TITTEL SINTEF RAPPORT SINTEF Byggforsk AS Veg- og jernbaneteknikk Postadresse: 7465 Trondheim Besøk: Høgskoleringen 7A Telefon: 73 59 46 1 Telefaks: 73 59 14 78 Foretaksregisteret: NO 989 15 54 MVA FORFATTER(E) SIV Steinkvalitet og sporutvikling i vegdekker. Oppsummeringsrapport. Ivar Horvli og Einar Værnes OPPDRAGSGIVER(E) Statens vegvesen, Vegdirektoratet v/ Steinmaterialkomiteen RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. SBF53 A613 Åpen Geir Berntsen, Statens vegvesen Region øst GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen 82-14-491-4/ 978-82-14-491-3 22343 37 s, 3 bilag ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) SINTEF Oppsummeringsrapport.doc Einar Værnes Inge Hoff ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) 26-12-21 Inge Hoff SAMMENDRAG Målsettingen med forskingsprosjektet SIV har vært å gi økt kunnskap om steintilslagets bidrag til sentrale funksjonsegenskaper for slitedekker av asfalt, og på denne bakgrunn kunne gi grunnlag for optimale valg av steinmaterialer til slitedekker. Spesielt var en ute etter å evaluere kulemølletesten og finne sammenhenger mellom mølleverdi i laboratoriet og slitasje i felt. Prosjektet er organisert under Steinmaterialkomiteen i Statens vegvesen og er et samarbeidsprosjekt mellom Statens vegvesen, NTNU, NGU, PGL, NCC Roads AS, KOLO Veidekke AS, Feiring Bruk AS og Franzefoss Bruk AS. SINTEF i samarbeid med NTNU har hatt et hovedansvar for feltforsøkene og sluttrapportering. Prosjektet består av sju delprosjekt: P1: Sammenstilling av eksisterende data P2: Laboratoriemetoder P3: Feltforsøk P4: Ringbaneforsøk P5: Krav til steinmateriale P6: Tilpasning av slitasjemodell P7: Sluttrapport Hvert delprosjekt er rapportert for seg, og hovedresultatene er sammenfattet i denne rapporten. Av de viktigste konklusjoner kan nevnes: - Kulemølletesten gir en god rangering av steinmaterialer med hensyn på motstand mot piggdekkslitasje - Resultatet fra sporslitasje i felt stemmer godt overens med beregninger med VTIs slitasjemodell. - Feltdata på vegnettnivå stemmer i prinsipp godt overens med resultatene fra ringbaneforsøkene - Reduksjon i største steinstørrelse i våre massetyper medfører betydelig større piggdekkslitasje og at mørtelfasen får større betydning for slitasjen. - Wheel Track-forsøk utført på laboratorietillaga prøver og masser fra felt viser store effekter av polymermodifisering med hensyn til reduserte permanente deformasjoner. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Vegteknikk Highway Engineering GRUPPE 2 Asfalt Asphalt EGENVALGTE Sporslitasje Rutting Friksjon Friction Deformasjon Deformation
2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Bakgrunn og målsetting...4 2 Prosjektbeskrivelse...4 3 Sammenstilling av eksisterende data...4 4 Evaluering av kulemøllemetoden...5 5 Feltforsøk...6 5.1 Oversikt...6 5.2 Feltforsøk i Sør-Trøndelag...1 5.2.1 Beskrivelse av forsøksfelt...1 5.2.2 Sporutvikling...1 5.2.3 Friksjon...11 5.2.4 Konklusjon fra feltforsøk i Sør-Trøndelag...11 5.3 Feltforsøk i Vestfold...12 5.3.1 Beskrivelse av forsøksfelt...12 5.3.2 Sporutvikling...13 5.3.3 Deformasjon i Wheel Track - utstyr...14 5.3.4 Friksjon...16 5.3.5 Makrotekstur...17 5.3.6 Konklusjoner fra feltforsøk i Vestfold...18 5.4 Feltforsøk i Nordland...19 5.4.1 Beskrivelse av forsøksfelt...19 5.4.2 Sporutvikling...19 5.4.3 Konklusjoner fra feltforsøk i Nordland...2 5.5 Feltforsøk i Hedmark...2 5.5.1 Beskrivelse av forsøksfelt...2 5.5.2 Sporutvikling...21 5.5.3 Konklusjoner fra feltforsøka i Hedmark...22 5.6 Samla vurdering av feltforsøkene...22 6 Ringbaneforsøk...22 7 Slitasjemodell...26 8 Feltdata fra VDB...27 9 Materialkrav...29 1 Oppsummering og konklusjoner...32 11 Behov for videre arbeid...33 12 Rapporter og andre relevante referanser...35 12.1 Rapporter under forskingsprosjektet SIV...35 12.2 Presentasjoner fra SIV på internasjonale konferanser...35 12.3 Foredrag fra SIV på norske konferanser...36 12.4 Artikler om SIV i norske tidsskrift...36 12.5 Andre relevante rapporter...36 Bilag 1: Organisering av prosjekt Steinkvalitet og sporutvikling i vegdekker Bilag 2: Oversikt over feltforsøk Bilag 3: Resultater fra spormålinger i Sør-Trøndelag og Vestfold
