Stålarmering av Väg 600, Sundom

VTI notat 30-2003 VTI notat 30 2003 Stålarmering av Väg 600, Sundom Foto: Safwat Said, VTI Författare FoU-enhet Projektnummer 60565 Projektnamn Uppdragsgivare Safwat Said, Sara Sundberg, Svante Johansson, Håkan Jansson och Jörgen Svensson Väg- och banteknik REFLEX TG6 Vägverket Region Norr och EU

Innehållsförteckning Sid Sammanfattning 3 1 Inledning 5 1.1 Bakgrund 5 1.2 Finansiering 5 1.3 Syfte 5 1.4 Projektets uppläggning 6 2 Förundersökningar 7 2.1 Områdesbeskrivning 7 2.2 Skadekartering 7 2.3 Avvägning 8 2.4 Materialundersökningar och lagertjocklekar 8 2.5 Fallviktsmätningar 9 2.6 Sträckornas position 10 3 Provsträckornas uppbyggnad 11 3.1 Materialdata för armeringsnät 11 3.2 Provsträckornas konstruktioner 11 4 Utförande 15 4.1 Beskrivning av byggandet 15 4.2 Trafiksituationen under byggtiden 19 4.3 Avvikelser/svårigheter 20 5 Instrumentering 22 5.1 Installation av tjälgränsmätare och grundvattenrör 22 6 Uppföljning 25 6.1 Tjäle- och grundvattenmätningar 25 6.2 Profilmätningar 28 6.3 Fallviktsmätningar 32 6.4 Skadekartering 36 7 Kommentarer och slutsatser 39 VTI notat 30-2003

VTI notat 30-2003

Sammanfattning REFLEX är ett EU-projekt där syftet har varit att utveckla stålarmerade vägkonstruktioner som kan förstärka en beläggnings hållbarhet. Det förväntade resultatet utifrån hela projektet är att öka livslängden i vägkroppen och därmed minska livscykelkostnaderna. Ett lämpligt objekt i samband med detta ansågs vara väg 600, Sundom, i Norrbottens län. Vägen valdes med tanke på att det är en väg som har breddats, har stora ojämnheter, tjälsprickor och bärighetsskador. Totalt 7 vägsträckor byggdes med olika konstruktioner. Inledande mätningar av tjällyftning och grundvattennivåer visar inte på några nämnvärda skillnader mellan armerad och oarmerad sträcka. Resultaten från vägytemätningarna visar ännu så länge inte heller några nämnbara skillnader mellan armerade och oarmerade sträckor. Resultaten från fallviktsmätningarna visar att bärigheten förbättrats något efter de utförda åtgärderna men de visar inga större skillnader mellan de olika sträckorna. Okulärbesiktningen visar att stålarmering utformad enligt kapitel 3 inte kan förhindra tvärgående sprickor uppkomna genom ojämna korta tjällyftningar i vägens längdriktning t.ex. vid trummor. Däremot finns det klara tendenser till att stålarmering utformad enligt kap. 3 kan förhindra längsgående sprickbildning uppkommen genom ojämn tjällyftning tvärs vägen. Det har konstaterats att armeringen har förmågan att styra ut sprickorna till beläggningskanterna. Det konstateras att det är kort tid, ca två år, för att dra slutliga slutsatser och avgöra armeringens effekt på vägens bärighet. Det vore nyttigt att följa upp vägens nedbrytning under några år framåt. VTI notat 30-2003 3

4 VTI notat 30-2003

1 Inledning 1.1 Bakgrund De ingående arbetsgrupperna i samarbetsprojektet är: T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Project management Product development Basic research, compound system Full scale accelerated test Existing roads Construction of test roads Modelling Economical and ecological aspects Final report and implementation Det förväntade resultatet utifrån hela projektet är att öka livslängden i vägkroppen och därmed minska livscykelkostnaderna. Ett lämpligt objekt i samband med detta ansågs vara väg 600, Sundom, i Norrbottens län. Vägen valdes med tanke på att det är en väg som har breddats, har stora ojämnheter, tjälsprickor och bärighetsskador. Denna rapport beskriver provvägen och dess uppbyggnad, konstruktion av provsträckorna samt analys av hittills utförda mätningar. Medverkande i delprojektet Sundom som är en del av Task 6/REFLEX arbete är: VTI Vägverket HK Vägverket Region Norr Fundia Bygg AB Travecon HB Finska Vägverket Vägverket Konsult Kent Gustafson Safwat Said Hamid Zarghampour Per Björnfot Sara Sundberg Jan Sandberg Svante Johansson Seppo Salmenkaita Johan Ullberg 1.2 Finansiering Utförandet av provsträckorna finansieras inom ordinarie verksamhetsbudget där beställningsavdelningen Vägverket Region Norr står för åtgärdsinsatsen. Uppföljningen kommer att finansieras inom samarbetsprojektet. 1.3 Syfte Delprojektet i Sundom går ut på att studera stålnätens förmåga att: motverka tjälsprickor i beläggningen ge ökad bärighet i vägkroppen motverka permanenta deformationer i beläggningsytan motverka sättningssprickor i vägkanten förebygga sprickor mellan existerande och utbyggd väg (breddningar) VTI notat 30-2003 5

1.4 Projektets uppläggning Projektet kan delas in i följande delar: Planering i projektgruppen av de olika provsträckornas och referenssträckornas uppbyggnad. Förberedande undersökningar juni 1999 o kartering av sprickor o avvägning av ytan o provgropsgrävning juli 1999 o fallviktsmätning Analys av mätdata och bestämning av längderna på de olika sträckorna. Utförande av provsträckorna under augusti 1999. Uppföljning av provsträckorna kommer att ske under perioden 1999 2001 av projektgruppen. 6 VTI notat 30-2003

