STF22 A04337 Åpen RAPPORT. Dypstabilisering med fres Feltforsøk i Budalen. Inge Hoff. SINTEF Teknologi og samfunn.

Transkript

1 STF22 A04337 Åpen RAPPORT Dypstabilisering med fres Feltforsøk i Budalen Inge Hoff SINTEF Teknologi og samfunn Veg og samferdsel Desember 2004

2

3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Bakgrunn Innledende laboratorieundersøkelser Densitetsundersøkelser og optimalt vanninnhold (Modifisert Proctor) Proporsjonering (bitumen og DUSTEX) Beskrivelse av forsøksstrekningen Erfaringer fra utlegging Bitumenstabilisert strekning DUSTEX-stabilisert strekning Tilstandskartlegging/oppfølging Spor og jevnhet Bærevnemålinger Visuell tilstandskartlegging Laboratorieundersøkelser utført i etterkant Uttak av materialer Laboratorieprogram Prøvetillaging CBR test Syklisk treaksialforsøk Testprosedyre Elastisk stivhet Motstand mot permanente deformasjoner Konklusjoner Konklusjoner fra feltforsøket Konklusjoner fra laboratorieforsøkene Referanser...22 Vedlegg A Vedlegg B Generelt om treaksialforsøk Resultater fra treaksialforsøk Dette notatet inneholder prosjektinformasjon og foreløpige resultater som underlag for endelig prosjektrapport. SINTEF hefter ikke for innholdet, og tar forbehold mot gjengivelse.

4 3 1 Bakgrunn Stabilisering av bærelag med hjelp av fresing og tilførsel av bindemiddel er en mye brukt metode for å rehabilitere lavtrafikkerte veger. En grundig erfaringsinnsamling er tidligere foretatt av Skoglund og Bakløkk [Skoglund 2002]. For å undersøke effekten av å bruke et lavere bindemiddelinnhold enn det som har vært vanlig praksis ble det besluttet å gjennomføre et begrenset feltforsøk i Budalen i Sør-Trøndelag sommeren Her ble det etablert forsøksfelt med 1.5 og 2.5 % skumbitumen. I tillegg til å se på effekten av bindemiddelinnhold ble det også lagt inn et forsøksfelt stabilisert med DUSTEX. DUSTEX er et produkt som består av lignin og som har blitt brukt som støvbindingsmiddel på grusveger. I den senere tid har en blitt klar over at materialet også har en stabiliserende virkning. Støtterud og Dahlen [Støtterud 2002] oppsummerer erfaringene med DUSTEX i et toårig prosjekt. Her blir det trukket en foreløpig konklusjon om at iblanding av DUSTEX ved hjelp av dypfresing bør anbefales. Ved etableringen av feltforsøket ble det tatt ut materialer for laboratorieundersøkelser. Disse materialene er blitt brukt til modifiserte CBR forsøk og til sykliske treaksialforsøk. Prøvene til disse undersøkelsene har blitt komprimert ved hjelp av en gyratorkompaktor slik at en også har fått litt informasjon om komprimeringsegenskapene til materialet. 2 Innledende laboratorieundersøkelser Følgende undersøkelser ble utført på forhånd og er detaljert rapportert av Dahlhaug [Dahlhaug 2003] 2.1 Densitetsundersøkelser og optimalt vanninnhold (Modifisert Proctor) Resultater fra Modifisert Proctorundersøkelse er vist i tabell 1. Tabell 1 Modifisert Proctor resultater Prøve nr Tørrdensitet (kg/m 3 ) Optimalt vanninnhold (%) (DUSTEX) Som det framgår av tabellen blir det optimale vanninnholdet betydelig redusert når det tilsettes DUSTEX. 2.2 Proporsjonering (bitumen og DUSTEX) I utgangspunktet var det planlagt at de to variantene med bitumenstabilisert bærelag skulle ha 2 og 4 % bindemiddel. Ved en feil ble det foreskrevet 5.1 og 10.2 liter/m 2 i stedet for 6.4 og 12.8 liter/m 2. Dette gir bare 1.5 og 2.5 prosent bindemiddel. Laboratorieprogrammet er imidlertid utført med de opprinnelig planlagte mengdene bitumen (2 % og 4 %).

