Analysemetoder for pukk Myter og forbedringer

Transkript

1 Analysemetoder for pukk Myter og forbedringer Roar Nålsund Jernbaneverket Trondheim 16.oktober 2015 Høstmøtet Etruskerbyen Vulci, Lazio region (10 mil NV for Roma) 1

2 Tema for doktorgraden Avhandlingen beskriver en undersøkelse av funksjonsegenskaper til ulike bergarter (pukk) som følge av repetert dynamisk belastning 2

3 Årsak og virkning Funksjonsegenskaper betyr: Permanente vertikale setninger Friksjon mellom steinkorn Elastisitet/stivhet (resillient modulus) Mekanisk styrke (knusing, abrasjon) Frostmotstand Ser på virkningen ved forandringer av: Kornfordelingskurve Fuktighet (tørt/vannmettet) Frostmengde Salt (NaCl) Bergartstype 3

4 Test metoder Triaxial test (different gradings) Full scale rail track model test (fixed grading) Los Angeles abrasion test (fraction 10/14 mm and 31.5/50 mm) Micro-Deval (10/14 mm and 31.5/50 mm) Point Load test (drilled cores) Freeze-thaw test (8/16 mm) Water absorption (fraction 8/16mm, 31.5/40 and drilled cores) Spesific density Microscopy Image analysis (particle surface texture) X-Ray Diffraction Coulter 4

5 Undersøkt materiale Jernbaneballast gradering 31,5 63 mm 20 forskjellige bergarter Overveiende lavmetamorfe bergarter Finkornige bergarter Muruvik juli 2009 Ottersbo pukk 5

6 Materialtesting 1774 Noen resultater knyttet til analysene micro-deval og Los Angeles 6 «Veibygging 1774» Claude-Joseph Vernet

7 Materialtesting micro-deval Hva bestemmer micro-devalverdien? Påvirker abrasjon nedknusingen?

8 Hva bestemmer micro-devalverdien? Sammenheng med ulike variable Mineralkornstørrelse Vannabsorpsjon Bergartsdensitet Mikrosprekker Overflateruhet Bløte mineraler

9 Hva bestemmer micro-devalverdien? Sammenheng med ulike variable Bløte mineraler Andel bløte mineraler (større enn ca 20%) i bergarten har en sterk innflytelse på MD-verdien

10 Effekt av micro-deval på knusing av ballast Lauvasen Lauvasen Test fraction 22.4 / 63 mm Aplitt Aplitt 10

11 Delkonklusjon Micro-Deval Denne undersøkelsen finner ingen sammenheng mellom micro-devalverdi og nedbrytning Det kan være en myte at MD er viktig for nedbrytningen En liten reservasjon: I en veikonstruksjon kan vi ha bevegelig vertikal hovedspenning som kan gi noe abrasjon. Men Vi fant en annen interessant ting-. 11

12 Friksjon mellom steinkorn Belastningsforsøk (aksellast 25 tonn) Permanent deformasjon etter 1 mill belastninger. Sylindrisk prøve med pukk Pukk fra Bergart 1 Pukk fra Bergart 2 Pukk fra Bergart 3 Passering av 1 hjulaksel = 1 belastning Treaksial syklisk belastning En siktekurve 12

13 Permanente setninger påvirkes av micro-deval verdien Micro-Deval og bløte mineraler

14 Den egentlige årsak til setninger i ballast 14

15 Hvordan ser bergartens overflate ut? (ruhet) Stor ruhet Liten ruhet 15 Jo lavere micro-deval verdi desto større indre friksjon i pukken

16 Beregning overflateruhet (STI) Bildeanalyse STI = ((A1- A2)/A1)*100 A1 A2 Stor ruhet = lav MD-verdi Liten ruhet = høy MD-verdi 16

17 Materialtesting Los Angeles Tørr kontra våt LA-analyse Produksjon av finstoff Grov eller fin Los Angeles fraksjon Gjenvinning av styrke ved bruk 17

18 Materialtesting Los Angeles (tørr) Analyseprinsipp: Bergarter skal styrketestes under betingelser hvor de er som svakest. Siden de fleste bergarter blir svakere i våt tilstand. Los Angeles analysen bør derfor utføres vått materiale 18

