VZfnotat Nummer: V 04 - Datum: 1986-11-14 Titel: Inledande studier av tvåskiktsläggning av vältbetong Författare: Örjan Petersson Avdelning: Vägavdelningen (Vägkonstruktionssektionen) Projektnummer: 4 ] 329-4 Projektnamn: Vältbetong Uppdragsgivare: Stiftelsen Svensk Betongforskning Distribution: fri / nyförvärv / / & äe %s Statens väg- och trafikinstitut a,[vägz00/7 a /(- Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-1152 00. Telex 50125 VTISGIS /LETtltlltet Besök: Olaus Magnus väg 37 Linköping
' 1 INLEDNING Två-skiktsläggning av vältbetong resp cementbundet grus är en metod som oftast behöver tillämpas vid större lagertjocklekar, för att uppnå en tillfredsställande ytjämnhet. Svårigheten med tvåskiktsläggning är att tillgodose en fullständig vidhäftning mellan de två olika lagren. Spänningsfördelningen över tvärsnitten blir naturligt nog olika om lagren fungerar som en enhet eller om de kan glida på varandra. Figur 1 är återgivet från 3. Eisenman, Betongfahrbahnen - Handbuch für Betong - Stahlbeton - und Spannbetongbau och Visar hur böjdragspänningen varierar för ett tvåskiktssystem med fullständig friktion resp utan friktion, med varierande E-modul och tjocklek för det undre lagret. E2 = 1000 N/mmZ E2: 5000 N/mmZ E2 = 10000 N/mmZ 1 I l \ I l l \ \ l l 2 \ l \ ; :Umm 2.5 \ *x\ \\ \ 1 '\ lama; \ g.0 ohne t z ; _ \\\\ \ \\\ \\\\\ "1: *5 \*\'\\ \\ \ l \1\ \\ 41* \1\; \ ZP \ \ \ \ \ l ; VT 5 \\\\ \l\\ \ N : * 1 *M m1. \ *\\ \ L...a l \ 4 x o. \ \ o ' SO 'xn * \\\ \Verbund 5' p=07njmm2 \ \ å.. i,i i \\\ 3 \ \\ c k l s 1 *v 1?V, \ : - * 5 \ 1 lä» 1 i \\\; få 1 l s i \ a: 300 1.00 0 100 200 300 1.00 0 100 200 T 300 LOO '12 [mm] hz [mm] Ez = 1000 N/mmZ 132 = 5000 N/mm2 E2: 10000 N/mmZ g l 3 g 0,7 l\/'eag*10mem2-al.\ 1 06 kringgå-:ll \\ *'l // l\\\,rg x T' V i i 1 11 1 05 ' u \ \ i \.32. 1"; 5:? få _. _ \ \ CI. ' E3 \' \ \. T. \\ \f \ E W i i 1 \\\ \ 2. ; l "än \\\ 'R\\ ;3 117, I\\WL Verbund\*\\: 1 \\\A 0,2 i.7 - ;f l : \ \ g //çf-økfe' ohne i \\ E 01 [áç/y : \ Veribund 4 '3, ; l J 5 l 1 i i l 0 0 100 200 300 600 0 100 200 300 400 0 100 200 300 600 hg [mm] hz [mm]?12 [mm] Figur 1 Boydragpåkänmngar for ett system bestående av betonglager plus ett cementbundet lager med friktion resp utan friktion.
Som framgår av figur 1 får man stora skillnader vid belastningsfall med resp utan friktion enligt 3. Eisenman. Som en inledande studie har några tvåskiktsbalkar belastats till brott med samtidig mätning av töjningar i de olika lagren. Syftet med provningen har varit att få fram en bra metod att prova tvåskiktsläggning samt för dessa balkar se hur de olika skikten fungerade vid belastning. Balkarna har hämtats från Betongindustrins betongstation i Uppsala. Vid läggningen har det undre skiktet packats en gång statiskt, och man har _ försökt att lägga det övre skiktet så fort som möjligt. Stenmax har för det undre skiktet varit 16 mm och för det övre 8 mm. 2 FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING På de provade balkarna har limmats trådtöjningsgivare enligt figur 2. Balkarna har belastats med en punktlast på mitten till brott. Kraften har styrts per tidsenhet och har varit ungefär 5 kp/sek. Med hjälp av dator har last-töjningar registrerats varje sekund så att hela förloppet har kunnat studerats i detalj. h..._15 22 W 56 '-if' 130 25 100 ;2: 7 T 1221: L 8-100 370mm.r BALK 6'1 Figur 2 Placering av trådtojningsgivare samt mått for balk.
Den övre töjningsgivarens resultat har ej redovisats i mätningarna, då den blir störd av att belastningen som sker direkt ovanför densamma. Om en större balk hade kunnat placerats i provtryckningsmaskinen skulle vi placerat två punktlaster på balken på ett sådant sätt att vi erhållit konstant moment mellan punktlasterna. Detta hade givit ett mera riktigt värde på den övre givaren. 3 PROVNINGSRESULTAT I tabell 1 redovisas mätt böjdraghållfasthet samt tryckhållfasthet. Tryckhållfastheten har bestämts genom tryckning av balkarnas ändar efter utförd böjdragprovning. Tabell 1 Böjdraghållfasthet och tryckhållfasthet Balk Brottlast Böjdraghåll- Tryckhåll- Tryckh./Böjdrag. fasthet fasthet 4-1 18.9 kn 5.2 MPa 32 MPa 6.2 6-1 22,6 kn 6.2 MPa 44 MPa 7.1 ll-l 20.3 kn 5.9 MPa 37 MPa 6.2 Den dynamiska E-modulen har bestämts (för en av balkarna) till ungefär 35 000 MPa. Figur 3-5 visar uppmätta töjningar för balkarna för olika placeringar i höjdled. KRAFT kn./' 201 110.1 15* TÖJNING NEUTRAL LAGER / HQMOGEN SEKTlON BROTTSPANNING / TOJNINGSF. 5.1 BALK 0' MPa 4-1 5.2 6-1 62 11-1 5.9 Tomma 16 26 30,4.1 mlm Figur 3 Kraft-Töjningssamband l tryckzon strax over neutrallager.