5 4 3 Beskrivelse av forsøksstrekningen Forsøksfeltet ligger på Fv 631 i Budalen i Midtre Gauldal kommune ved Vollan Gård. Figur 1 viser kartutsnitt over området. Figur 1 Plassering av forsøksfeltet

6 5 Forsøksstrekningen er delt i fire felt med forskjellig lengde som vist i tabell 2 Tabell 2 Oversikt over delstrekningene Stabiliseringsmetode Start (km) Stopp (km) Lengde (m) Bitumenstabilisering full mengde DUSTEX Bitumenstabilisering redusert mengde Bitumenstabilisering full mengde Det er relativt lav ÅDT på strekningen (ÅDT 230 i 1999). Trafikken er blandet, med en del tunge kjøretøy i forbindelse med landbruk. Fv 631 i dette området var i dårlig stand før stabiliseringstiltaket. I teleløsningen var ved store problemer med framkommelighet fordi vegen gikk delvis i oppløsning når materialene ble vannmettet. Etter tiltak fungerer vegen bra. Tilliggende strekninger ble forsterket i 2002 med 20 cm kult om avrettet med 5 cm gjennbruksasfalt. Det ble lagt 4 cm mykasfalt sent på høsten i 2003.

7 6 4 Erfaringer fra utlegging Rehabiliteringen av Fv 631 ble for det aktuelle partiet utført 11. og 12. juni Vegen ble forsterket ved hjelp av dypfresing til 15 cm og stabilisering. Stabiliseringen ble utført på tre forskjellige måter; ett felt ble stabilisert med DUSTEX og to andre med forskjellig mengde skumbitumen. Figur 2 viser bilde tatt under fresing. Forsøksstrekningen ble asfaltert i august 2003 med et Ma-dekke. Figur 2 Stabilisering med fres Budalen juni 2003

8 7 4.1 Bitumenstabilisert strekning Figur 3 Strekning stabilisert med bitumen før asfaltering (km mot økende km) Etter stabiliseringen ble strekningen utsatt for trafikk og påkjenning fra vær og vind i ca to måneder. Dette førte til en del ujevnheter og hull som vist i figur 3. Ideelt sett burde strekningen vært asfaltert tidligere, men av økonomiske og praktiske grunner ble asfalteringen utsatt.

9 8 4.2 DUSTEX-stabilisert strekning DUSTEX er løselig i vann før det herder til en mer stabil tilstand. For å få et godt resultat er det derfor viktig at en begrenser mengden vann som tilføres. Ved utleggingen av forsøksfeltet kom det forholdsvis mye nedbør. Dette førte til at materialet som var under stabilisering ble oppbløtt og en del av DUSTEX en ble vasket ut. Likevel regner en med at en tilstrekkelig andel DUSTEX ble igjen i konstruksjonen til at ønsket stabilisering kunne oppnåes. Figur 4 Kraftig regnskyll ved stabilisering med DUSTEX

10 9 Figur 5 Fritt DUSTEX på overflaten rett før asfaltering Som vi ser av figur 5 ble det på for strekningen stabilisert med DUSTEX dannet en del ujevnheter, spor og hull før asfaltering. En kan også legge merke til at det fortsatt blir vasket ut DUSTEX som renner på overflaten ved regnvær. Tidligere erfaringer fra andre prosjekter tyder på at to til fire uker er passende tid for uttørking før asfaltering, forutsatt at det ikke regner alt for mye. Det ble tatt vanninnholdsprøver på flere steder og tidspunkter. Resultatene fra disse målingene er oppsummert i tabell 3. Tabell 3 Vanninnhold i feltet som ble stabilisert med DUSTEX Før stabilisering % (gjennomsnitt av 5 prøver) Rett etter stabilisering % (gjennomsnitt av 16 prøver) Etter stabilisering (12 dager) % (gjennomsnitt av 4 prøver)

11 10 5 Tilstandskartlegging/oppfølging 5.1 Spor og jevnhet Strekningene har i tiden etter at stabiliseringen ble utført blitt målt med Alfred-målesystemet som registrer spordybde og langsgående jevnhet. Resultater fra målinger av spor og jevnhet utført er vist i figurene 6 og Spordybde Spor, felt 1 Spor, felt Spordybde (mm) ,510-14,640 14,640-15,300 15,300-15,700 15,700-16,165 Spor, felt Spor, felt De ls tre k ning Figur 6 Sporutvikling for de ulike feltene juli IRI IRI, f elt 1 IRI, f elt IRI (mm/m) ,510-14,640 14,640-15,300 15,300-15,700 15,700-16,165 IRI, f elt IRI, f elt De ls tre k ning Figur 7 Langsgående jevnhet IRI for de forskjellige feltene juli 2004 Som vi kan se av figur 6 og 7 er det ikke vesentlige forskjeller i utviklingen av spor og jevnhet for de ulike feltene. Dette er heller ikke forventet etter den korte tiden forsøksfeltet har vært utsatt for trafikkbelastning. Forskjellene mellom feltene vil sannsynligvis komme tydeligere fram etter som årene går.