2 Förundersökningar De förundersökningar som har utförts är områdesbeskrivning, skadekartering, avvägning, provgropar, fallviktsmätning och bestämning av sträckornas position vilket redovisas nedan. 2.1 Områdesbeskrivning Provsträckorna till detta projekt har lokaliserats till väg 600 i Sundom, ca två mil norr om Luleå. Trafikmängden ÅDT för vägen är ca 480 st varav tunga fordon utgör ca 4 %. Hastigheten är skyltad 70 km/h på denna väg. Den senaste ombyggnaden av vägen startade 1970 och utfördes i AMS regi. Vid denna ombyggnad utfördes en del kurvrätningar och vissa delavsnitt byggdes om. Vägen är i huvudsak ombyggd i sitt gamla läge, men viss breddning kan ha utförts i höger körfält, troligen även på provsträckorna. Allt material till underkant bärlager kommer från en lokal grustäkt och består av sand (tjocklek ca 40 cm). Bärlagret som togs från Luleå är krossat berg (tjocklek ca 15 cm). 2.2 Skadekartering I juni 1999 påbörjades sprick- och skadekarteringen längs provsträckorna i enlighet med handboken Bära eller Brista [1991]. De förekommande sprickorna och skadorna var bl.a. tjälsprickor av olika klasser, bärighetsrelaterade sprickor (hjulspår, kanthäng), krackeleringar och potthål. Skadorna illustreras i figur 1 och 2. Figur 1 Exempel på skador, väg BD600, Sundom. VTI notat 30-2003 7

2.3 Avvägning Efter utförd kartering avvägdes ytan (innan åtgärd) för att kunna jämföra ursprunglig och ny ytas ojämnheter (eller profil). 2.4 Materialundersökningar och lagertjocklekar Provtagning från sektion 0/800 1/150 av bärlager, förstärkningslager och terrass redovisas i tabell 1. Resultaten visar att i de flesta fall är bärlagret godkänt enligt VÄG 94 och där det inte är godkänt beror det på att finmaterialhalten är för hög (sandpuckel i sektion 1/050). Tjockleken på bärlagret varierar mellan 7,5 11,5 cm. Förstärkningslagret är relativt dåligt med sandpuckel. Endast material i sektion 0/950 är godkänt enligt VÄG 94. Tjockleken på förstärkningslagret varierar mellan 10 20 cm utom i sektion 0/950 där tjockleken är betydligt större. Terrassmaterialet är en instabil sand, ett material där det lätt uppstår permanenta deformationer. Sektion 0/950 avviker mycket från övriga sektioner, både beträffande material och lagertjocklekar. Materialet kan vara utbytt i denna sektion pga. att man har gjort en förstärkning där. Figur 2 Exempel på skador, väg BD600, Sundom. 8 VTI notat 30-2003

Tabell 1 Provtagning från sektion 0/800 1/150 av bärlager, förstärkningslager och terrass. Sektion Bärlager Tjock- Förstärknings- Tjock- Terrass Total lek lager lek överbyggnad, cm cm cm 0/850 Godkänt i överkant 10 Underkänt 12 25 mkt liten sandpuckel Sandpuckel 0/900 Godkänt i mitten 12 Underkänt 10 Sand 25 mkt liten sandpuckel Sandpuckel C u = 2,6 0/950 Godkänt 11,5 Godkänt >70 Sand >85 Bra kurva, litet häng Bra kurva 0-70 material C u = 2,7 1/050 Underkänt i överkant 10 Underkänt 13 Sand 26 Sandpuckel Sandpuckel Materialtyp 2 C u = 4 1/100 Godkänt i överkant 8,5 Underkänt 11 Sand 23 liten sandpuckel Sandpuckel Materialtyp 2 C u = 2,7 1/150 Godkänt, bra kurva 7,5 Nästan godkänt 20 29 2.5 Fallviktsmätningar Avsikten med fallviktsmätningen var att använda resultatet för indelning av provvägen i homogena provsträckor. Mätningen utfördes i både riktningarna i höger hjulspår och på var 10:e meter enligt VVMB 112:1998. Belastningen var ca 65 kn. Temperaturen vid mätningen var relativt hög. De mått som använts vid bedömning av resultatet är uppskattad töjning i underkant beläggning och krökningsradie, se VVMB 114:2000. Töjningsvärdena presenteras i figur 3. Sektion 0/950 visar lägre töjningar vilket överensstämmer med slutsatser från materialundersökningarna. 1200 Töjning, mikrostrain 1000 800 600 400 200 0 700 800 900 1000 1100 1200 Sektioner Höger Vänster Figur 3 Uppskattade töjningar vid 65 kn belastning i olika mätsektioner. VTI notat 30-2003 9

2.6 Sträckornas position Sträckornas position har valts ut med hänsyn till resultat från fallviktsmätningar. Medelvärden av sträckornas töjning i underkant beläggning redovisas i tabell 2 och figur 4. Tabell 2 Medelvärden av beräknade töjningar och krökningsradie (KR) per sträcka. Str 1 Str 2 Str 3 Str 4 Str 5 Str 6 Str 7 Position 775 825 825 875 875 925 945 985 985 1025 1075 1125 1125 1175 Längd 50 50 50 40 40 50 50 Töjning, höger µs 813 865 744 792 859 758 679 Stdv, höger µs 42 73 106 171 52 64 58 CV, höger 5 8 14 22 6 8 9 KR, höger m 37 35 41 41 35 42 50 Töjning, vänster µs 701 634 666 615 595 777 772 Stdv, vänster µs 41 53 59 19 57 96 50 CV, vänster 6 8 9 3 10 12 7 KR, vänster m 44 50 46 52 57 38 37 Töjning i mikrostrain 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Str 1 Str 2 Str 3 Str 4 Str 5 Str 6 Str 7 Töjning, höger Töjning, vänster Figur 4 Medelvärden av töjningar i båda riktningarna per sträcka. 10 VTI notat 30-2003