3 FORORD Forskningsprosjekt Steinkvalitet og sporutvikling i vegdekker, SIV, starta opp med etablering av forsøksstrekninger i 4 ulike fylker høsten 21 og ble avslutta i 25. Prosjektet består av følgende delprosjekt: P1: Sammenstilling av eksisterende data P2: Laboratoriemetoder P3: Feltforsøk P4: Ringbaneforsøk P5: Krav til steinmateriale P6: Tilpasning av slitasjemodell P7: Sluttrapport Målsettingen med forskingsprosjektet SIV har vært å gi økt kunnskap om steintilslagets bidrag til sentrale funksjonsegenskaper for slitedekker av asfalt, og på denne bakgrunn kunne gi grunnlag for optimale valg av steinmaterialer til slitedekker. Spesielt var en ute etter å evaluere kulemølletesten og finne sammenhenger mellom mølleverdi i laboratoriet og slitasje i felt. Prosjektet er organisert under Steinmaterialkomiteen i Statens vegvesen og er et samarbeidsprosjekt mellom Statens vegvesen, NTNU, NGU, PGL, NCC Roads AS, KOLO Veidekke AS, Feiring Bruk AS og Franzefoss Bruk AS. SINTEF i samarbeid med NTNU har hatt et hovedansvar for feltforsøkene og sluttrapportering. Dette er vist i mer detalj i bilag 1. SINTEF etablerte egne slitasjeprofiler som ble fulgt opp med årlige målinger både vår og til dels høst i perioden 21-24. Laboratorieanalysene på steintilslagene som inngår er utført ved SINTEF (LA, Mv, Abr) og NGU (PSV). Statens vegvesen Sør-Trøndelag har utført målinger av spor, jevnhets og tekstur med ALFRED og friksjonsmålinger med ROAR i perioden 21-25. SINTEF/NTNU har sammenstilt og analysert alle disse dataene i tillegg til egne friksjonsmålinger med Viggomat. NGU har sammenstilt og analysert data fra friksjonsmåling med British Pendulum, PSV og til dels Viggomat. Denne rapporten er en samlerapportrapport med de viktigste sammenstillinger av data og konklusjoner fra prosjektet. Det er også laget en mer omfattende sluttrapport som sammenfatter data og konklusjoner fra alle delprosjekt. Alle delprosjekt er i tillegg dokumentert i egne rapporter, se referanseliste bak. NTNU 26-12-21 Kai-Frode Solbakk (Prosjektleder SIV) Ivar Horvli (Sekretær SIV)
4 1 Bakgrunn og målsetting Det arbeides internasjonalt med å utvikle funksjonskrav for asfaltdekker for å sette reelle bruksegenskapene i fokus i stedet for detaljerte i reseptspesifikasjoner. I Statens vegvesens reviderte håndbok 18 Vegbygging fra 25 er det formulert funksjonskrav som alternativ til de tradisjonelle reseptspesifikasjoner for asfaltdekker. Ved standardiseringsarbeidet i CEN er det også en målsetting om å benytte funksjonskrav så langt som råd. Tidligere har vi her til lands fokusert relativt ensidig på steinmaterialenes styrkeegenskaper ved utvikling av resepter for slitelag på høytrafikkerte veger. I dagens trafikksituasjon med avtagende piggdekkbruk i de høyest trafikkerte områder, ser vi at det er nødvendig å fokusere sterkere også på andre egenskaper som stabilitet og friksjon. I de siste årene har også vegdekkets egenskaper med hensyn til generering av støv og støy kommet sterkere i søkelyset. Hovedformålet med feltforsøkene har vært å studere hvordan ulike steinkvaliteter påvirker sporutvikling og friksjon under trafikk med dagens piggdekkbruk. Spesielt var en ute etter å finne sammenhenger mellom mølleverdi i laboratoriet og slitasje i felt for å evaluere de reviderte krav til mølleverdi i håndbok 18 Vegbygging. Slitasjeforsøkene på tilsvarende resepter under kontrollerte forhold i VTIs ringbane representerer en ekstra kvalitetssikring av resultatene fra felt samtidig som en her har kunnet studere betydningen av ulike asfaltresepter mer i detalj. Målsettingen med forskingsprosjektet SIV har vært å gi økt kunnskap om steintilslagets bidrag til sentrale funksjonsegenskaper for slitedekker av asfalt, og på denne bakgrunn kunne evaluere og eventuelt revidere dagens krav til steinmaterialer for å oppnå optimale valg av steintilslag. 2 Prosjektbeskrivelse Prosjektet består av i alt sju delprosjekt, P1-P7: P1: Sammenstilling av eksisterende data P2: Laboratoriemetoder P3: Feltforsøk P4: Ringbaneforsøk. P5: Tilpasning av slitasjemodell P6: Krav P7: Sluttrapport Prosjektet omfatter12 forsøksstrekinger med ulik trafikkmengde i 4 fylker med ulike klimaforhold. I tillegg er det utført slitasjeforsøk med piggdekk i VTIs ringbane i Linköping i Sverige. Forsøkene omfatter ulike varianter av Ska og Ab. Feltforsøkene omfatter 16 reseptvarianter av Ab og Ska og ringbaneforsøkene14 varianter av Ab. I alt er 9 ulike bergarter fra 13 forskjellige pukkverk inkludert. 3 Sammenstilling av eksisterende data Dagens krav i Håndbok 18 til tilslagsmaterialer for asfalt er først og fremst knyttet til evnen til motstå piggdekkslitasje. Kravene er derfor i første rekke knyttet til mølleverdi og Los Angelesverdi. I tabell 1 er krav til steinmaterialer etter den reviderte håndbok 18 Vegbygging vist, og tabell 2 viser hvordan prøver analysert ved pukkdatabasen ved NGU fordeler seg i forhold til nye (mølleverdi, Mv) og gamle (Sa-verdi) krav.