12 Bæreevnemålinger Bæreevnen ble registrert med fallodd Som vi kan se av figur 8 er det her tydelige forskjeller mellom feltene. Den høyeste bæreevnen er registrert for de to feltene som er stabilisert med høyest mengde skumbitumen. Feltet stabilisert med DUSTEX viser en bæreevne omtrent som for feltet med lavt innhold av bitumen. Disse to feltene viser omtrent 10 % lavere bæreevne i forhold til feltene som er stabilisert med mest bitumen Bæreevne (tonn) Felt 1 Felt Full bit mengde DUSTEX Red bit mengde Full bit mengde Figur 8 Bæreevne målt med fallodd august Visuell tilstandskartlegging Forsøkstrekningen ble inspisert flere ganger høsten 2003 og våren Helhetsinntrykket av strekningen er bra, det er ingen skader/slitasje av betydning. Strekningen har klart seg bra gjennom den første vintersesongen. Enkelte steder er det observert at vann blir pumpet opp gjennom dekket. Dette er en indikasjon på at bærelaget er vannmettet, noe som er uheldig med tanke på framtidige skader. Ved inspeksjon to uker etter at bildene på neste side ble tatt var det ingen tegn til oppresset vann. Oppressing av vann ble observert flere steder (km , , , , ). Det ser ikke ut som om det er forskjeller mellom feltene, men heller andre forhold som bestemmer hvor vannet blir presset opp. Enda er det for tidlig å trekke konklusjoner om stabiliseringen kan regnes som en suksess. Det er ikke mulig å observere signifikante forskjeller mellom de ulike delstrekningene så langt.

13 12 Figur 9 Helhetsinntrykket av strekning fredag før påske i 2004 er bra (km framover) Figur 10 Stedvis oppressing av vann gjennom dekket (km bakover)

14 13 Enkelte steder blir det presset vann gjennom dekket, dette er en indikasjon på at bærelaget er vannmettet noe som er uheldig med tanke på framtidige skader. Ved inspeksjon to uker senere enn da bildene under er tatt var det ingen tegn til oppresset vann. Det ble fortsatt skilt ut DUSTEX i vannet ni måneder etter stabilisering. Dette er ikke uvanlig, men mengden utskilt lignin er sannsynligvis mindre enn det kan se ut som fordi lignin gir skarp farge selv ved lav konsentrasjon. Figur 11 Det var fortsatt DUSTEX i vannet som ble vasket ut påsken 2004

15 14 6 Laboratorieundersøkelser utført i etterkant 6.1 Uttak av materialer Materialer for videre undersøkelser i laboratoriet ble tatt som vist i tabell 4. Tabell 4 Lokalisering (km) Prøveuttak (tidspunkt) Før fresing etter utlegging ved befaring Undersøkelser CBR, Treaksialforsøk, Modifisert Proctor, Sikteanalyse og Vanninnhold Vanninnhold for DUSTEX feltet Vanninnhold for DUSTEX feltet Prøver tatt før fresing I tillegg er det forsøkt å ta ut borprøver for indirekte strekk, men det har vært vanskelig å få opp intakte prøver. Det gjøres et nytt forsøk vinteren Laboratorieprogram For å undersøke materialene ble det bestemt at laboratorieprogrammet vist i tabell 5 skulle gjennomføres. Målsetningen med forsøkene var å undersøke hvordan materialets styrke varierte med forskjellig typer stabilisering og utsatt for herding, vannlagring og fryse/tine sykluser. Tabell 5 Oversikt over utførte forsøk Materiale Fersk Vannlagring 7 dager 40 o 21 dager 40 o Varme og fryse/tine Grus (ustab.) CBR og Treaks CBR Bit. stab. 2 % CBR og Treaks CBR Treaks Treaks Bit. stab. 4 % CBR og Treaks CBR Treaks Treaks DUSTEXstab. CBR og Treaks Treaks Treaks (prøvene ble ødelagt før testing)