3 Provsträckornas uppbyggnad 3.1 Materialdata för armeringsnät De nät som kom att användas på provsträckorna diskuterades fram i projektgruppen och resultatet blev följande: Karakteristisk draghållfasthet Diameter, nätruta (huvudalternativet) Diameter, nätruta (alternativt nät) Räfflad stång Nätbredd och nätlängd f yk = 500 MPa ( i TG 2 tror man >400 MPa) φ 5 mm, # 100 mm φ 5 mm, # 75 mm (för att få friktion mellan sten och nät) 6 600 mm, 2 200 mm Näten ska inte överlappa varandra när de läggs ut i fält, endast ligga kant i kant med stångändarna mot varandra (se figur 14). 3.2 Provsträckornas konstruktioner Provsträckornas indelning som bestämdes utifrån förundersökningarna framgår av tabell 3. Tabell 3 Planerad uppbyggnad av provvägen. Sträcka nr Sektion Armering Uppbyggnad Typ( fky=500, Djup från överyta Lager kamprofil) 1 0/775 0/825 φ5, #100 300 mm FL SL 40 mm MJOG 2 0/825 0/875 φ5, #100 200 mm FL BL 80 mm 0 32 3 0/875 0/925 Referenssträcka. FL 180 mm 0 70 4 0/925 0/985 φ5, #100 100 mm BL 5 0/985 1/035 φ5, #75 100 mm BL 6 1/035 1/125 φ5, #100 40 mm På ÅV Avtagning av bef 7 1/125 1/175 Referenssträcka Bel. Påförande ÅV 40 mm under SL 40 mm MJOG Efter slutbesiktning av hela objektet fick beställaren en skriftlig redovisning av respektive lager (slitlager, bärlager och förstärkningslager) i uppbyggnaden och i denna visade det sig att utförandet inte var rätt. Nätens placering på djupet överensstämmer med ursprunglig idé, men tanken att schakta bort massor och utföra liknande överbyggnader är ej genomförd. Överbyggnaden är betydligt tunnare än planerat och fullständiga jämförelser mellan provsträckorna kan inte utföras enligt plan för projektet. Dock är det fortfarande intressant att följa upp tillståndsutvecklingen hos sträckorna. Effekten av armering kan analyseras men inte effekten av placering av nät på olika nivåer. Tabell 4 och figur 5 visar uppbyggnaden som den ser ut i fält idag. Effekten av stålnätets dimensionering kan studeras genom skillnader i tillståndet mellan sträcka 4 och 5. Nätet i sträcka 4 har stångdiameter 5 mm och nätruta 100x100 mm, medan nätet i sträcka 5 har samma diameter (5 mm), men med VTI notat 30-2003 11

nätruta 75x75 mm. Stålnätets förmåga att förlänga livslängden kan studeras genom skillnaden i tillstånd mellan sträcka 6 och 7. De har samma konstruktion men sträcka 6 har armering direkt under slitlagret. Den kan vara intressant vid underhåll av gamla vägar. Tabell 4 Utförd uppbyggnad av provvägen enligt entreprenörens utförande. Sträcka nr Sektion Armering Djup från överyta (mm) Lager Uppbyggnad 1 0/775 0/825 300 FL SL 40 mm MJOG BL 80 mm 0 32 FL 180 mm 0 70 2 0/825 0/875 200 FL SL 40 mm MJOG BL 80 mm 0 32 FL 80 mm 0 70 3 0/875 0/925 Referenssträcka SL 40 mm MJOG BL 110 mm 0 32 4 0/925 0/985 100 BL SL 40 mm MJOG BL 60 mm 0 32 5 0/985 1/035 100 BL SL 40 mm MJOG BL 60 mm 0 32 6 1/035 1/125 40 (ÅV= Bitumenstabiliserade På ÅV SL 40 mm MJOG ÅV 40 mm fräsmassor) 7 1/125 1/175 Referenssträcka (ÅV=Bitumenstabiliserade fräsmassor) SL 40 mm MJOG ÅV 40 mm 12 VTI notat 30-2003

VTI notat 30-2003 13 Figur 5 Provsträckornas uppbyggnad. 40 30 Sek.1 #100 Sek.2 #100 Sek.3 Ref. Sek.4 #100 Sek.5 #75 Sek.6 #100 40 40 40 80 180 80 180 20 Sek.7 Ref. 40 80 80 40 40 80 180 Mått i mm 40 110 Steel mesh 40 10 100 60 Slitlager MJOG Bärlager 0-32 Återanvänd massa Förstärkningslager 0-70 Undergrund 40 60

Konsekvenserna av det felaktiga utförandet blir att syftena med undersökningen inte kan uppnås helt enligt uppsatta mål. Syftet med sträckorna 1 och 2 var att undersöka inverkan av nätets placering på olika nivåer i förstärkningslagret. Sträcka 1 byggdes med ca 180 mm förstärkningslager enligt plan, medan förstärkningslagret i sträcka 2 är betydligt tunnare, endast ca 80 mm. Sträcka 3 som referens skulle likna sträcka 1, dock utan armering. Den har utförts med 110 mm bärlager i stället för 80 mm och utan förstärkningslager. Av den anledningen kan inga slutsatser med hänsyn till nätets placering dras från de här sträckorna. Sträcka 1 och 2 är betydligt starkare eftersom de har förstärkningslager medan referenssträckan är utan förstärkningslager. Syftet med sträckorna 4 och 5 är att undersöka inverkan av nätets dimensioner. De är byggda med rutnät 100 x 100 mm respektive 75 x 75 mm med en bärlagertjocklek på 60 mm istället för 80 mm. Näten är placerade i underkant av bärlagren. Sträcka 3 skulle vara referens till de här sträckorna också, dock kan den inte användas som referens eftersom den har ett tjockare bärlager på 110 mm. Skillnaden i stålnätets dimensionering för att motverka tjälsprickor och låg bärighet ska dock kunna utvärderas fortfarande. Sträckorna 6 och 7 är de enda som är rätt utförda enligt plan. Här undersöks stålnätets förmåga att förlänga livslängden hos förstärkta vägar genom utläggning av endast ett slitlager innehållande stålnät som förstärkning. Båda sträckorna har samma konstruktion men sträcka 6 har armering direkt under slitlagret. 14 VTI notat 30-2003