5 Tabell 1: Oversikt over krav til steinmaterialer for vegdekker, bærelag og forsterkingslag /26/ Tabell 2: Krav til mølleverdi sammenligna med tidligere krav til Sa; materialdata fra NGUs pukk-og grusdatabase (Ulvik, Arnhild og Erichsen, Eyolf, 26) Gml Nye Antall % antall analyser som innfrir ÅDT krav Sa krav analyser både Mv Mv ikke Sa ikke Mv og Sa Sa Mv > 15 < 2, <7 24 42% 5% 8% 5 < 2,5 <1 93 28% 68% 4% 15 3 5 < 3, <1 125 39% 45% 16% 15-3 < 3,5 <14 182 66% 32% 2% Hvis man tar utgangspunkt i de strengeste kravene for vegdekker (ÅDT > 15) så vil 42 % av prøvene innfri både de gamle og de nye kravene. 5 % av prøvene som tilfredsstiller de nye kravene ville ikke ha bli godkjent med de gamle kravspesifikasjonene. For ÅDT 5-15 ville hele 68 % av prøvene som tilfredsstiller de nye kravene ikke blitt ansett som egnet etter det tidligere kriteriet med Sa-verdi. Tilsvarende prosentsats for ÅDT 3-5 er 45 % og for ÅDT 15-3 32 %. Dette viser at de nye kravene til mølleverdien for vegdekker, innebærer betydelig slakkere krav enn de tidligere kravene til Sa-verdi. 4 Evaluering av kulemøllemetoden Det har vært stilt spørsmål om kulemølletesten slik den nå foreligger i standarden er god nok som metode for å klassifisere tilslagets styrke med hensyn til motstand mot piggdekkslitasje. Spesielt har det vært spørsmål om relevansen ved å teste tilslag tatt rett fra knuseprosessen, når steintilslaget i dekkeoverflaten i felt etter kort tid blir avrunda av slitasje og polering fra trafikk. En mulig modifikasjon av kulemølletesten kunne da være å fortromle materialene før prøving for på den måten å opparbeide en overflate som er tilnærma lik den som opptrer i felt etter en initial slitasje.
6 Resultatene fra laboratoriestudiet viser at fortromling ikke vil gi noen vesentlige forbedring av testmetoden. Ut fra antatt rundingsgrad for materialet ute på vegen rundes steinkornene tilsvarende som i felt tidlig under testinga i kulemølle (standard tromlingstid 6 minutter). Den vesentlige formendringen på materialet skjer i løpet av de første 1 minuttene. Det er derfor unødvendig å fortromle materialet for å fjerne kanteffekter, da disse fjernes tidlig i tromleprosessen. (Stensland 23). Det ble også påvist at en fortromling bare gir en viss relativ forskyving i absoluttverdi på mølleverdien uten at den innbyrdes rangeringa endres, se figur 1. 3 25 Kalkskifer Metagråvakke Monsonitt Monsonitt Gabbro Arkose Granitt Granittisk gneis Ryolitt Kvartsdioritt Porfyr Jaspis Mølleverdi (Mv') 2 15 1 5 Mv 5 min 1 min 15 min 3 min 6 min Fortromlingstid Figur 1: Forbedring i reell mølleverdi etter fortromling i 5-6 min (Ulvik, Arnhild og Erichsen, Eyolf, 26 NGU rapport 25.81) 5 Feltforsøk 5.1 Oversikt Formålet med feltforsøkene var å studere hvordan ulike steintilslag og dekkesammensetninger påvirker sporutvikling og friksjon i felt. Dette gjelder mekaniske egenskaper generelt, men spesielt ønsket en å finne sammenhenger mellom mølleverdi i laboratoriet og slitasje i felt for å verifisere eller eventuelt justere de reviderte krav til mølleverdi i håndbok 18 Vegbygging 25. Lokalt i Sør-Trøndelag var en også interessert i å teste aktuelle steintilslag for å kunne gjøre optimale materialvalg på høytrafikkerte veger i fylket. I Vestfold var en spesielt interessert i å følge opp polymermodifiserte asfaltersepter med hensyn på sporutvikling. I Hedmark og Nordland var en mer opptatt av dekker på middels og lavtrafikkerte veger. Med en økende andel piggfrie vinterdekk blir poleringsegenskapene til vegdekker viktigere, og en ønsket derfor også å se på sammenhengen mellom friksjon i felt og poleringsverdi (PSV) på steintilslag. Feltforsøkene gjorde det mulig å studere sammenhenger mellom ulike parametere i vegdekket / asfaltresepten og stabilitet i full skala ved aktuelle klimarelasjoner. Dette kan gi et grunnlag for å utføre optimale valg av steinmaterialer som dekketilslag for et spekter av funksjonsegenskaper. Forsøksstrekningene ble etablert høsten 21 og er lokalisert på følgende veger:
