Vegoverbygning - belastninger, nedbrytning og dimensjonering

Transkript

1 Vegoverbygning - belastninger, nedbrytning og dimensjonering Geir Berntsen Statens vegvesen, Region øst Dekkeprosjektet

2 Innhold Intro og terminologi Belastninger fra klima og trafikk Dimensjoneringssystemer Bruk av dimensjoneringstabellen

3 Aftenposten Dårlige veier bidro til 27 prosent av dødsulykkene Dårlige sjåfører og høy fart er fortsatt de viktigste årsakene til dødsulykker på norske veier, men i mange av ulykkene har også dårlige veier bidratt til at ulykken fikk dødelig utfall.

4 Veg med god standard

5 Nedslitt veg

6 Spormålinger Levetid 20 år 25 mm

7 Spormålinger 25 mm Levetid 8 år

8 Tilstand = f(ulike skader) Vanlige skadetyper: spordannelse krakeleringer andre oppsprekkinger langsgående tversgående ujevnheter slaghull overflateskader

9

10 Tilstand = f(skader 1 + skade skade n)

11 Tilstandsutvikling over tid Laveste akseptable standard Levetid L1 L0 L2

12 Utvikling av skadetyper

13 Optimal vegstandard og riktig kvalitet

14 Påkjenninger Trafikk Klima aksellast ringtrykk piggdekk dekktemperatur horisontale krefter vridningskrefter hastighet +++ nedbør lufttemperatur temperatur i veg frostmengde forløp frysing/tining endret bæreevne materialkvalitet drenering frostsikring

15 Variasjon i bæreevne gjennom året

16 Tunge hjullaster medfører nedbrytning!

17 Spørsmål Hvor stor er nedbrytningen for en 14 t aksellast i forhold til en aksellast på 10 t? Svar: Alt A: 1,04 ganger Alt B: 1,40 ganger Alt C: 3,84 ganger Alt D: 6,66 ganger

18 Relativ nedbrytning som funksjon av aksellast

19 Aksellast: 1 t 8 t 10 t 12 t 14 t Relativ nedbrytning: 0,0001 0,41 1,0 2,07 3,84

20 Relativ nedbrytning som funksjon av vegens bæreevne 7,7 DÅRLIG KVALITET MEDFØRER DÅRLIG BÆREEVNE OG ØKT NEDBRYTNING! 2,4

21 Vertikalt tilleggsspenning i en vegkonstruksjon under ei hjullast

22 Aksellast/lufttrykk

23 Litt terminologi

24 Dimensjoneringsperiode hva er det? En vegoverbygning er i Norge dimensjonert for å holde i 20 år - en forsterkning skal (i prinsippet) forlenge levetiden med ytterligere 20 år HUSK: Vegoverbygningens dim.- periode er ikke det samme som dekkets levetid! - Dekkets levetid er typisk 5 15 år avhengig av trafikkbelastning (ikke minst overlast!) og dekketype

25 Hensikten med dimensjonering er å unngå skader for tidlig Deformasjoner og spor Ujevnheter på langs inkl. telehiv Sprekker, krakelering og hull

26

27 Krav til overbygningen (Håndbok 018 kap ) Skal fordele laster fra trafikken til undergrunnen slik at det ikke oppstår skadelige eller uakseptable deformasjoner. Skal ha tilstrekkelig bæreevne hele året. Materialvalg og dimensjoner avhenger bl.a. av trafikk, grunnforhold og klimatiske påkjenninger.

28

29 Materialkrav skal ivareta følgende egenskaper Evne til å fordele lasten (bæreevne, lastfordelende evne) Minst mulig permanente deformasjoner som følge av belastning Ikke gi sprekker (asfalt) Ikke deformeres på varme dager (asfalt) Ikke knuses ned Ikke slites/males ned Påvirkes i minst mulig grad av klima; dvs. reduksjon av lastfordelende evne og deformasjonsmotstand Ikke føre til dannelse av islinser/telehiv ved frysing

30 Vegdekke Skal gi trafikantene en jevn overflate å kjøre på «Tak» for vegkonstruksjonen hindre vann å trenge ned i vegkroppen og undergrunnen Skal gi god friksjon Mest brukt materiale er asfalt Tykkelse 4-8 cm tykkelse og type bestemmes av trafikkbelastningen Består av bindlag og slitelag

31 Bærelag Skal fordele trafikklastene ned på underliggende lag slik at dette laget ikke skades Består ofte av bituminøse materialer På lavtrafikkerte veger tillates knust fjell Består ofte av to lag, total tykkelse cm bestemmes av trafikkbelastningen

32 Forsterkningslag Må ha tykkelse tilstrekkelig til å unngå overbelastning av undergrunnen fordele lasten på undergrunnen Består vanligvis av sprengt stein, kult eller pukk Grus ble mye brukt før, mer sjelden nå Tykkelse cm - bestemmes av trafikkbelastning og undergrunn