19 Vann reduserer mekanisk styrke Våt Los Angeles sammenliknet med tørr Fraksjon 31,5 50 mm Lyse mineraler (granittisk sammensetning) Mørke mineraler (amphibole) Redusert styrke Økende styrke Tilsvarende resultat oppnås ved punktlasttesten 19

20 Materialtesting Los Angeles Dette er ikke noe nytt: Første artikkel kom i 1940 (USA) Professor Broch (NTNU) dokumenterte det samme i Nålsund i

21 Los Angeles abrasion loss 31.5/50 mm Finstoffproduksjon Materiale fra LA-analyser rangeres likt med 2 men har langt mindre finstoff Råd: Finstoffmengde etter LA-analysen bør 21 bestemmes (0,125mm). Gir riktigere rangering.

22 Valg av analysefraksjon bruker analysefraksjon mm, uansett om det er fine eller grove materialer som skal vurderes. Er dette riktig? mm eller 31,5-50 mm? 22

23 LA 31,5/50 eller LA 10/14? 13 bergarter analysert etter begge fraksjoner: Jernbane 31,5-50 mm Vegvesen mm Ulik analysefraksjon gir ulik styrkerangering (hvorfor) 23

24 Jernbane Sammenstilling Los Angeles data Grov mot fin fraksjon Anisotrope bergarter Isotrope bergarter Vegvesen 24

25 Skifrige bergarters styrke? Anisotrope bergarter 31,5-50 mm Det lille kornet er sterkere enn det store mm Svak sone Sterk sone

26 Valg av analysefraksjon Delkonklusjon Min tolkning: LA-verdien for fraksjon mm representerer ikke styrken til grovere materialer for anisotrope bergarter. Statens Vegvesen gjør derfor feil ved bare å analysere fraksjon 10-14mm

27 Stempel Morter Gjenvinning av styrke Sprøhetstallet Fallhammerprøven (fra historiens skraphaug) Fra Fellesprosjektet Mjøsa 2010 Overflateprøve Støjordet v/e6 Finkornet granittisk gneiss densitet 2,67 Antatt noe forvitret. Prøve 8-11,2 mm Omslag, sterk forbedring Fallprøven avslørte hvilke bergarter som hadde et styrkemessig forbedringspotensiale 27

28 Gjenvinning av styrke Sefrivatn steinbrudd, Grane kommune Granittisk gneiss Vegg LA =24% Doktorgraden dokumenterer: Noen pukkverk driver på en bergart som er forvitret (øvre meter). Såle Repetert knusing gjør pukken sterkere LA =17 %

29 John Louden McAdam 21.september november 1836 Ayr, Scotland Oppfinneren av moderne veibygging ved bruk av makadamisering. The grave of John Loudon McAdam, Moffat old cemetery, Dumfries and Galloway, Scotland Skrev to artikler i 1816 og 1819 om tilstanden til veiene i Storbritannia og om hvordan de egentlig burde bygges John Loudon McAdam, 1830, National Gallery, London 29

30 200 år i 2016 To revolusjonerende artikler: Remarks on the Present System of Road-Making (1816) and Practical Essay on the Scientific Repair and Preservation of Roads (1819) Tilgjengelige via Google Books 30

31 Kvalitet for evigheten McAdam beskrev at veifundamentet måtte bestå av steinmaterialer uten finstoff. Men romerne hadde gjort det samme 2000 år tidligere. 31

32 100 år i 2016 Tilgjengelige via Google Books Ingeniørkorpset til Los Angeles kommune skapte denne testen i Brukes idag over hele verden.) 32

33 Slutt Gjør som romerne - dimensjoner rikelig Fra etruskerbyen Vulci nord for Roma 33

34 Coefficient of variation % Los Angeles og standard avvik Antall paralleller: 3 til ,8/1, Reference to quarry Cuelho et al 2007 / ASTM C131 = 9.5/19 mm 34

35 Standardavvik Delkonklusjon Noen bergarter viser stor spredning i LA-verdi ved parallelle analyser. Der det er viktig: Utfør to analyser og bruk gjennomsnittsverdien.