troligt att den rikliga förekomsten av vajerarmering i förstärkningslagret gjort lagret något mer deformationsbenäget än förstärkningslagrena av kalksten och gnejs. Även den tunnare underbyggnaden på sträcka 2 kan inverka på sättningen/deformationen på sträckan. Vid den senaste okulärbesiktningen (21) av vägytan kunde inga sprickor eller andra skador upptäckas. Vägen upplevs inte som ojämn eller spårig utan får sägas vara i gott skick. 5 Fortsatt uppföljning Uppföljningen av provsträckorna var i första hand planerad att pågå under tre år, fram till och med år 21. Därefter kan beslut att tas om en eventuell fortsättning av uppföljningen under ytterligare två år, vilket skulle betyda att uppföljningen utförs under vägobjektets hela garantitid på fem år. De mätningar som är då är lämpliga att utföra är fallviktsmätning, tvärprofil- (spårdjups-) mätning, höjdavvägning samt skadekartering genom okulär besiktning. Dessa mätningar bör göras minst en gång per år under sommarsäsongen och nästa mätning skulle då planeras till sommaren 22. VTI notat 76-21 19
6. Litteratur 1. Ydrevik. K., Förstärkningslagermaterial av krossade betongslipers. Erfarenheter från provsträckor på väg 869 vid Stenstorp. Del 1: Byggnadsrapport. VTI notat 5-1999. Väg- och transportforskningsinstitutet, Linköping. 2. Ydrevik. K., Förstärkningslagermaterial av krossade betongslipers. Erfarenheter från provsträckor på väg 869 vid Stenstorp. Del 2: Resultatrapport hösten 1999. VTI notat 45-1999. Väg- och transportforskningsinstitutet, Linköping. 3. Ydrevik. K., Förstärkningslagermaterial av krossade betongslipers. Erfarenheter från provsträckor på väg 869 vid Stenstorp. Del 3: Resultatrapport hösten 2. VTI notat 65-2. Väg- och transportforskningsinstitutet, Linköping. 4. Ydrevik. K., (1999) Återvägen. Råd och vägledning för återvinning av krossad betong som ballast i gator och vägar. VTI notat 67-1999, Vägoch transportforskningsinstitutet, Linköping. 5. Arm, M., (2): Egenskaper hos alternativa ballastmaterial speciellt slaggrus, krossad betong och hyttsten. Licentiatavhandling, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm. 6. Jansson, H., (1992) Regressionssamband för påkänning i asfaltbeläggning ur deflektioner mätta med fallvikt. VTI Notat nr V19 1992, Väg- och transportforskningsinstitutet, Linköping. 7. VÄG 94. (1994): Allmän teknisk beskrivning för vägkonstruktioner. Vägverket, Borlänge. 8. Bearbetning av deflektionsmätdata, erhållna vid provbelastning av väg med FWD-apparat: metodbeskrivning 114:2. Publikation 2:27. (2) Vägverket, Borlänge. 2 VTI notat 76-21
Bilaga 1 Sid 1 (2) Lägesbeskrivning av provsträckorna. VTI notat 76-21
Bilaga 1 Sid 2 (2) VTI notat 76-21
Bilaga 2 Sid 1 (1) STENSTORP väg 869 mätningsplan för resp. provsträcka Bila g a : 1 9 K 6. - 6.8 m Övergång 8 7 6 5 4 3 Fallvikt 2. m fr VM 2 1 PRIMAL (mätning över tre skruvar) Ste nsto rp VM Övergång VTI notat 76-21
VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 1 (6) Mätdata från fallviktsmätning 21. Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : f Mätning nummer : 5 Provsträcka : 1 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 11 3 49,8 382 28 219 156 117 71 47 16,8 33,2 239 215 12 3 5,2 256 166 118 7 48 28 21 17, 31,6 23 189 13 3 5,3 283 194 14 84 56 32 25 16,8 25, 214 198 14 3 5, 35 24 141 81 51 27 2 17,5 34,6 238 218 15 3 5, 258 175 126 74 47 26 2 17,7 34,4 22 187 16 3 49,7 253 163 122 75 51 31 25 17,9 34,3 197 183 17 3 49,7 39 195 138 77 48 27 2 17,9 34,8 245 225 18 3 49,5 297 183 129 75 49 27 22 18,2 34,4 237 218 19 3 49,9 264 189 138 8 54 29 2 18,2 34, 198 183 Testing Comment: bel.temp 5cm 25 grader Medel 49,9 29 194 141 86 58 33 24 17,6 32,9 219 22 Min 49,5 253 163 118 7 47 26 2 197 183 Max 5,3 382 28 219 156 117 71 47 245 225 Std.avv.,3 41 35 3 27 22 14 9 2 17 VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 2 (6) Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : b Mätning nummer : 5 Provsträcka : 1 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 19 3 49,5 285 18 135 82 53 27 18 22,5 35,7 22 21 18 3 49,4 325 22 156 86 52 28 2 23 36,5 249 224 17 3 49,3 291 26 145 83 53 3 21 23,5 38,8 221 21 16 3 49,5 33 2 141 79 5 28 22 23,9 38,8 237 214 15 3 49,6 274 191 139 75 46 25 19 24,2 38,3 211 193 14 3 49,8 277 189 137 77 49 27 2 24,5 38,4 213 195 13 3 49,5 278 18 132 76 5 3 23 24,4 36,6 217 198 12 3 49,4 275 186 131 73 46 25 19 24,7 37,7 216 198 11 3 49,5 375 275 217 15 112 71 5 25,3 36,2 236 29 Testing Comment: bel.temp 5cm 29 grader Medel 49,5 298 23 148 87 57 32 24 24, 37,4 224 24 Min 49,3 274 18 131 73 46 25 18 211 193 Max 49,8 375 275 217 15 112 71 5 249 224 Std.avv.,1 33 3 27 24 21 15 1 13 1 VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 3 (6) Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : f Mätning nummer : 5 Provsträcka : 2 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 31 3 49,6 226 142 11 66 52 4 33 17,9 33,8 181 169 32 3 49,1 72 546 454 327 248 15 98 17,7 33,6 364 296 33 3 49,7 276 175 125 71 51 34 26 18, 34,3 218 21 34 3 49,5 514 356 274 176 122 63 37 17,9 34,3 338 291 35 3 49,4 211 141 18 72 53 33 3 17,9 34,7 162 152 36 3 49,6 26 127 92 59 44 29 23 17,7 34,3 17 16 37 3 49,7 274 191 142 92 58 32 24 17,9 34,5 23 188 38 3 49,5 37 293 24 169 123 66 42 17,9 34,3 213 191 39 3 49,8 273 21 17 11 61 32 26 18, 34,4 186 172 Medel 49,5 339 242 19 126 9 53 38 17,9 34,2 226 22 Min 49,1 26 127 92 59 44 29 23 162 152 Max 49,8 72 546 454 327 248 15 98 364 296 Std.avv.,2 167 137 117 87 67 39 23 74 54 VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 4 (6) Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : b Mätning nummer : 5 Provsträcka : 2 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 39 3 49,3 41 31 255 18 13 77 53 2,7 34,4 241 212 38 3 49,6 188 116 91 64 52 39 33 2,3 34,8 149 14 37 3 49,3 311 236 186 133 97 55 36 19,2 34,8 197 178 36 3 49,7 176 125 95 64 49 34 28 21, 35,3 136 129 35 3 49,3 395 252 181 17 69 42 31 21,3 35,1 297 262 34 3 49,5 33 226 179 125 97 6 4 21,9 34,7 193 175 33 3 49,6 25 194 154 18 84 53 38 22,1 34,7 16 148 32 3 49,5 332 26 151 92 65 41 32 22,3 33,8 252 227 31 3 49,5 263 179 139 12 81 61 5 22,1 33,7 182 168 Medel 49,5 292 25 159 18 8 51 38 21,2 34,6 21 182 Min 49,3 176 116 91 64 49 34 28 136 129 Max 49,7 41 31 255 18 13 77 53 297 262 Std.avv.,1 82 61 5 36 25 14 9 53 44 VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 5 (6) Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : f Mätning nummer : 5 Provsträcka : 3 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 41 3 49,2 327 235 171 98 59 29 19 17,7 34,3 24 218 42 3 49,5 338 217 157 88 53 24 16 17,7 34,6 261 236 43 3 49,5 362 222 159 91 54 22 12 17,5 33,8 283 255 44 3 49,4 364 233 163 9 54 24 13 18,1 34,2 283 254 45 3 49,1 378 245 17 9 53 23 11 18,6 34,2 294 263 46 3 49, 374 251 176 98 55 24 14 19,5 35,2 285 256 47 3 49,4 341 228 157 85 5 22 13 2, 35,3 266 24 48 3 49,4 314 26 141 76 44 22 14 19,6 35,3 25 228 49 3 49,3 3 194 133 74 47 24 16 19,3 35,5 239 219 Medel 49,3 344 226 159 88 52 24 14 18,7 34,7 267 241 Min 49, 3 194 133 74 44 22 11 239 218 Max 49,5 378 251 176 98 59 29 19 294 263 Std.avv.,2 27 18 14 8 4 2 2 21 17 VTI notat 76-21
Bilaga 3 Sid 6 (6) Utrustning : Fv915 Län : P Vägnummer : 869 Spårläge (H/M/V) : h Riktning (F/B) : b Mätning nummer : 5 Provsträcka : 3 Mätplats : Stenstorp Rikt mot ort : Projektnummer : Operatör : AS Avst m punkter : 1 Load : 5kN Kommentar : växlande Date Created : 19-6-21 Sensor Number : 1 2 3 4 5 6 Sensor Distance :. 2. 3. 45. 6. 9. 12. (cm) Distance Imp Load D D2 D3 D45 D6 D9 D12 Air Pave Bel. töjn. Bel. töjn. m ### kn µm µm µm µm µm µm µm C C µs 1C. µs -------- --- ----- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ------- ------- 49 3 48,8 35 183 123 65 37 19 13 19,8 34,2 255 233 48 3 49,1 319 213 148 81 51 25 15 19,5 34,3 248 226 47 3 49,2 318 214 151 84 51 23 13 19,3 34,3 245 224 46 3 49, 37 26 146 82 5 21 13 19,2 34,1 238 217 45 3 49, 4 257 163 84 5 21 11 19,1 34,9 321 285 44 3 49,3 341 214 155 84 48 2 11 2, 35,4 268 242 43 3 48,9 317 197 143 81 5 22 14 2,5 34,3 249 227 42 3 49,3 329 24 142 83 54 27 18 2,8 34,7 26 236 41 3 49,4 314 189 133 76 48 27 21 2,9 34,6 253 23 Testing Comment: bel.temp 5cm 26 grader Medel 49,1 328 29 145 8 49 23 14 19,9 34,5 26 236 Min 48,8 35 183 123 65 37 19 11 238 217 Max 49,4 4 257 163 84 54 27 21 321 285 Std.avv.,2 29 21 12 6 5 3 3 24 2 VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 1 (6) Tvärprofiler för hela vägbredden Stenstorp, sträcka:1, sektion:1hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Stenstorp, sträcka:1, sektion:2hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 2 (6) Stenstorp, sträcka:1, sektion:3hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Stenstorp, sträcka:1, sektion:4hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 3 (6) Stenstorp, sträcka:2, sektion:1hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Stenstorp, sträcka:2, sektion:2hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 4 (6) Stenstorp, sträcka:2, sektion:3hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Stenstorp, sträcka:2, sektion:4hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 5 (6) Stenstorp, sträcka:3, sektion:1hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) Stenstorp, sträcka:3, sektion:2hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) VTI notat 76-21
Bilaga 4 Sid 6 (6) Stenstorp, sträcka:3, sektion:3hel 2 15 1 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 5-5 1 2 3 4 5 6 7-1 -15-2 Profillängd (mm) OBS! Annan skala! 4 3 2 Stenstorp, sträcka:3, sektion:4hel 1998-9-29 1999-6-7 2-5-22 21-6-19 Profil (mm) 1-1 1 2 3 4 5 6 7-2 -3-4 Profillängd (mm) VTI notat 76-21