16 Prøvetillaging Alle prøvene ble laget ved hjelp av gyratorkompaktor. Prøven ble komprimert ved optimalt vanninnhold til en densitet som var bestemt på forhånd ut fra målinger av densiteten i felt. Resultatet fra komprimeringen er vist i tabell 6. Som vi kan se trengs det høyere komprimeringsenergi for å oppnå den tilsiktede densiteten for de bitumenstabiliserte materialene. Tabell 6 Komprimering av prøver Prøve Stabilsering Vinkel Trykk Antall sykler Densitet Treaks 1 Bit 2 % Treaks 2 Bit 2 % Treaks 3 Bit 2 % Treaks 4 Bit 2 % Treaks 5 Bit 2 % Treaks 6 Bit 2 % Treaks 7 Bit 2 % Treaks 8 Bit 4 % Treaks 9 Bit 4 % Treaks 10 Bit 4 % Treaks 11 Bit 4 % Treaks 12 Bit 4 % Treaks 13 Bit 4 % Treaks 14 Ustab Treaks 15 Ustab Treaks 16 DUSTEX Treaks 17 DUSTEX Treaks 18 DUSTEX Treaks 19 DUSTEX Treaks 20 DUSTEX Treaks 21 DUSTEX CBR 1 Bit 2 % CBR 2 Bit 2 % CBR 3 Bit 2 % CBR 4 Bit 4 % CBR 5 Bit 2 % CBR 6 Bit 4 % CBR 7 Bit 4 % CBR 8 Bit 4 % CBR 9 Bit 2 % CBR A Ustab CBR B Ustab CBR C Ustab CBR D Ustab CBR E DUSTEX CBR F DUSTEX CBR G DUSTEX Noen av prøvene ble testet direkte etter komprimering, noen etter herding i varmeskap og noen etter herding med påfølgende fryse/tineforsøk. I fryse/tineforsøket blir prøvene mettet med vann, frosset og deretter tint. Denne syklusen gjennomføres 8 ganger.

17 CBR test Det ble utført CBR belastningsforsøk på materialet rett etter komprimering i gyrator og etter vannlagring i fire døgn. Figur 12 viser en prøve under belastning i CBR-apparatet. Figur 12 Prøve stabilisert med DUSTEX under testing Figur 13 viser resultatet fra forsøkene. Verdiene er ikke egentlige CBR verdier fordi forsøkene ikke er komprimert og testet i henhold til standarden. Tidligere erfaringer ved SINTEF med denne måten å kjøre forsøkene har vist at CBR-verdiene blir vesentlig høyere enn standard komprimering gir. For en innbyrdes sammenligning gir forsøkene likevel nyttig informasjon. Følgende observasjoner er gjort for CBR-forsøkene: Det originale materialet ser i liten grad ut til å være vannømfintlig. Prøvene testet etter vannlagring ga tilnærmet samme styrke som prøvene som ble testet direkte etter komprimering. Stabilisering med 2 % bindemiddel ser i liten grad ut til å endre egenskapene verken ved direkte testing eller etter vannlagring. Stabilisering med 4 % bindemiddel gir en betydelig økning i styrken umiddelbart etter komprimering, men denne styrkeøkningen forsvinner etter vannlagring. Stabilisering med DUSTEX gir en merkbar styrkeøkning rett etter komprimering. Disse prøvene ble ikke vannlagret.

18 "CBR"-verdi (%) Budal 1 orginalt matr. Budal 2 orginalt matr. Budal 3 orginalt matr. Budal 4 vannlagret Budal 5 vannlagret Figur 13 Resultat fra modifiserte CBR-forsøk CBR 1 4 % fersk CBR 2 4 % fersk CBR 9 4 % fersk CBR 3 4 % vannlagret CBR 5 4 % vannlagret CBR 2 % fersk CBR 2 % fersk CBR 6 2 % vannlagret CBR 8 2 % vannlagret Budal Dustex fersk Budal Dustex fersk 6.5 Syklisk treaksialforsøk Et syklisk treaksialforsøk er en funksjonstest som gir informasjon om materialenes elastiske stivhet (resilientmodul), og deres motstand mot permanente deformasjoner. Materialene utsettes for en serie forskjellige belastninger som skal simulere belastningen som materialet opplever på forskjellige steder i vegkroppen. Prøvene som var bitumenstabilisert klarte seg bra gjennom denne fryse/tine kondisjoneringen og prøvene var tilnærmet upåvirket, men prøvene stabilisert med DUSTEX falt helt sammen før kondisjoneringen var ferdig. Treaksialforsøkene ble utført i henhold til den nye standarden NS-EN En mer detaljert beskrivelse av metode og utstyr er gitt i vedlegg A. Detaljerte resultater er presentert i vedlegg B og en sammenfatning av resultatene er vist i dette kapitlet. De permanente deformasjonene som utvikler seg i et normalt dimensjonert bærelag per kjøretøy er mye mindre enn de elastiske deformasjonene. Det er derfor hensiktsmessig å behandle elastisk stivhet separat fra utviklingen av permanente deformasjoner.