4 Utförande 4.1 Beskrivning av byggandet När arbetena med provsträckorna påbörjades befästes provsträckorna med skyltar enligt figur 6. I början och i slutet av provsträckorna sitter det informationsskyltar om projektet samt vem som kan kontaktas vid frågor. Provsträcka 1 Stålarmering Sektioner: 0/775 0/825 Armeringsdjup: 300 mm från bel.yta Armering: φ5, #100 Armeringsbredd: 6 600 mm Figur 6 Skyltar vid provsträckorna. Entreprenören hade ett fast upplag för nätarmeringen när den kom från leverantören, se figur 7, men innan användning lades näten ut med jämna mellanrum i dikena för att underlätta vid utläggning på provsträckorna, se figur 8. Böjda nät som syns i figur 7 bör kasseras. Figur 7 Upplaget för armeringsnäten. VTI notat 30-2003 15

Figur 8 Näten lades ut med jämna mellanrum i dikena innan arbetena med provsträckorna påbörjades. När näten lades på plats skedde detta med hjälp av en hjullastare och två personer enligt figur 9. Hjullastaren var försedd med en lastanordning med band/kättingar som sattes runt om näten när de lyftes upp ur dikena. Ute på vägen bar två man näten till rätt läge. Utläggningen skedde hela tiden från provsträcka 1 och mot provsträcka 7. Mellan de olika provsträckorna utfördes en mjuk övergång mellan de olika nivåerna på en sträcka av ca två meter. Beläggningen på väg 600 frästes bort för att återvinnas innan arbetena påbörjades. En del av fräsmassorna kom att användas på provsträckorna 6 och 7. I övrigt förbereddes provsträckorna innan näten lades ner genom schaktning till djupet för armeringens placering. Näten lades på en vattnad och packad yta. Packningen utfördes med fyra överfarter (två utan och två med vibrering) av en 11 tons jordpackare med gummihjul bak och stålvals fram. Schaktningsarbetet utfördes från vecka 33 och fram till vecka 35. Figur 9 Läggning av näten. 16 VTI notat 30-2003

När arbetet med provsträckorna påbörjades (990906) var det bra väder. Arbetet förflöt under ca tre timmar enligt nedanstående beskrivning: På provsträcka 1 hade underlaget låg bärighet vilket innebar problem för lastbilarna med grus, men med förstärkningslager på sanden blev det något bättre. Armeringen böjdes ändå upp i kanterna men detta rättades till genom att näten böjdes ner med hjälp av gruset i överliggande lager. Efter att näten var på plats på provsträcka 2 täcktes armeringen över med förstärkningslager på provsträcka 1 i högra körfältet som därefter vattnades och packades, vilket upp repades Figur 10 Armering sektion 2. för vänster körfält. Sedan täcktes armeringen på provsträcka 2 i vänster körfält med grus och vattnades samt packades, se figur 11. Därefter upprepades detta för höger körfält. Eftersom att det gick trafik på vägen fick läggaren (grus) inte ligga för långt efter armeringsläggarna för att minimera risken för punkteringar. Provsträcka 3, vilken är en av referenssträckorna, valde entreprenören att utföra med ett tjockare bärlager (ca 110 mm) för att inte få så stora nivåskillnad mot de intilliggande provsträckorna. Figur 11 Påförande av grus provsträcka 2. Arbetet med provsträckorna 4 7 tog vid en vecka senare (990914). Vädret var under denna tid till allas fördel. Arbetet förflöt under denna dag i ca fyra timmar. Provsträcka 4 utfördes i enlighet med de föregående, men här lades näten på 10 cm djup från överytan. På provsträcka 5 lades nätet också 10 cm från överytan, men med nätdimension (ruta) 75 mm. Övergången mellan provsträcka 5 och 6 ligger i en kurva och här har näten lagts som en solfjäder med centrat i vänster kant. VTI notat 30-2003 17

Innan provsträcka 6 och 7 utfördes jämnades ytan till med bärlager och sedan lades ett tunt lager återvinningsmassa (bitumenstabiliserad fräsmassa) från väg 600 ca 4 cm för att simulera en gammal asfalt. Ytan klistrades med bitumenemulsion typ BE 50 R och sedan lades näten på. Näten pressades till viss del ner i den återanvända beläggningen av trafikerande fordon, pga. att ytan var mjuk. På denna yta lade entreprenören direkt 40 mm MJOG för att undvika punkteringar, se figur 12. Samma förfarande användes på provsträcka 7, men utan armering. Figur 12 Näten utlagda på en tunn återvinningsmassa 40 mm på sektion 6. Näten täcktes inte fullt ut av beläggningen på provsträcka 6 vilket medförde att armeringsjärnen stack ut ca fem cm på vardera sidan om beläggningskanten, se figur 13. Detta anses inte utgöra några problem eftersom dessa järn täcks av stödremsan. Figur 13 Nät som inte är täckta av beläggning på provsträcka 6. 18 VTI notat 30-2003

De provsträckor som hade näten på ett djup av 10 cm och högre upp belades först och sedan de första sträckorna, se figur 14 och 15. Samtliga sträckor har belagts med MJOG 16, 100 kg/m 2 (ca 40 mm). Figur 14 Beläggning av provsträcka 6. Figur 15 Provsträckorna 1 3 belagda. 4.2 Trafiksituationen under byggtiden Trafiken som passerade på plats vid utläggning av näten innebar inget problem. Entreprenören hade ingen speciell person som dirigerade trafiken, men det flöt på ändå. Problemet var den tunga trafiken som jobbade på plats. De tvingades köra sakta på näten utan att vrida hjulen för att undvika deformationer. Det har förekommit ett fåtal punkteringar på provsträckorna under utförandetiden. VTI notat 30-2003 19