7 Rv 8 Fauske, Nordland (Felt N) E6 Klett, Sør-Trøndelag (Felt ST) Rv 2 og RV 26 i Hedmark.(felt H) E18 Nord, Vestfold (Felt V) De detaljerte resultatene fra disse er dokumentert i egne rapporter, se referanseliste bak i denne sammendragsrapporten. Dekketyper og steintilslag I forsøksfeltene og ringbaneforsøkene er det i hovedsak benytta to dekketyper; Ab og Ska. I tillegg er det lagt et felt med en steinrik svensk resept: ABS. Maksimal steinstørrelse er variert fra 8-11-16 mm. Det er benytta 8 forskjellige bergarter fra 13 ulike steinbrudd eller forekomster som vist i tabell 3. Tabell 3: Bergartsdata for feltforsøk og ringbaneforsøk Bergart Steinbrudd LA Feltforsøk LA VTI Mv Feltforsøk Mv VTI N= Nordland, ST= Sør-trøndelag, H= Hedmark, V= Vestfold 2) VTI= VTIs ringbane i Linköping, Sverige PSV VTI 2) Fylke 1) Feltforsøk Bergartsstyrke Mylonitt (1) Ottersbo 11 5.5 48 N Svært sterk Mylonitt (2) Tau 1.6 6.8 X Svært sterk Gabbro (1) Veset 25 1.9 49 N Sterk Porfyr (1) Älvdalen 13.4 12.3 5.1 3.5 47 ST X Svært sterk Kvartsitt Kråkmo 19.1 5,3 ST X Svært sterk Gabbro (2) Vassfjell 14,6 14.6 9,6 9.6 53 ST X Sterk Jaspis Hallsetåsen 12.3 3. 51 ST Svært sterk Porfyr (2) Hadeland 13.4-13.6 3.4/3.6 4.5 46 V/ST/H X Svært sterk 13.9 Gabbro (3) Kjølaberget 17.7 12.6 H Sterk Sandstein (1) Hanekleiva 13.4 12. 7.1 6.1 5 V X Sterk Hornfels Lierskogen 15.4 11.1 9.5 6.5 45 V X Sterk Larvikitt Hedrum 32.5 36.1 17.1 15.5 47 V X Svært svak Sandstein(2) Bremanger 16.9 2.4 X Svært svak Klima og trafikkforhold Klima i form av nedbør kan tas ut fra nærmeste klimastasjon (met.no), men er i dette prosjektet bare gjort for Sør-Trøndelag. Det er særlig nedbørsforhold vinters tid som har betydning for piggdekkslitasjen, og høyeste dagtemperatur sommers tid som kan ha betydning for eventuelle plastisk deformasjon på varme sommerdager. Det er ikke foretatt registrering av dekketemperatur, så temperaturdata vil bare ha begrensa anvendelse. I vintersesongene er det foretatt registrering av føreforhold og saltbruk på forsøksstrekningene i Sør-Trøndelag og i Nordland. Eller er føreforhold på vegen (tørt-vått-snødekt) registrert for to vintersesonger på Sør-Trøndelags-feltet. Trafikkbelastning på forsøksstrekingene er kartlagt ved registrering av ÅDT i nærmeste ordinære trafikktellepunkt. I tillegg er det utført egne piggdekkregistreringer på forsøksstrekningene i Nordland (E6 Fauske) og Sør-Trøndelag (E6 Klett). For de andre forsøksfeltene er piggdekkregistreringer i nærmeste område benyttet; for E 18 i Vestfold er piggdekkregistreringer i Drammen relevante og for strekningene på Rv 2 og Rv 26 er trolig registreringene i Lillehammer relevante (37 % piggfri). Registrert piggdekkfri andel etter offisielle registreringer er vist i tabell 4.
8 Tabell 4: Registrert piggdekkfriandel i Norge. Sted År 1999 2 21 22 23 24 25 Bergen 62,9 7,6 72,1 68,9 67,6 73,2 7,1 Drammen 51,6 54,1 5,9 59,9 58,7 66,4 7,6 Grenland 42,6 Lillehammer 36,7 Oslo 49,7 68,7 79,4 68 71,6 72 76,2 Stavanger 63,7 68,3 72,3 71,2 7,9 72,2 7,3 Tromsø 7,1 Trondheim 32,8 35,6 37,2 55,5 58,9 6,5 62,3 Ålesund 34,4 Norge (ikke byene) 3,6 35 42,4 46 38,7 4 46,5 Det er et krav om at piggdekk ikke skal settes på før 1. oktober dersom værforholdene ikke tilsier noe annet. Videre skal de tas av i løpet av 1. uke etter påske. For de i de tre nordligste fylkene er tilsvarende datoer 15. oktober og 1. mai. Tabell 5 viser den teoretiske lengden av piggdekksesongene 21/2 til 23/4, som spenner over måleperioden for dette prosjektet. I praksis vil det være noe kortere piggdekkperiode i Vestfold enn i Sør-Trøndelag og Hedmark på grunn av klimaforskjeller. Tabell 5: Antall dager i piggdekksesongen i vintersesongene 21 / 2-24 / 5 År 21/2 22/3 23/4 (24/5) Teoretisk antall dager i piggdekksesongen i Sør-Norge 158 18 173 153 Teoretisk antall dager i piggdekksesongen i Nord-Norge 198 198 199 Beregning av piggdekkeksponering Antall ekvivalente lette kjøretøy med piggdekk, N ekv pigg er beregnet etter følgende formel: der 1) N ekv pigg =ÅDT * ((1-t) P lett + 4 t P tung ) d pigg ÅDT er strekningens årsdøgntrafikk t er andel tunge kjøretøy P lett er piggdekkandel blant de lette kjøretøyene P tung er piggdekkandel blant de tunge kjøretøyene d pigg er antall dager i piggdekksesongen Dette gir en ekvivalent trafikk av lette kjøretøy med 1 % piggdekkandel som tilsvarer piggdekkslitasjen for blandet trafikk med t % tunge kjøretøy og med piggdekkandel på hhv P lett og P tung for lette og tunge kjøretøy. Her er det forutsatt at en passering med et tungt kjøretøy sliter fire ganger så mye på vegdekket som en passering med et lett kjøretøy. Ved å midle denne verdien over året, vil en få et uttrykk for en gjennomsnittlig årsdøgntrafikk for lette kjøretøy med piggdekk hele året som gir samme slitasje: 2) ÅDT 1%pigg = N ekv pigg / 365