19 Testprosedyre For å bestemme både elastisk stivhet og motstanden mot permanente deformasjoner ble det valgt å benytte Multi-stage prosedyren beskrevet i den nye europeiske standarden. Denne prosedyren er forholdsvis lik prosedyren som ble benyttet ved NTNU/SINTEF tidligere, for eksempel i Inge Hoffs dr. avhandling [Hoff, 1999]. Standarden har to forskjellige spenningsnivåer som er tilpasset materialer med ulik motstand mot permanente deformasjoner. De materialene som inngår i denne undersøkelsen er så forskjellige at begge de to tabellene har blitt brukt. Tabellene er vist i vedlegg A Elastisk stivhet Som for alle ubundne granulære materialer er resilientmodulen i stor grad spenningsavhengig. Stivheten øker merkbart når sidetrykket øker. Det gir derfor ingen mening å snakke om et materials E-modul uten samtidig å definere hvilken spenningstilstand materialet skal brukes under. Dette er illustrert i figur 14 der resilientmodulen er plottet som funksjon av maksimal middelspenning for et av forsøkene. For konstant sidetrykk kan resilientmodulen beregnes etter følgende formel: M r σ d = ε a der σ d er syklisk påført deviatorspenning og ε a er syklisk elastisk tøyning i aksiell retning Resilient modulus (MPa) Max mean stress (kpa) Figur 14 Eksempel på resilientmodulens avhengighet av spenningstilstand Tidligere har vi benyttet stivheten ved 200 kpa middelspenning som utgangspunkt for å sammenligne materialer og til å beregne lastfordelingskoeffisienter slik det blir beskrevet i Håndbok 018. Figur 15 viser resilientmodulen (E 200 ) for de utførte forsøkene.

20 19 Resilientmodul (MPa) % fersk 2 % fersk 2 % herdet 2 % herdet 2 % herdet + frys/tin Figur 15 Resilientmodulen (E 200 ) for de forskjellige forsøkene Følgende observasjoner kan trekkes ut fra forsøkene: 2 % herdet + frys/tin 4 % fersk 4 % fersk 4 % herdet 4 % herdet 4 % herdet + frys/tin 4 % herdet + frys/tin Ustabilisert Ustabilisert Dustex Dustex Dustex herdet Dustex herdet o Bitumenstabilisering øker den elastiske stivheten sammenlignet med ustabiliserte prøver. o 4 % bitumen gir betydelig høyere stivhet enn 2 % for ferske prøver. Denne forskjellen jevner seg ut etter at prøvene er herdet og utsatt for fryse/tine belastning. o Prøver stabilisert med DUSTEX gir en litt lavere stivhet enn ustabiliserte prøver før herding, men får en veldig kraftig økning av stivhet etter herding Motstand mot permanente deformasjoner Det finnes flere måter for å karakterisere motstanden mot permanente deformasjoner i granulære materialer. Den prosedyren vi har benyttet belaster den samme prøven med forskjellige spenningstilstander i trinn på pulser. For å karakterisere materialet ser vi på utviklingen av permanente deformasjoner per sykel i gjennomsnitt for de siste pulsene. Vi plasserer oppførselen i tre kategorier for hvert trinn, se figur 16 og vedlegg B: - Tilnærmet elastisk oppførsel: tøyningshastighet < /sykel (grønn firkant) - Stabiliserende oppførsel: tøyningshastighet < /sykel (gul trekant) - Inkrementell bruddtilstand: tøyningshastighet > /sykel (rød sirkel) Etter at hvert trinn er plassert i en av de tre kategoriene, kan disse skilles ved å legge inn grenselinjer definert med attraksjon og grensevinkler