4.3 Avvikelser/svårigheter Anmärkningar på provsträcka 1 höger körfält Jorden under armeringen har låg bärighet vilket medförde att lastbilar och andra tunga fordon tenderade att sjunka. Detta ledde till att kanterna på armeringsnäten böjdes uppåt. Detta försökte man på plats att åtgärda genom att trycka ner näten under grusläggaren. Anmärkningar på provsträcka 3 På provsträcka 3 lade entreprenören ut ca 11 cm bärlager istället för 8 cm för att jämna ut höjdskillnaden mellan närliggande provsträckor. Anmärkningar på provsträcka 4 höger körfält Jorden under höger körfält har låg bärighet med följd att tunga fordon tenderade att sjunka ned och att kanterna på näten böjdes uppåt. Detta åtgärdades genom att en person trampade ner näten innan gruset lades på, se figur 16. Figur 16 Näten pressades ner av en person samtidigt som grus lades på. Anmärkningar på provsträcka 5 Näten svävar ovan marken, de ligger inte dikt an mot bärlagret, särskilt mitt på vägen, se figur 17. Figur 17 Näten ligger inte direkt på ytan. 20 VTI notat 30-2003

Armering Nätstängerna är uppböjda efter transport till utläggningsplatsen och sitter ihop varför det är svårt att separera dessa vid användningen. Det finns även en risk för punktering vid trafikering av dessa. Allmänt Entreprenören har upplevt det svårt att pudra med bärlager/förstärkningslager på den befintliga sanden för att få upp bärigheten och på detta lägga näten, speciellt på provsträcka 1 och 2. Armeringsnäten deformeras trots gruset. På de packade ytorna där näten lades ut var det inga problem att lägga ut näten och fylla igen. VTI notat 30-2003 21

5 Instrumentering 5.1 Installation av tjälgränsmätare och grundvattenrör Anlagda provsträckor, 1 7, kommer att följas upp med ett flertal mätmetoder i syfte att studera effekterna av utförd armering. Bland annat kommer bärighetsmätningar och avvägningar av nivåer att utföras. För att optimalt tolka erhållna mätresultat är vägbyggnadsmaterialen, terrass- och undergrundsjordarterna viktiga faktorer. Likaså är tjäle och grundvatten betydelsefulla parametrar. I syfte att studera hur den ombyggda och förstärkta vägkonstruktionen, i rubricerad väg, påverkas av tjälningsprocessen installerades tjälgränsmätare och grundvattenrör i två utvalda sektioner, se figur 18 och 19. Figur 18 Upptagning av hål för installation av tjälgränsmätare och grundvattenrör. På sträcka 2 placerades mätarna i sektion 0/855 och på sträcka 3 (referens) i sektion 0/905. I respektive mätsektion installerades två tjälgränsmätare och ett grundvattenrör samt två spikar för mätning av eventuella vägbreddsförändringar, se figur 19. Sektion 0/855 representerar provsträcka 2, som är uppbyggd enligt följande: Beläggning 0 40 mm Bärlager 40 120 mm Förstärkningslager 120 200 mm Armeringsnät Gammal väg där beläggningen frästs bort Sektion 0/905 utgörs av referenssträcka och har följande uppbyggnad: Beläggning 0 40 mm Bärlager 40 150 mm Gammal väg där beläggningen frästs bort 22 VTI notat 30-2003

Underlaget under utförd förstärkning består av en äldre väg vars materialsammansättning och uppbyggnadshistoria är något osäker. Primär undergrund av silt och lera återfinns på ca 125 135 cm under nuvarande beläggning. Som komplement till tidigare beskrivning av väg-, terrass- och undergrundsförhållanden enligt tabell 1, utfördes en enkel geoteknisk undersökning genom att registrera sjunktiden vid slagsonderingen då hålen upptogs för mätarna. Resultatet av registreringen tolkades av fältgeoteknikern till följande preliminära lagerföljd för sträcka 2 och 3: 0 130 cm Ny och gammal vägkropp + fyllning 130 350 cm Lös siltig lera, lera 350 cm Hårdare friktionsjord (morän) Installationsarbetet utfördes under vecka 42 i oktober 1999. Avläsningar och avvägningar med start 1999 utfördes efter överenskommelse med Vägverket Konsult enligt följande: Avläsning av tjälgränsmätare och grundvattenrör skedde varannan vecka från början av tjälningssäsongen och till dess att tjälen gått ur marken. Avvägning av vägytan i överenskomna punkter med avseende på tjällyftning och mätning av avståndet mellan spikarna i respektive sektion utfördes vid samma avläsningstillfälle som för tjälgränsmätarna och grundvattenrören. Avläsningarna pågick till och med år 2001. VTI notat 30-2003 23

Väg 600, Börjelslandet - Sundom Sundom VM Mått i m c 3 B 4 d Befästning Befästning 0/905 5,70 5,93 7,71 8,75 8,95 10,00 11,98 12,20 17,90 Sträcka 3 Referenssträcka 0/875 Sträcka 2 Armering 200 mm under överyta Befästning a 1 2 A b Befästning 0/855 Mått i m 6,05 6,28 8,15 9,15 9,35 10,40 12,38 12,60 18,85 Figur 19 Tjälgränsmätare, 1-4 Grundvattenrör, A-B Spikar, a-d, för breddmätning Befästning av kraftig stakkäpp med rödmålad topp Mätsektioner på väg 600, Börjelslandet Sundom. 24 VTI notat 30-2003