33 Frostsikringslag Nye krav til frostsikring medfører at veg på telefarlig undergrunn (T3/T4) skal bygges med et frostsikringslag. Normalt vil dette laget bestå av steinmaterialer, men grus, sand og isolasjonsmaterialer kan også brukes. Tykkelse avhengig av dimensjonerende frostmengde (og type frostsikringsmateriale)

34 Filterlag Funksjon: Separere og/eller filtrere Vanlig brukt tidligere som skille mellom undergrunn og vegoverbygning Nå brukes som regel fiberduk Krav til bruksklasse for fiberduk:

35 Trafikkbelastninger - helst ikke på skulderen!

36 Svake vegkanter - kantsprekker

37

38 Bæreevne i tverrprofil relativt til bæreevne ved senterlinjen 125

39 Breddeutvidelse

40 Dimensjoneringssystem

41 Dimensjoneringssystem Ytterpunktene er: Dim. basert på erfaring (empirisk dimensjoneringsystem) Teoretisk dim. Vi bruker all den kunnskap vi har om materialenes egenskaper, trafikkbelastning, klima mv.

42 Semi-empiriske metoder Basert både på teoretiske beregninger og systematisk bearbeidede erfaringer Dimensjonering etter håndbok N200 tilhører denne kategorien Økonomisk balanse mellom investering og vedlikehold

43 Dimensjonering i håndbok N200 Avhengig av kjennskap til belastninger (trafikk, klima) og materialene i overbygningen velges ett av følgende tre dimensjoneringsnivå: Nivå 1: System basert på indeksverdier og faste lastfordelingskoeffisienter. Nivå 2: System basert på indeksverdier og lastfordelingskoeffisienter som er bestemt etter felt- og laboratorieundersøkelser av de aktuelle materialer. Nivå 3: Mekanistisk dimensjonering. Dimensjonering foretas normalt etter nivå 1.

44 Dimensjonering, nivå 1

45 Dimensjonering av veg med bituminøst dekke Valg av dekke gjøres ut fra ÅDT, dominerende påkjenning og bruksområde Bærelag bestemmes ut fra trafikkgruppe Forsterkningslag bestemmes ut fra trafikkgruppe og grunnforhold (bæreevnegruppe og skjærstyrke for leire) 20 års dimensjoneringsperiode

46

47

48 4.-potensregelen aksellast 4 referanse-aksellast Eksempler: 8 tonn 10 tonn tonn = 0,4 = tonn

49 Dimensjonerende trafikk Ekvivalente aksellaster 6t 12t 2t 2t 7t 5t 10t 6t 0,13 + 2,0 + 0,002+0, ,25 + 0,06 + 1,0 + 0,13 = Alle veger dimensjoneres for å tåle et visst antall ekvivalente standard aksler i løpet av en 20 års periode

50 Dimensjonerende trafikkbelastning, N Trafikkbelastningen regnes om til 10 tonn ekvivalente aksellaster N, dvs. antallet 10 tonn aksellaster som gir tilsvarende nedbrytning som faktisk trafikk N beregnes ved bruk av figur i Hb N200 For å bestemme N trenger vi å vite: ÅDT-T (totalvekt 3,5 tonn) Dimensjoneringsperiode (normalt 20 år) Årlig trafikkvekst Tillatt aksellast (normalt 10 tonn) Antall kjørefelt

51 Bestemmelse av trafikkgruppe (ant. 10 t ekv. aksellaster) Eksempel: ÅDT=3000, 15 % tunge kjøretøy gir ÅDT-T= års dim.periode 2 % trafikkøkning 10 t aksellast 2 kjørefelt

52 Bæreevnegrupper

53 Hvordan innvirker undergrunnen? sterk undergrunn svak undergrunn

54 Dim. tabell Håndbok N200, figur 512.2

55 Eksempel ÅDT=3000, 15 % tunge kj.t., 2 % trafikkvekst, 2 felt, dim. periode 20 år => Trafikkgruppe D Undergrunn leire c u =30 kn/m 2 => Bæreevnegruppe 6

56 Valg av dekke

57

58 Overbygning Slitelag 4 cm Ab Bindlag 3 cm Agb Øvre bærelag 8 cm Ag Nedre bærelag 10 cm Ak Forsterkningslag 80 cm pukk Frostsikringslag

59 Frostsikring Skjerpede krav Bæreevnemessig dimensjonering vil normalt ikke være tilstrekkelig for å ivareta krav til frostsikring På T3 og T4 undergrunn trengs et frostsikringslag i tillegg til den vegoverbygning som dimensjoneringstabellen gir

60 Spørsmål?