21 20 Deviatoric stress (kpa) a Confining pressure (kpa) Figur 16 Eksempel på tolkning av motstand mot permanente deformasjoner Som vi ser av figur 17 er det ikke så stor variasjon i den tilsynelatende attraksjonen a med unntak av noen forsøk med 4 % skumbitumen. Høy attraksjon er en indikasjon på at materialet får bedre motstand mot permanente deformasjoner ved lavt sidetrykk. Det vil si en slags limeffekt. Det er derfor ikke unaturlig at dette vises tydeligst for prøvene med mest bindemiddel. For å lette sammenligningen har prøvene også blitt tolket med den samme attraksjonen (25 kpa). De justerte grensevinklene er vist i figurene 18 og % fersk 2 % fersk 2 % herdet 2 % herdet 2 % herdet + frys/tin 2 % herdet + frys/tin 4 % fersk 4 % fersk 4 % herdet 4 % herdet 4 % herdet + frys/tin 4 % herdet + frys/tin Ustabilisert Ustabilisert Dustex Dustex Dustex herdet Dustex herdet Figur 17 Tilsynelatende attraksjon for de ulike materialene

22 21 Sin (ρ) % fersk 2 % fersk 2 % herdet 2 % herdet 2 % herdet + frys/tin 2 % herdet + frys/tin 4 % fersk 4 % fersk 4 % herdet 4 % herdet 4 % herdet + frys/tin 4 % herdet + frys/tin Ustabilisert Ustabilisert Dustex Dustex Dustex herdet Dustex herdet Figur 18 Elastiske grensevinkler for de utførte forsøkene Sin (φ) % fersk 2 % fersk 2 % herdet 2 % herdet 2 % herdet + frys/tin 2 % herdet + frys/tin 4 % fersk 4 % fersk 4 % herdet 4 % herdet 4 % herdet + frys/tin 4 % herdet + frys/tin Ustabilisert Ustabilisert Dustex Dustex Dustex herdet Dustex herdet Figur 19 Grensevinkler for inkrementelt brudd for de utførte forsøkene

23 22 Følgende observasjoner kan trekkes ut fra treaksial-forsøkene: o Alle stabiliseringstiltakene gir betydelig større motstand mot permanente deformasjoner sammenlignet med de ustabiliserte prøvene. o Det ser ikke ut til at prøvene med 4 % bitumen er vesentlig sterkere enn prøvene med 2 % bitumen. o Prøvene med DUSTEX får en markert økning i motstand mot permanente deformasjoner etter herdeprosessen, men prøvene overlevde ikke fryse/tine prosessen. 7 Konklusjoner 7.1 Konklusjoner fra feltforsøket Bæreevnemålingene med fall-lodd viser lavest bæreevne for feltene som ble stabilisert med DUSTEX og lite bindemiddel. Det er for tidlig å trekke konklusjoner når det gjelder spor og jevnhet. Visuell inspeksjon av overflaten viser at vegen ser bra ut og at det ikke er mulig å se forskjell på de ulike feltene. Etter ca 10 måneder er enda ikke all DUSTEX en stabil og bundet til materialet. 7.2 Konklusjoner fra laboratorieforsøkene Stabiliseringstiltakene gir betydelig større målt motstand mot permanente deformasjoner Det er ingen vesentlig forskjell i elastisk stivhet og motstand mot permanente deformasjoner mellom 2 % og 4 % innhold av skumbitumen. Materialene stabilisert med DUSTEX oppnår stor økning av både elastisk stivhet og motstand mot permanente deformasjoner etter at prøven er herdet/tørket. Materialene stabilisert med DUSTEX overlevde ikke fryse/tine belastningen. 8 Referanser Randi Skoglund og Leif Bakløkk: Bitumenstabilisering av bærelag med fres - Erfaringsinnsamling STF22 F02322 juni Også utgitt som Statens vegvesen Laboratorieserien, Rapport nr. 177, oktober 2002 Roar Støtterud og Jon Dahlen: Forsterkning av vegers bæreevne med DUSTEX Statens vegvesen Intern rapport nr. 2302, desember 2002 Jan Erik Dahlhaug: Dypstabilisering 2003 i Sør-Trøndelag Datarapport Statens vegvesen Oppdragsnr. UD834B, Rapportnr: 01, november 2003 Inge Hoff: Material Properties of Unbound Aggregates for Pavement Structures Dr.ing. avhandling, NTNU 1999 Inge Hoff og Leif Bakløkk Materialegenskaper for grus- og pukkmaterialer Delprosjektrapport KPG 18, 1998