KRAFT kn : NEUTRAL LAGER 4.: TÖJNlNG HQMOGEN SEKTION BROTTSPÅNNING TOJNINGSF. BALK O'MPu 4-1 5.2 6-1 6.2 11-1 5.9 TÖJMNG 50 100 150 p m/m Figur lr Kraft-Töjningssamband i dragzon strax under neutrallager. KRAFT kn á 5-1 _-.-ø av "' _- _l - -r- - _- - - NEUTRAL LAGER \ TOJNING HOMOGEN SEKTKON BROTTSPANNING TOJNINGSF. BALK cr MPa 4-1 5.2 6-1 02 11-1 5.9 TOJMNG 200 300 1.00 ;1 :mm Figur 5 Kraft-Töjmngssamband 1 dragzon strax över underkant balk.
Av figurerna framgår att töjningarna framför allt i den dragna-zonen följer 1 princip varandra upp till ungefär 15 kn. Efter 15 kn börjar balk 4-l's töjningar i dragen-zon t o m att Sjunka, för att i tryckt-zon istället öka sin dragtöjning. För alla tre balkarna gäller att ovanför neutrallagret har de en dragtöjning istället för en stukning. Eftersom balkarna har lagts i två lager kan (och är) E-modulen vara olika för över resp under lager, vilket medför en förskjutning av neutrallagret i olika riktning beroende på E-moduler. I figur 6-8 har töjningsfördelningen l dragen zon uppritats. BALK 6'1 NEUTRAL LAGER TOJNING ;Jm/rn 100 200 300 400 1.80 Figur 6 Töjningsfördelning balk 6-1. KRAFT kn 5 10 15 20 22 226
BALK 11-1 NEUTRAL LAGER _Nr "mm" \ TOJNING,u mlm 100 260 360 1.00 560 660 KRAFT W 10 15 20 rlgur 7 Töjningsfördelning balk ll-l. BALK 4-1 NEUTRAL LAGER é_.w..., \ \ TOJNiNG p mim \ 200 KRAFT KN S 10 \15 \19 Figur 8 Töjningsfördelning balk 4-1.
Töjningsfördelningen för balk 6-1 visar en linjär fördelning över hela tvärsnittet i stort sett upp till brott. Endast från lasten 22 kn till 22.6 kn skiljer den sig markant. Töjningsgivaren över neutrallagret är visserligen tidigare dragen men skillnaderna kan nog hänföras till mätonoggrannheto För denna balk kan nog sägas att full friktion mellan lagren har erhållits. Balk ll-l följer töjningarna i stort sett balk 6-1 töjningar men efterhand visar töjningsfördelningen över tvärsnittet att en viss förskjutning förmodligen har ägt rum. Brottspänningen (beräknad som homogent tvärsnitt) är något lägre än för balk 6-1, men knappast av avgörande betydelse. Slutligen balk 4-1, där tydligen de två lagren ej helt följts åt, vilket kan ses av att de båda töjningsgivarna i drag-zonen sjunker vid ytterligare last, efter ca 15 kn. Detta antyder att det övre lagret får bära större last p g a att det undre ej helt "följer med". Givaren placerad över neutrallagret visar också på detta, eftersom den ökar kraftigt relativt sett i töjning. En teoretisk beräkning av E-modulen för de tre balkarna Vld linjär töjningsfördelning (dvs vid last mindre än ungefär 5 kn) kan göras enligt 2-1: E _P-L 6 2-1 C 4'8 b h2 c För de tre balkarna fås en E-modul av 38200, 36300 och 39300 MPa, dvs ingen större skillnad emellan balkarna. Värdena på E-modulerna är i rätt storleksordnng och visar därmed också på att riktiga töjningsvärden har erhållits på givarna. Detta visar också på att det speciellt för balk 4-1 sker en omlagring av spänningar för de två skikten. Böjbrottspänningen för balk 4-1 i förhållande till balk 6-1 är ungefär 85% av balk 6-l's värde. Sammanfattningsws kan sägas att mätmetoden ger en bra beskrivning av hur tvåskiktslaggning fungerar, och kan anvandas for att prova fram olika arbetsmetodikers användbarhet vid laggning av tvåskiktat system.
Vid provning bör någon balk provas som är homogen med samma tjocklek som tvåskiktssystemet för att bestämma Optimalt värde på böjdraghållfasthet. Skikten bör också vara av samma material (hållfasthet, E-modul etc) för att lättare kunna utvärdera resultatet. Eftersom det är utmattningshållfastheten som är dimensionerande, bör också denna bestämmas med samtidig mätning av töjningar. För de här tre provade balkarna får sägas att balk 6-1, 11-1 mer eller mindre (praktiskt sett) fungerat väl som tvåskikt, medan man får sätta ett frågetecken på balk 4-1. Skillnaden jämfört med balk 6-1 är ca 85% av böjdraghållfastheten.