9 Denne verdien er et uttrykk for gjennomsnittlig piggdekkbelastning pr dag gjennom hele året. Dette er ingen eksakt formel, men vil være en første tilnærming med bakgrunn i enkelte studier på tungtrafikkens bidrag til vegslitasje. Beregnede antall ekvivalente piggdekkjøretøy ut fra disse formlene er vist for forsøksstrekningene i kapitlene for hvert fylke. Formel 2) kan korrigeres for andel dager med bar veg i piggdekksesongen etter følgende formel: 3) k 1 ÅDT 1%pigg = ÅDT 1%pigg P bar / 1 der P bar er % av dager i piggdekksesongen med bar (ikke snødekt) veg. I tillegg kan økt slitasje ved våt vegbane korrigeres etter prinsippet om at våt slitasje kan være ca 3 ganger så høy som ved tørr vegbane (dette er i samsvar med tidligere erfaringer fra Trøgeranalyser på våte og tørre prøver): 4) k 2 ÅDT 1%pigg = k 1 ÅDT 1%pigg ( 3 P våt + P tørr ) / 1 Den siste korreksjonen (k2) må vurderes nærmere, siden effekten av vann vil være avhengig av tilslagsmaterialet (bergarten) og sannsynligvis også dekketype, hulrom og bindemiddelinnhold. Oversikt over trafikkbelastning og piggdekkeksponering piggdekkeksponering etter denne metoden er vist i tabell 6. Tabell 6: Antall dager i piggdekksesongen i vintersesongene 21 / 2 til 24 / 5 Vinter- sesong ÅDT N ekv pigg 1) ÅDT 1 %pigg 2) K1*ÅDT 1 % pigg 3) E6 Klett, ST 21-22 1883. 1745345 4782 22-23 1943. 1872593 513 23-24 19972. 1573152 431 Snitt 21-24 1941 173363 4741 4267* (24 25) (2586.3) (122371) (3353) E18 Vestfold 21-22 1572 141834 3894 22-23 1521 156364 4343 23-24 15645 1287414 3576 Snitt 21-24 15525 1417629 3938 3938 ** Rv 8 Fauske, N Felt 1 (21-24) 9817 4383 3353 Felt 2 (21-24) 7858 358 2884 Hedmark Rv 2 (21/22) 2975 2823 773 649 Rv 2 (22/23) 39 311591 854 717 Rv 2 (23/24) 3 285727 783 673 Rv2 snitt 21-24 83 68 Rv26 (21/22) 314 319729 876 683 Rv26 (22/23) 3176 35294 967 754 Rv26 (23/24) 315 321521 881 669 Rv26 snitt 21-24 98 72 * basert på målinger 21-3; 1 % snødekt veg (måling 23/4 inkluderer sammsynligvis også snø mellom spor) ** Estimat (1 % bar veg)
1 5.2 Feltforsøk i Sør-Trøndelag 5.2.1 Beskrivelse av forsøksfelt Forsøksstrekningen ligger på E 6 rett før rundkjøringen på Klett sett fra Trondheim, og de ulike forsøksfeltene ligger etter hverandre. Feltene ble etablert høsten 21 med dekkevarianter av Ska16 med fire ulike typer steintilslag; kvartsitt Kråkmo, porfyr Hadeland, porfyr Älvdalen, gabbro Vassfjell. For ett felt har en også benyttet en svensk resept, ABS 16 med tilslag av porfyr fra Älvdalen. I tillegg har en bevart ett av de gamle feltene fra forrige generasjons forsøksdekker (Ska 16 med 6 % jaspis fra 1994) som referanse. Oversikt over forsøksfelta er vist i bilag 2. Trafikkdata Trafikkmengden på forsøksfeltene ligger med ÅDT på 19 til 2 med en tungandel på 12 %. Piggdekkandelen på lette kjøretøy var 4 % i gjennomsnitt for vintersesongene 21 til 24. Andelen tunge kjøretøy som bruker piggdekk har som vi fra figur 2 ser gått markert ned de siste årene. Vegstrekningen blir saltet om vinteren (strategi bar veg). Tabell 7 viser ekvivalent piggdekktrafikk for strekningene. 5 % Andel av lette og tunge kjøretøy som bruker piggdekk Andel (%) 4 % 3 % 2 % 1 % 46. % 41. % 33.5 % 27.7 % 39. % 35.5 % 32. % 28.5 % 13.12.1 6.11.2 29.4.4 25(Anslått) % Lette kjøretøy Tunge kjøretøy Figur 2: Andel piggdekk på E6 Klett vintersesongen 21/2 og 22/3 Tabell 7: Ekvivalent andel trafikkarbeid med piggdekk på E6 Klett Vinter- sesong ÅDT N ekv pigg ÅDT 1%pigg 21-22 1883. 1745345 4782 22-23 1943. 1872593 513 23-24 19972. 1573152 431 Snitt 21-24 1941 173363 4741 (24 25) (2586.3) (122371) (3353) 5.2.2 Sporutvikling Et hovedspørsmål som en ønsket å få svar på er sammenhengen mellom dekketilslagets mølleverdi og sporutvikling i felt. Figur 3 viser sammenhengen mellom mølleverdi og vinterslitasje på forsøksfeltene målt med SINTEFs bjelke og ALFRED sammen med trendlinjer for denne sammenhengen. Mer deltaljerte måleresultater er vist i bilag 3. Vi ser at det er god sammenheng mellom mølleverdi og vintersporslitasje målt med SINTEFs bjelke ved tolking med fikserte endepunkter. En oppfølging av sporstatistikken 1 til 2 år til bør kunne gi bedre datagrunnlag for å trekke sikrere konklusjoner her.