6 Uppföljning För att kunna se effekten av stålarmeringen och dess placering i vägkroppen kommer provsträckornas tillstånd att utvärderas vid olika tillfällen. Provsträckorna på väg 600 har planerats att följas upp enligt tabell 5. De hittills utförda och analyserade mätningarna presenteras också nedan. Tabell 5 Uppföljning som utfördes till och med år 2001. TYP AV MÄTNING FREKVENS UTFÖRS AV Profilmätning (avvägning) 1 ggr/år VV Konsult Fallviktsmätning 1 ggr/år (efter midsommar, start år 2000) VV Konsult Avvägning vägytan 2 ggr/månad (start år 1999) VV Konsult (tjällyftning) Tjälgränsmätare 2 ggr/månad (start år 1999) VV Konsult Grundvattenrör 2 ggr/månad (start år 1999) VV Konsult RST-mätning 1 ggr/år (start år 2000) Vägverket VN Utbredning (mätning av 2 ggr/månad (start år 1999) VV Konsult avståndet m. Spikarna) Okulärbesiktning/ Sprickkartering 1 ggr/år (start år 1999) Vägverket VN 6.1 Tjäle- och grundvattenmätningar Resultat av tjäldjupsmätningar och grundvattenobservationer Mätningarna visar att tjälen vintern 2000/2001 började tränga ned i mitten av november och nådde ett maximalt tjäldjup på ca 175 cm i slutet av mars. I början av juni hade tjälen gått ur marken, se figur 20 och 21. Samtidigt med tjäldjupsobservationerna har grundvattnets fluktuationer noterats. När mätningarna påbörjades låg grundvattennivån drygt 140 cm under vägytan. I takt med tjälens nedträngning har grundvattenytan sänkts till ca 175 180 cm under vägytan. Då tjälen trängt ned till grundvattennivån har vattnet frusit i rören. Det innebär att redovisade grundvattennivåer i sektion 0/855 mellan 22 mars och fram till slutet av maj ej är representativa. Motsvarande observation i sektion 0/905 infaller från mitten av april till slutet av maj. De förhållandevis små variationerna i tjäldjup och grundvattennivåer beror på variationer i vägbankens materialinnehåll, osäkerhet i lagerföljd och tjocklek samt övergång till primär undergrund. VTI notat 30-2003 25

BD 600, sektion 0/905, tjällyftning 20 18 16 Tjällyftning, cm 14 12 10 8 6 4 Spik c TJ 3 Gv B VM TJ 4 Spik d 2 0-2 12 nov 26 nov 10 dec 24 dec 7 jan 21 jan 4 feb 18 feb 3 mar 17 mar 31 mar 14 apr 28 apr 12 maj 26 maj 9 jun 23 jun Figur 20 0/855. Resultat av tjäldjupsmätningar och grundvattenobservationer i sektion BD 600, tjäle och grundvatten i sektion 0/905 vintern 99-00 Djup, cm 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 12 nov 26 nov 10 dec 24 dec 7 jan 21 jan 4 feb 18 feb 3 mar 17 mar 31 mar 14 apr 28 apr 12 maj 26 maj 9 jun 23 jun Tjäldjup, V cm Tjäldjup, H cm Upptin, V cm Upptin, H cm GV cm Figur 21 905. Resultat av tjäldjupsmätningar och grundvattenobservationer i sektion Resultat från avvägningar avseende tjällyftning Avvägningar har utförts i syfte att studera hur mycket vägen lyfter på grund av tjälningen. Avvägningar har gjorts i respektive tvärsektion på spikarna, tjälgränsmätarna, grundvattenröret och vägmitt, se figur 19 ovan. 26 VTI notat 30-2003

Avvägningarna, som redovisas i figur 22 och 23 visar att vägen lyft mest på vänstra vägkanten, 18 cm i sektion 0/855 och 19 cm i sektion 0/905. Lyftningen på höger vägkant är som mest 11 cm i respektive sektion. Noterbart är alltså att vägen lyfter ojämnt i tvärled. Orsaken till detta och allvarlighetsgraden är svårbedömd. Då undergrundsförhållandena bedöms likartade för båda sektionerna ligger orsaken sannolikt i vägkroppens uppbyggnad. Hur den nya förstärkningen med eller utan armering påverkas återstår att se. Om det misstänks att eventuella skador i den utförda förstärkningen kan härledas till ojämna tjällyftningar bör kompletterande undersökningar utföras för att dokumentera material och lagerföljd i vägkonstruktionen. I längsled skiljer det endast någon centimeter i tjällyft. BD 600, sektion 0/855, tjällyftning 20 18 16 14 Spik a Tjällyftning, cm 12 10 8 6 4 TJ 1 Gv A VM TJ 2 Spik b 2 0-2 12 nov 26 nov 10 dec 24 dec 7 jan 21 jan 4 feb 18 feb 3 mar 17 mar 31 mar 14 apr 28 apr 12 maj 26 maj 9 jun 23 jun Figur 22 Resultat av avvägning i sektion 0/855. BD 600, sektion 0/905, tjällyftning 20 18 16 Tjällyftning, cm 14 12 10 8 6 4 Spik c TJ 3 Gv B VM TJ 4 Spik d 2 0-2 12 nov 26 nov 10 dec 24 dec 7 jan 21 jan 4 feb 18 feb 3 mar 17 mar 31 mar 14 apr 28 apr 12 maj 26 maj 9 jun 23 jun Figur 23 Resultat av avvägning i sektion 0/905. VTI notat 30-2003 27

I undersökningen ingick också att mäta längden mellan spikarna i respektive sektion. Enligt utförda mätningar har vägbredden förändrats några centimeter åt båda håll, dvs. smalare och bredare. Det råder dock osäkerhet i vad mätningarna visar, baserat på bl.a. avvägningsresultaten, och resultaten bör därför behandlas med varsamhet. 6.2 Profilmätningar Både tvär- och längsgående profilmätningar har utförts. Tvärprofilmätning med avvägning Avvägningen av tvärprofiler har utförts på var tionde meter först före åtgärd (juni 1999) och två gånger efter åtgärd (juni 2000 och augusti 2001). Vägens bredd är ca 6,5 m. De mätta profilerna används för jämförelse mellan ursprungliga och åtgärdade ytor med hänsyn till ojämnheter. Mätning efter åtgärd kommer också att ligga till grund för utvärdering av spårutveckling och ojämnheter på respektive mellan provsträckor. Avvägningsresultaten illustreras tredimensionellt i figur 24. Medelvärde på tvärprofiler per sträcka redovisas i figur 25. Det konstateras från differensen mellan tvärprofilerna från de två sista mätningarna att det inte finns någon signifikant skillnad mellan sträckorna med hänsyn till ojämnheter. 28 VTI notat 30-2003

Avvägning före åtgärd juni 1999. Avvägning efter åtgärd, juni 2000. Avvägning efter åtgärd augusti 2001. Figur 24 Avvägningsprofiler. VTI notat 30-2003 29

