Projekt 4077 – Avslutat Obundna stenmaterials mekaniska egenskaper
Fördjupningsmaterial
Slutrapport
Informationsblad
Sammanfattning
För att kunna göra korrekta samhällsekonomiska bedömningar av alternativa investeringar i infrastrukturanläggningar är det nödvändigt att kunna förutsäga konstruktionernas funktionella livslängd. Ett exempel kan vara en ekonomisk avvägning mellan investering i nybyggnad av en vägsträcka kontra underhåll och bruk av en befintlig. För att detta skall vara möjligt krävs tillförlitliga beräkningsmodeller och detaljerad kunskap om bland annat de obundna stenmaterialens funktion och egenskaper.
Syftet har varit att öka kunskapen om obundna stenmaterials egenskaper och funktion i vägars överbyggnadskonstruktioner, särskilt avseende i materialen uppkommande spänningar och permanenta deformationer orsakade av repetitiv belastning.
Med bidrag från SBUF och Vägverket har arbetet utförts av Gatu och Väg AB i samarbete med Geologiska institutionen, Chalmers.
Projektet har omfattat en litteraturstudie och en sammanfattning av den existerande kunskapen inom det aktuella området, modellering av inre spänningar enligt probabilistisk teori för partikulära material samt experimentella undersökningar.
Den experimentella studien av spänningar i granulära material utfördes med ringkompressometer och omfattade stålsfärer samt krossade och okrossade bergartsmineral av olika mineralogisk sammansättning och kornform. Studien av degradering och omlagring utfördes med hjälp av en cylindrisk stålbehållare i vilken material av olika mineralogisk sammansättning och fraktion belastades enaxligt med cyklisk belastning. Under försöken varierades belastningsintensitet, antal lastcykler och fukthalt.
Ett resultat från projektet är en modell för beräkning av inre spänningar. Modellen bygger på ett artificiellt partikelmaterial i form av sfäriska partiklar av enhetlig diameter och en sammansatt bergkrossfraktion. Beräkningarna baserades på en experimentell karakterisering av materialets egenskaper. Resultaten bedöms enligt projektrapporten som intressanta, bland annat genom att modellen möjliggör beräkning av spänningars variabilitet.
Spänningsmätningarna i ringkompressometern visade att de vertikala normalspänningarna fördelades oberoende av kornform och ytråhet uttryckt som flisighetstal och krossytegrad. Dessa materialkarakteristika påverkade inte heller uppkommande radiella spänningar i sådan omfattning att det kunde säkerställas. Därutöver visade mätningarna även
- att spänningarnas variabilitet ökade som funktion av kornstorleken,
- att sammansatta fraktioner trots god kompaktering gav stor variabilitet avseende spänningarnas storlek,
- att sammansatta fraktioner med bred gradering visade mindre tvärkontraktion än ensgraderade fraktioner.
Från degraderingsförsöken konstateras att materialet inte degraderades av de laster som påfördes vid försöken. Omlagringsförsöken var behäftade med ett antal begränsningar, varför inga långtgående slutsatser kunde dras. Utvärderingen antyder dock att omlagring förekom med stor spridning inom materialvolymen.
Arbetet kommer att fortsätta med en inriktning mot bergarters och mineralers dynamiska utmattningshållfasthet vid olika fukthalter.
Syftet har varit att öka kunskapen om obundna stenmaterials egenskaper och funktion i vägars överbyggnadskonstruktioner, särskilt avseende i materialen uppkommande spänningar och permanenta deformationer orsakade av repetitiv belastning.
Med bidrag från SBUF och Vägverket har arbetet utförts av Gatu och Väg AB i samarbete med Geologiska institutionen, Chalmers.
Projektet har omfattat en litteraturstudie och en sammanfattning av den existerande kunskapen inom det aktuella området, modellering av inre spänningar enligt probabilistisk teori för partikulära material samt experimentella undersökningar.
Den experimentella studien av spänningar i granulära material utfördes med ringkompressometer och omfattade stålsfärer samt krossade och okrossade bergartsmineral av olika mineralogisk sammansättning och kornform. Studien av degradering och omlagring utfördes med hjälp av en cylindrisk stålbehållare i vilken material av olika mineralogisk sammansättning och fraktion belastades enaxligt med cyklisk belastning. Under försöken varierades belastningsintensitet, antal lastcykler och fukthalt.
Ett resultat från projektet är en modell för beräkning av inre spänningar. Modellen bygger på ett artificiellt partikelmaterial i form av sfäriska partiklar av enhetlig diameter och en sammansatt bergkrossfraktion. Beräkningarna baserades på en experimentell karakterisering av materialets egenskaper. Resultaten bedöms enligt projektrapporten som intressanta, bland annat genom att modellen möjliggör beräkning av spänningars variabilitet.
Spänningsmätningarna i ringkompressometern visade att de vertikala normalspänningarna fördelades oberoende av kornform och ytråhet uttryckt som flisighetstal och krossytegrad. Dessa materialkarakteristika påverkade inte heller uppkommande radiella spänningar i sådan omfattning att det kunde säkerställas. Därutöver visade mätningarna även
- att spänningarnas variabilitet ökade som funktion av kornstorleken,
- att sammansatta fraktioner trots god kompaktering gav stor variabilitet avseende spänningarnas storlek,
- att sammansatta fraktioner med bred gradering visade mindre tvärkontraktion än ensgraderade fraktioner.
Från degraderingsförsöken konstateras att materialet inte degraderades av de laster som påfördes vid försöken. Omlagringsförsöken var behäftade med ett antal begränsningar, varför inga långtgående slutsatser kunde dras. Utvärderingen antyder dock att omlagring förekom med stor spridning inom materialvolymen.
Arbetet kommer att fortsätta med en inriktning mot bergarters och mineralers dynamiska utmattningshållfasthet vid olika fukthalter.