11 Sammenheng mellom målt mølleverdi og vintersporslitasje SINTEF, fikserte endepunkter Ort. reg.lin. for SINTEF, fikserte endepunkter: Spordybde = 1.277 * mølleverdi + 1.498, R² =.92 SINTEF, rygg mellom spor Ort. reg.lin. for SINTEF, rygg mellom spor: Spordybde =.22 * mølleverdi + 3.45, R² =.47 ALFRED, rygg mellom spor Ort. reg.lin. for ALFRED, rygg mellom spor: Spordybde =.277 * mølleverdi -.385, R² =.58 Spordybde målt med faste endepunkter, over hele kjørefeltet (mm) Figur 3:Forventet spordybde i felt som funksjon av mølleverdi 15 1 5 3 5 7 9 11 Mølleverdi 3 2 1 Spordybde målt mellom spor (mm) 5.2.3 Friksjon Dekkefriksjonen er målt både med automatisert og håndholdt utstyr. For de automatiserte målingene er Statens vegvesens måleutstyr ROAR (ROad Analyzer and Recorder) benyttet. Det er også utført manuelle målinger med et håndholdt måleutstyr; Viggomat (også kalt Veslefrik), som er utviklet av med Oslo Vei AS i samarbeid SINTEF. I tillegg har NGU utført målinger med den tradisjonelle British Pendulum (Erichsen, Eyolf, 24) Om vi sammenligner verdiene fra makroteksturmålingene (MPD målt med ALFRED), ser vi ingen sammenheng mellom variasjoner i MPD og friksjon målt med ROAR på disse datasettene. Det er heller ikke mulig å finne noen sammenheng mellom PSV-verdiene for disse tilslagstypene og henholdsvis friksjonsparametrene MPD (makrotekstur) eller friksjonskoeffisient målt med ROAR Om vi sammenligner middelverdier for sommermålinger ved ROAR og måling med British Pendulum på veg, får bergartene samme rangering. Resultatene må imidlertid tas med visse forbehold, fordi differensene mellom de ulike verdiene som nevnt er relativt små sammenliknet med målemetodenes nøyaktighet. Det ser også ut til å være er en viss korrelasjon mellom pendelmålinger og friksjon målt med håndholdt utstyr av typen Viggomat. 5.2.4 Konklusjon fra feltforsøk i Sør-Trøndelag Det er et stort potensial i å oppnå lang dekkelevetid ved valg av sterke bergarten som dekketilslag. Den totale sporutviklinga for dekkene på Klett viser sporslitasje på 1 til 3 mm pr. vintersesong avhengig av steintilslagets kvalitet. Det er god korrelasjon mellom mølleverdi og piggdekkslitasje (R 2 =,92) ved SINTEFs målebjelke når data tolkes med fikserte endepunkter. Det er i tillegg til piggdekkslitasje observert en betydelig sporutvikling også sommers tid; i størrelsesorden fra ingen signifikant sporutvikling (jaspis) til opp til 1 til 1,5 mm pr. sommer (Horvli, Værnes, 26, SINTEF rapport SBF53 A61). Dette betyr en sporutvikling sommers tid på i størrelsesorden 5 % av piggdekkslitasjen. Denne sporutviklingen skyldes sannsynligvis noe etterkompaktering første sommersesong etter legging, men i hovedsak plastiske deformasjoner generelt på varme sommerdager. Noe kan også skyldes steinslipp på grunn av dårlig vedheft (porfyr er særlig utsatt).
12 Friksjonsmålingene som er utført på forsøksstrekningene viser at alle asfaltdekkene har betydelig større friksjon om vinteren enn sommers tid (målt på fuktig bar veg). Dette skyldes hovedsakelig effekten av oppruing av piggdekk om høsten og vinteren, og tilsvarende polering fra trafikk (sommerdekkene og piggfri dekk) fra våren og utover sommeren. De ulike bergartene har ulikt potensial til polering. Det er ikke påvist noen sammenheng mellom makrotekstur og friksjon målt på vegen. Det er heller ikke funnet noen sammenheng mellom makrotekstur og PSV på disse feltene. Makrotekstur målt med ALFRED viste lavest verdi for felt 2 med Gabbro som hadde høyest mølleverdi. God makrotekstur vil opplagt være en fordel for å drenere overflatevann og dermed redusere faren for vannplaning. Slitesterkt steintilslag vil med andre ord fremme en god makrotekstur. 5.3 Feltforsøk i Vestfold 5.3.1 Beskrivelse av forsøksfelt Forsøksfeltene på E 18 ligger på et nytt anlegg som ble åpnet høsten 21, og ÅDT er på 15 til 16 som vist i tabell 8. Strekningene ligger på Hp4 og Hp5 på E 18 nord i Vestfold. Det er etablert seks forsøksfelt som er plassert etter hverandre som vist i bilag 2. Felt 1 til 6 er har polymermodifisert bindemiddel, mens felt 7 er lagt med ordinært bindemiddel. Felt 1 til 4 er Ab 16 med ulike steinkvaliteter, felt 5 og 6 er Ska 16 med to ulike steinkvaliteter og felt 7 har samme tilslag som felt 1. Vegstrekningen blir saltet om vinteren (strategi bar veg). Trafikkdata Vi har ingen registreringer for piggdekkbruk direkte på strekingen. Den nærmeste registrering av piggdekkandel som kan brukes som en rimelig tilnærming er data fra Drammen, se tabell 4. For vintersesongene 21/2 22/3 23/4 er piggdekkandelen etter dette hhv 4 41 34 % og i gjennomsnitt 38 %. Tabell 9 viser ekvivalent piggdekktrafikk for strekningene. Tabell 8: Trafikkmengder på E 18 År ÅDT Andel pigg på lette [%] ÅDT-T Andel pigg på tunge [%] Målepunkt [%] 21 1656 Ikke registrert 14.4 Ikke registrert Tellepunkt 716 Nygård 22 1488 Ikke registrert 13.1 Ikke registrert Tellepunkt 716 Nygård 23 1554 Ikke registrert 13.1 Ikke registrert Tellepunkt 716 Nygård 24 1575 Ikke registrert 13.5 Ikke registrert Tellepunkt 716 Nygård Tabell 9: Ekvivalent andel trafikkarbeid med piggdekk på E6 18 Vinter- sesong ÅDT N ekv pigg 1) ÅDT 1%pigg 2) 21-22 1572 141834 3894 22-23 1521 156364 4343 23-24 15645 1287414 3576 Snitt 21-24 15525 1417629 3938