Test section 1 Test section 2 4,840 4,800 4,880 Elevation (m) 4,760 4,720 4,680 4,640 4,600 2001 2000 1999 Elevation (m) 4,840 4,800 4,760 4,720 4,680 2001 2000 1999 4,560 4,640-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0 Distance (m) Distance (m) Test section 3 Test section 4 5,000 5,160 Elevation (m) 4,960 4,920 4,880 4,840 2001 2000 1999 Elevation (m) 5,120 5,080 5,040 2001 2000 1999 4,800 5,000-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0 Distance (m) Distance (m) Test section 5 Test section 6 5,400 5,800 5,360 5,760 Elevation (m) 5,320 5,280 5,240 5,200 2001 2000 1999 Elevation (m) 5,720 5,680 5,640 2001 2000 1999 5,160 5,600-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0 Distance (m) Distance (m) Test section 7 Elevation (m) 6,360 6,320 6,280 6,240 6,200 6,160 6,120 6,080 6,040 6,000-4,0-2,0 0,0 2,0 4,0 Distance (m) 2001 2000 1999 Figur 25 Medelvärde på tvärprofiler per sträcka. 30 VTI notat 30-2003

Vägytemätning med RST-bil Vägytemätning har utförts med mätbil typ Laser RST ca 1 år efter provvägens färdigställande och ca 2 år efter färdigställandet. Jämnhet i längsled och tvärled har mätts som medelvärden över 20 m. Genom att provsträckorna är korta blir det på någon provsträcka endast ett medelvärde över 20 m och som mest blir det 4 medelvärden. Resultaten redovisas i tabell 6. Tabell 6 Resultat från vägytemätning med RST-bil. Provsträcka Sektion Spår Medelvärde 20 m IRI Medelvärde 20 m Nr Sektion Typ 2000 2001 2000 2001 1 0/775 0/825 Arm Ø 5 mm # 100 0/780 0/800 2,5 3,9 2,34 2,35 mm, plac 300 mm 0/800 0/820 2,6 4,0 3,13 3,19 2 0/825 0/875 Arm Ø 5 mm # 100 0/840 0/860 3,7 6,1 1,07 1,17 mm, plac 200 mm 3 0/875 0/925 Referens 0/880 0/900 0/900 0/920 2,0 1,9 2,8 2,8 2,77 2,00 2,96 2,17 4 0/925 0/985 Arm Ø 5 mm # 100 0/940 0/960 2,0 2,3 2,18 2,35 mm, plac 100 mm 0/960 0/980 2,2 2,4 2,19 2,22 5 0/985 1/035 Arm Ø 5 mm # 75 1/000 1/020 3,7 3,9 2,59 2,61 mm, plac 100 mm 6 1/035 1/125 Arm Ø 5 mm # 100 1/040 1/060 4,6 4,3 2,17 2,32 mm, plac 40 mm 1/060 1/080 1/080 1/100 1/100 1/120 3,1 1,6 2,1 2,9 2,1 2,6 1,56 2,35 1,54 1,62 2,60 1,57 7 1/125 1/175 Referens 1/140 1/160 1,7 1,8 2,05 2,50 Kraven enligt VÄG 94 för en underhållsåtgärd i den här standardklassen, jämnhetsklass 2, är för jämnhet i längsled 2,9 mm/m som medelvärde över 20 m. För spår gäller kravet 4,5 mm som medelvärde över 20 m. Som framgår av tabell 6 är variationen i spårdjup ganska stor. På provsträcka 6 varierar spåret vid mätning 2000 mellan 1,6 och 4,6 mm, knappt godkänt enligt VÄG 94. Generellt kan det sägas att spåren blivit större vid mätningen 2001. Stora ökningar har uppkommit på provsträckorna 1 och 2 där armeringen ligger 300 resp. 200 mm ner i vägens obundna lager. Referenssträckorna har ungefär samma utveckling som närliggande armerade sträckor. För jämnhet längs vägen finns ett icke godkänt värde på provsträcka 1. Kraven gäller dock direkt efter utförandet och i det här fallet har det gått ca 1 år. Därmed har vägen ändå klarat sig bra den första vintern. Generellt har jämnheten försämrats från 2001 till 2002. Här finns en tendens till att referenssträckorna klarat sig något sämre än närliggande armerade sträckor. Sträcka 4 med nätruta 100x100 mm i jämförelse med sträcka 5 med nätruta 75x75 mm visar lägre spår och IRI värden. Det kan vara svårare att packa en beläggning som har mindre rutnät. Sträcka 6 med armering 40 mm under vägytan visar djupare spår men lägre IRI-värde än referenssträckan 7. Det bör påpekas att sträcka 6 har visat skador pga. den tunna slitlagret över armeringen. VTI notat 30-2003 31

6.3 Fallviktsmätningar Fallviktsmätning har utförts vid tre tillfällen: 1. 30 juni 1999, före åtgärd (primärt för val av provsträckors placering) 2. 20 juni 2000, efter åtgärd 3. 14 augusti 2001 Temperaturen var högre vid mätningen 1999, ca 26 C i luften och ca 33 C på vägytan, jämfört med ca 18 C resp. ca 25 C vid mätningen 2000 och 16 C resp. 17 C vid mätningen 2001. Resultat av alla tre mätningarna visas i figur 26 och 27. Alla deflektioner är normerade till kraften 50 kn (mätningen 1999 utfördes med tre olika laster, ca 35, 50 och 65 kn). 32 VTI notat 30-2003

1400 1300 1200 1100 1999 1 2 3 4 5 6 7 D0 1000 900 Deflektion (µm) 800 700 600 500 400 300 200 D900 100 0 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 Sektion (m) 1400 1300 1200 1100 1000 900 Sundom 2000 1 2 3 4 5 6 7 D0 Deflektion (µm) 800 700 600 500 400 300 200 D900 100 0 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 Sektion (m) 1400 1300 1200 1100 1000 900 2001 1 2 3 4 5 6 7 D0 Deflektion (µm) 800 700 600 500 400 300 200 D900 100 0 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 Sektion (m) Figur 26 Deflektion i enskilda mätpunkter, D0 och D900, 1999, 2000 och 2001. VTI notat 30-2003 33

