Projekt 9025 Avslutat Styvhet och permanent deformation hos obundna granulära vägmaterial

Projekttid

Fördjupningsmaterial

Slutrapport
Informationsblad

Sammanfattning

Traditionella dimensioneringsmetoder för vägöverbyggnader är empiriska och bygger på erfarenheter av befintliga vägar och speciellt uppbyggda provvägar. Empiriska dimensioneringsmetoder är begränsade till de förutsättningar som de baserats på och kan inte anpassas till förändringar i trafiklaster, klimatförhållanden, konstruktionsmaterial och/eller konstruktionsmetoder. Ständigt växande transportbehov världen över har medfört allt större trafiklaster. Detta har lett till betydligt snabbare nedbrytning av vägnätet och därmed ökande underhållskostnader. Det är ytterst tveksamt om erfarenhetsbaserade dimensioneringsmetoder är tillämpbara under sådana förändrade förhållanden.

Idag är frågan om så kallade analytiska dimensioneringsmetoder för vägöverbyggnader en av de mest diskuterade i vägbyggnadssammanhang. Sådana metoder, vilka fortfarande är under utveckling, tar hänsyn till materialets mekaniska egenskaper och bygger på överbyggnadens beteende under givna belastningsförhållanden. En grundläggande förutsättning för analytisk dimensionering är kännedom om egenskaper hos olika materialtyper i vägkroppen. Bristen på kunskap inom detta område är idag mycket stor. Detta gäller inte minst obundna granulära material i överbyggnadens bär- och förstärkningslager.

Det fem år långa projektets övergripande syfte har varit att bidra till ökad kunskap inom forskningsområdet mekaniska egenskaper hos obundna stenmaterial i väg.

Med bidrag från SBUF, Grus och makadamföreningen (GMF), Kommunikationsforskningsberedningen (KFB) och NUTEK har arbetet genomförts av Avdelningen för Vägteknik, KTH, i samarbete med Ballast Syd AB. Till projektet har även funnits en referensgrupp med representanter från VTI, Vägverket Produktion, Vägverket och GMF.

Projektet har omfattat
  • en genomgång och sammanställning av befintlig litteratur inom området,
  • en serie laboratorieundersökningar med triaxial- och hollowcylinderutrustning genomförda vid University of Nottingham i England med syfte att studera inverkan av ett antal faktorer på permanent deformation hos obundna granulära material,
  • utveckling av en ny metod för beräkning av permanent töjning i obundna granulära material samt
  • utveckling av en stor triaxialutrustning för karakterisering av granulära material, och som kan användas för studier av bär-och förstärkningslager med upp till 100 mm kornstorlek under simulerade dynamiska trafiklaster.
De resultat som framkommit inom projektet redovisas i detalj i den doktorsavhandling som presenterats vid Avdelningen för Vägteknik, KTH. Resultaten kan sammanfattningsvis bidra till den kortsiktiga och långsiktiga utvecklingen inom vägtekniken i bland annat följande avseenden:
  • Den utvecklade triaxialutrustningen möjliggör analys av i praktiken förekommande materialgraderingar med upp till 100 mm partikelstorlek. Detta innebär att värden på parametrar för karakterisering av mekaniska egenskaper hos obundna material vid analytisk dimensionering erhållna med denna utrustning är mer realistiska än de som erhålls vid analys i utrustningar som förutsätter nedskalade materialprover.
  • Triaxialutrustningens storlek gör det möjligt att för första gången i princip bygga upp och studera en hel överbyggnadskonstruktion med avseende på samspelet mellan olika överbyggnadslager och relationen till enskilda materials mekaniska egenskaper.
  • Utrustningen möjliggör simulering av trafiklaster på ett relativt verklighetsnära sätt då cyklisk belastning såväl i vertikal som i horisontell riktning kan åstadkommas.
  • Utrustningen borde lämpa sig väl för karakterisering av mekaniska egenskaper hos järnvägsballast.
  • Den förslagna modellen för permanent deformation i obundna lager kan bidra till bättre förståelse av de mekanismer som ligger bakom permanenta deformationer i vägar.
  • Den metod för karakterisering av granulära materials egenskaper som tagits fram i projektet kan bidra till utveckling av mer avancerade metoder för analytisk dimensionering av vägöverbyggnader.
  • Det finns idag ett stort intresse att utnyttja alternativa material som till exempel restprodukter och återvinningsmaterial för vägbyggnadsändamål. Den metodik för bedömning av ett materials lämplighet i obundna bär- och förstärkningslager som beskrivs i avhandlingen kan vara värdefull även vid bedömning av sådana alternativa material.