13 5.3.2 Sporutvikling Sammenlikning av sporslitasje med mølleverdier: Vi har sammenliknet målt sporslitasje (spordybde og sporareal) på forsøksfelt 1 til 4 med mølleverdien til steintilslagene. Figur 4 viser sammenhengen mellom mølleverdi og totale sporslitasje målt med SINTEFs utstyr, tolket med faste endepunkter. Vi har også sammenliknet med den rene vinterslitasjen, og figur 5 viser sammenhengen mellom mølleverdi og samlet spordybde- og sporarealutvikling i vintersesongene. Sammenhengen mellom mølleverdi og total slitasje for Ab16-Pmb-feltene. 16 14 16 14 Spor: Areal: y =.424x + 3.638 R 2 =.8178 y = 5.7948x + 43.543 R 2 =.763 Spordybde (mm) 12 1 8 6 4 Felt 4 Felt 3 Felt 1 Felt 2 12 1 8 6 4 Sporareal (cm²) 2 2 5 1 15 2 Mølleverdi Figur 4: Sammenhengen mellom mølleverdi og total slitasje målt med SINTEFs utstyr med faste endepunkter. Sammenhengen mellom mølleverdi og vinterslitasje for Ab19-Pmb-feltene. 18 16 18 16 Spor: Areal: y =.2584x + 5.446 R 2 =.3625 y = 4.4167x + 79.392 R 2 =.5893 Spordybde (mm) 14 12 1 8 6 Felt 4 Felt 3 Felt 1 Felt 2 14 12 1 8 6 Sporareal (cm²) 4 4 2 2 5 1 15 2 Mølleverdi Figur 5: Sammenhengen mellom mølleverdi og vinterslitasje målt med SINTEFs utstyr med faste endepunkter. Regresjonskoeffisientene viser at det er bra sammenheng mellom mølleverdi og sporutvikling for disse dekkene når det sammenliknes med total slitasje/sporutvikling målt over hele profilet med SINTEFs bjelke. Vi ser at vi får vesentlig dårligere regresjonskonstanter når vi sammenlikner med vinterslitasje. Dette er noe overraskende, etter som mølleverdien bare er relevant for piggdekkslitasje eller vinterslitasje. Det kan være noe tilfeldig at måleresultatene slår ut på denne måten i forhold til mølleverdi, og dekkene bør derfor følges opp over lenger tid for å få sikrere
14 data. Det er mulig at mørtelfasen spiller en betydelig rolle for slitestyrken av godt graderte dekker med polymermodifisere bindemidler, slik at steintilslagets innflytelse blir mindre enn for ordinære dekker. Dette må imidlertid undersøkes nærmere før en kan trekke noen klare konklusjoner. Sammenlikning med slitasjeverdier fra ringbaneforsøk: Det er utført slitasjeforsøk i VTIs ringbane i Linköping for å teste motstand mot piggdekkslitasje på noen dekketyper og tilslagsmaterialer (Jakobson, Torbjörn, 25). De aktuelle massetypene i ringbanen som kan sammenlignes med reseptene lagt i felt er Ab 11-masser. På grunn av at reseptene i ringbanen ikke hadde polymermodifisert bindemiddel, kan imidlertid innflytelsen av steinmaterialets styrke være noe forskjellig fra massene som er lagt på E18, da disse har polymermodifisert bindemiddel (bortsett fra ett felt). Figur 6 viser korrelasjonen mellom spordybder i ringbanen og total spordybde på E18 fra SINTEFs målinger (med faste endepunkter på måleprofilene). Dette viser en god sammenheng mellom sporslitasje i ringbane og målt i felt, noe som indikerer at vi kan overføre resultatene fra parameterstudiene i ringbanen til feltforhold med rimelig god sikkerhet. Det er imidlertid for få punkt i korrelasjonsstudien til at vi kan betrakte tallverdien på korrelasjonskoeffisienten som reell. Sammenhengen mellom sporslitasje i ringbane og spordybder målt med SINTEFs utstyr med faste endepunkter. y =.8658x + 2.9552 R 2 =.8938 Spordybde(mm) Ringbane SINTEF Felt 1 4.3 6. Felt 2 9.2 1.8 Felt 3 4.1 7.7 Felt 4 2.8 4.9 Spordybde (mm) målt SINTEFs utstyr, tolket med faste endepunkter, sommeren 24 12 8 4 Felt 3 Felt 1 Felt 4 4 8 Spordybde, ringbane (mm) Felt 2 Figur 6: Sammenhengen mellom sporslitasje i ringbane og totale spordybder målt med SINTEFs utstyr med faste endepunkter. 5.3.3 Deformasjon i Wheel Track - utstyr Det beste uttrykket for stabiliteten i massen får en ved å se på de deformasjoner som oppstår i prøven mellom 1 og 2 passeringer. CEN bruker uttrykket Tracking Rate og beskriver dette som gjennomsnittlig deformasjon pr 1 sykler i området mellom 5 og 1 sykler. Deformasjonen uttrykt som Tracking rate eller deformasjonskoeffisient er vist i figur 7. Om vi sammenligner resultatene fra Wheel Track-forsøk på prøver innhenta fra felt med sporutvikling målt med Alfred, ser vi at begge datasett har samme trend. Dette kan tyde på at mørtelfasens innflytelse og stabilitetsegenskapene i dekket vil ha forholdsvis mer å si for total sporutvikling for asfaltdekker med polymermodifiserte bindemidler enn for dekker med ordinære bindemidler. Mørtelfasen kan med andre ord også til en viss grad ha innflytelse på sliteegenskapene og bestandigheten av dekket.