Avstånd från belastningscentrum (mm), 1999 0 300 600 900 1200 0 200 Deflektion (µm) 400 600 800 Serie1 Serie2 Serie3 Serie4 Serie5 Serie6 Serie7 1000 1200 Avstånd från belastningscentrum (mm), 2000 0 300 600 900 1200 0 200 Deflektion (µm) 400 600 800 Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Sträcka 4 Sträcka 5 Sträcka 6 Sträcka 7 1000 1200 Avstånd från belastningscentrum (mm), 2001 0 300 600 900 1200 0 200 Deflektion (µm) 400 600 800 Sträcka 1 Sträcka 2 Sträcka 3 Sträcka 4 Sträcka 5 Sträcka 6 Sträcka 7 1000 1200 Figur 27 Deflektionsbassänger, medelvärden för sträcka 1 7, 1999, 2000 och 2001. 34 VTI notat 30-2003

Av figur 26 och 27 framgår att mätta deflektioner är lägre efter åtgärd. Det innebär att samtliga sträckor erhållit en bärighetshöjning efter åtgärd. Av figurerna framgår också att det inte är någon större skillnad i deflektion mellan sträckorna, varken före eller efter åtgärd Det förstnämnda bekräftar att läget av provsträckorna är väl valt, medan det sistnämnda tyder på att sträckorna efter åtgärd och med ca 2 årstrafik har ungefär likvärdig bärighet oberoende av att sträckorna åtgärdats olika. Att någon effekt av stålnät och dess placering genom FWD-mätning inte kan utläsas var förväntat. Nätet är, som framgår av kapitel 4, böjbart i den riktning det belastas vid en fallviktsmätning och bidrar därför inte till någon noterbar styvhetsökning i vertikalled. (Nätets funktion är att det ökar konstruktionens förmåga att ta upp dragkrafter i horisontal riktning). Skillnader mellan sträckorna bör synas bättre efter några års trafik och nedbrytning av vägsträckorna. I figur 29 visas vid aktuell mättemperatur beräknat bärförmågeindex (vilket är det inverterade värdet av den från deflektioner uppskattade töjningen i beläggningen, multiplicerad med en faktor tusen), se VVMB 114:2000. Ett högre värde betyder bättre bärighet. Vid jämförelse mellan mätningar från år 2000 och 2001 konstateras att skillnaderna har ökat mellan vissa sträckor. Skillnaden mellan sträcka 4 med armering och sträcka 3 som referens har ökat från år 2000 till år 2001 trots att referenssträckan har ett betydlig tjockare bärlager. Skillnaden har också ökat mellan sträckorna 4 och 5 med rutnät 100x100 mm respektive 75x75 mm. Sträcka 4 visar högre bärighetsindex. Det bör påpekas att skillnaderna är små och det vore intressant att följa nedbrytningsutvecklingen några år framåt. 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 BI 1,80 1,70 1,60 jun-99 jun-00 aug-01 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 Figur 29 1 2 3 4 5 6 7 Sträcka Bärförmågeindex, medelvärden för sträcka 1 7 vid mättemperatur. VTI notat 30-2003 35

6.4 Skadekartering April år 2000 Vid skadekartering i april år 2000 konstaterades det att på provsträcka 2 har det uppstått en spricka i beläggningen över en trumma. Figur 30 Provsträcka 2, spricka i beläggningen över trumma. På provsträcka 4 konstaterades också en spricka i beläggningen över en trumma. Figur 31 Provsträcka 4, spricka i beläggningen över trumma. 36 VTI notat 30-2003

På provsträcka 5, höger sida, har det uppstått deformationer i beläggningskant. Figur 32 Kantdeformation provsträcka 5 höger kant. På de provsträckor där näten ligger ytligare (provsträcka 6 och 7) hade beläggningen spruckit upp och näten var synliga i sprickan. Detta åtgärdades med oljegrus. Figur 33 Spricka i beläggningskant, höger kant provsträcka 6, till följd av tjällyftning. På referenssträcka 7 har det blivit stora tjälsprickor och det syns tydligt att armeringen har hjälpt till att förflytta tjälsprickan ut i kanten på provsträcka 6. VTI notat 30-2003 37

Figur 34 Tjälsprickan tvingas ut till vägkanten av stålarmeringen. Oktober 2000 På provsträcka 6 i vänster körfält syns armeringen i ytan på vissa ställen och beläggningen är tunn. Figur 35 Armeringen framträder i ytan på provsträcka 6. På de övriga sträckorna har inga skador uppstått under perioden 1999 augusti 2001. 38 VTI notat 30-2003

7 Kommentarer och slutsatser Inledande mätningar av tjällyftning och grundvattennivåer visar inte på några nämnvärda skillnader mellan armerad och oarmerad sträcka. Resultaten från vägytemätningarna visar ännu så länge inte heller några nämnbara skillnader mellan armerade och oarmerade sträckor. Resultaten från fallviktsmätningarna visar att bärigheten förbättrats något efter de utförda åtgärderna men de visar inga större skillnader mellan de olika sträckorna. Okulärbesiktningen visar att stålarmering utformad enligt kap. 3 inte kan förhindra tvärgående sprickor uppkomna genom ojämna korta tjällyftningar i vägens längdriktning t.ex. vid trummor. Däremot finns det klara tendenser till att stålarmering utformad enligt kap. 3 kan förhindra längsgående sprickbildning uppkommen genom ojämn tjällyftning tvärs vägen. Det har konstaterats att armeringen har förmågan att styra ut sprickorna till beläggningskanterna. Det konstateras att det är kort tid, ca två år, för att dra slutliga slutsatser och avgöra armeringens effekt på vägens bärigheten. Det vore nyttigt att följa upp vägens nedbrytning under några år framåt. VTI notat 30-2003 39