24 23 Vedlegg A Treaksialforsøk I dette appendixet er utstyr og prosedyrer for treaksialtesting beskrevet litt mer detaljert. Deformasjonsmålingene skjer direkte på midtpartiet av prøven for å unngå innvirkningen av friksjon mot endeflatene. LVDT er monteres på ringer som registrerer de radielle deformasjonene, se figur A-1. Mellom den øverste og nederste ringen blir det montert to LVDT er som registrerer de aksielle deformasjonene. Sidetrykket blir registrert av en elektronisk trykkmåler som står i kontakt med vannet gjennom en åpning i bunnplaten. Deviatorkraften blir målt av en trykkcelle som er i kontakt med topp-platen til prøven. I tillegg blir posisjonen til jekken målt av en LVDT, men denne målingen blir bare registrert og ikke brukt videre. Signalene fra LVDT ene og lastcellene blir registrert og tolket av PC en og ca en gang pr sekund blir maksimum- og minimumsverdiene lagret til en fil på harddisken. Lagringstettheten kan reguleres hvis en kjører tester med mange sykler for å unngå veldig store filer. Normalt produserer en kjøring ca 4 Mb med data. Kontrollen av deviator- og sidetrykk skjer via servoventiler som styres av en PC. Lastpåføring skjer etter closed loop metoden slik at påført kraft reguleres i forhold til faktisk målt verdi. B FIGUR A-1 A Ring for måling av radielle deformasjoner

25 24 Prøvetillaging Komprimeringen skjer i en hel form uten gummihud. Det er utviklet en egen metode for å skyve den ferdig komprimerte prøven fra formen og inn i gummihud for testing. Prøven holdes under vakuum gjennom hele prosessen. Skissen i figur A-2 viser utstyret mer i detalj for prøver med 150 mm diameter. Rubber membrane Vacuum Rubber membrane ICT-mould Rings to fix the mould Bottom platen with O-ring Screw to eject the sample FIGUR A-2 Metode for å skyve prøven ut av sylinderen Belastningsprosedyre Tidligere har det vært brukt litt forskjellige belastningsrutiner ved forskjellige laboratorier og også ved NTNU/SINTEF. Det har nå blitt utviklet en ny standard; NS-EN Unbound and hydraulically bound mixtures Part 7: Cyclic load triaxial test for unbound mixtures. Vi har i denne standarden fått gjennomslag for en metode som ligner mye på de metodene vi har benyttet tidligere. Prinsippet for metoden er at belastningen blir påført trinnvis i sekvenser. Hvis det oppstår en aksiell deformasjon på 0.5 % blir sekvensen avbrutt og en går videre med neste sekvens. På denne måten blir prøven belastet opp mot bruddgrensen hele fem ganger i løpet av ett forsøk.

26 25 TABELL A-1 Spenningsnivå for "multistage test, high stress level" Sequence 1 Sequence 2 Sequence 3 Sequence 4 Sequence 5 Deviator Confining Deviator Confining Deviator Confining Deviator Confining stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) Confining stress, σ 3 (kpa) Deviator stress, σ d (kpa) Constant min max Constant min max Constant min max Constant min max Constant min max TABELL A-2 Spenningsnivå for "multistage test, low stress level" Sequence 1 Sequence 2 Sequence 3 Sequence 4 Sequence 5 Deviator Confining Deviator Confining Deviator Confining Deviator Confining stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 stress, σ d stress, σ 3 (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) (kpa) Confining stress, σ 3 (kpa) Deviator stress, σ d (kpa) Constant min max Constant min max Constant min max Constant min max Constant min max Formen på belastningsfunksjonen er en såkalt haversinus funksjon definert som: Haversine (θ) = 0.5 (1 - cos(θ) ). Som vi ser fra figur A-3 er dette en funksjon med sinusform som er litt forskjøvet i forhold til aksene. σ d 0.1 sec FIGUR A-5 Belastningsfunksjon i treaks Frekvensen på disse pulsene er 10 Hz. Hvert trinn består av pulser. Det betyr at et sterkt materiale blir utsatt for maksimalt pulser.

27 26 Vedlegg B Resultater fra treaksialforsøk

28 27

29 28

30 29

31 30

32 31

33 32

34 33

35 34

36 35

37 36

38 37

39 38

40 39

41 40

42 41

43 42

44 43

45 44

46