15 Wheel Track undersøkelse ved ATI,45,4 Tracking rate (mm/1 cycler),35,3,25,2,15,1,5, Lierskogen Ab 16 - B 7-1-lab- Lierskogen Ab 16 - PmB 6-lab- Lierskogen1) Ab 16 - PmB 6-veg- m/nbs-t1-veg Ab 16 - B 7-1 m/nbs-t1-veg. Figur 7: Tracking-rate, fra Wheel-trackforsøk på ulike dekkeresepter fra forsøksfelt på E18 i Vestfold Ab 16 - B 16-22 Deformasjonsegenskapene til forsøksdekkene ble også undersøkt ved Nottingham Asphalt Testing (NAT). Resultatene er vist i figur 8, og viser at de to dekkene av Ska har markert større syklisk kryp enn Ab-massene. Her må en imidlertid være oppmerksom på at Ska-massene ikke har polymermodifisert bindemiddel. Av Ab-massene er sandstein (Hanekleiva) og porfyr (Hadeland) best med lavest verdi for syklisk kryp. Det må nevnes at tilslaget fra Hanekleiva hadde spesielt høy flisighet. veg-hanekleiva Ab 16 med PmB 6- veg-hedrum Ab 16 med PmB 6- veg-hadeland Ab 16 med PmB 6- veg-lierskogen Ska Fib 16-B 7-1- veg-hadeland Ska Fib 16-B 7-1- 1 Cyclic creep at 4 C Deformation (microstrain) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Hedrum AB 16 Hadeland SKA FIB 16 Lierskogen SKA FIB 16 Hadeland AB 16 Lierskogen AB 16 Hanekleiva AB 16 1 1 1 14 18 23 Number of cycles Figur 8: Syklisk kryp som funksjon av antall belastningsrepitisjoner for en del resepter testen med NAT (ref NCC Roads / ATI)
16 I ringbaneforsøkene ble også mørtelfasen undersøkt ved at et sterkt tilslagsmateriale ble blandet sammen med et svakt materiale i mørtelfasen og vise versa. Disse forsøkene viser også at mørtelfasen, dvs materialet < 4 mm har stor betydning for et dekkeslitasjen. 5.3.4 Friksjon Det ble foretatt måling av friksjon på alle forsøksfeltene med to typer måleutstyr; ROAR og Viggomat. Figur 9 viser måleresultatene fra ROAR som gjennomsnittsverdier for hver prøvefelt over 3 år. Disse målingene viser i hovedsak at: Rett etter dekkelegging er det liten forskjell på friksjonen på de forskjellige vegdekkene. Etter to vintersesongen begynner forsøksfelt 2 med det svakeste steintilslaget å få vesentlig lavere friksjon enn de andre feltene. Høsten 23 var friksjonskoeffisienten helt nede i,5. Dette er likevel over standardens krav som er minimum,4. Friksjonen varierer over året. Den ser ut til å være størst om vinteren og våren, for så å synke fram til piggdekksesongens start. Det vil si at vegdekkene får en målbar poleringseffekt av trafikken i løpet av sommersesongen, i størrelsesorden,2 enheter forskjell fra vinter til sommer. Friksjonskoeffisient målt med ROAR. 1.1 1..9.8.7.6.5 Friksjon målt med ROAR. Målingene 22 og 23 er foretatt med variabel slipp, friksjonskoeffisienten er gitt som maksimal friksjon ("Oscar mup"). Målingene 24 er gjort med fast 18% slipp. jan.2 jan.3 jan.4 22-3-21 22-4-16 22-6-17 22-9-24 22-11-1 23-3-26 23-5-16 23-6-3 23-7-1 23-8-6 23-9-18 Felt 1.66.84.72.64.86.82.82.64.67.66.56.9.93.74 Felt 2.65.76.73.65.88.82.8.52.56.6.53.7.71.61 Felt 3.7.89.8.73.88.86.86.67.72.74.67.96 1.1.85 Felt 4.65.78.73.63.82.81.79.62.63.65.57.89.93.75 Felt 5.7.86.72.62.83.78.78.7.71.69.61.97.99.8 Felt 6.69.81.69.59.77.75.75.67.67.65.57.93.94.76 Felt 7.84.78.69.85.8.79.78.67.67.62 24-3-31 24-4-15 24-5-11 Figur 9: Midlere friksjonsverdi for hvert forsøksfelt og måledato
17 5.3.5 Makrotekstur Makroteksturen på de ulike prøvestrekningene er målt med to metoder: Sandflekkmetoden ( sandpatch ) og ved lasermåling med ALFRED. Det er god korrelasjon mellom disse målemetodene. Det er registrert betydelig dårligere tekstur på feltene med Ab enn på Ska-feltene. På felt 2, Ab med mekanisk svakt steintilslag (larvikitt), er det markert dårligst tekstur, noe som også kan observeres rent visuelt. Her er bergarten for svak i forhold til mørtelfasen til å danne tekstur når dekket slites ned. MPD målt med ALFRED: Makrotekstur, eller ruhet i dekkeoverflata, kan uttrykkes gjennom parameteren Mean Profile Depth, MPD, og kan måles med ALFRED. For forsøksfeltene på E18 er MPD målt en gang hvert år fra 22 til 24. ALFRED beregner en verdi for MPD for hver 25 cm langs dekket, og vi har videre beregnet midlere MPD pr. kjørefelt for hver måledato. Figur 1 viser resultater fra målingene 24. Figur 11 viser midlere MPD for hvert forsøksfelt og måledato. Det er tydelig at forsøksfelt 2 har lavere MPD enn de andre Ab16-dekkene. Dette feltet har et meget svakt steintilslag, og slitestyrken på mørtelen mellom steinene er dermed mer lik styrken på steintilslaget enn på feltene med sterkere stein. Dermed vil ikke steinene i toppen av dekket stikke like mye opp som på de andre Ab16-dekkene. Midlere profildybde (MPD) i ytre hjulspor 2.5 Hp4/65 Felt 6 2. Hp4/64 Hp4/63 Felt 5 Hp4/62 MPD 1.5 1. Posisjon / forsøksfelt Hp4/61 Felt 4 Hp4/6 Hp4/59 Felt 3 Hp4/58 Felt 2 Hp4/57 Hp4/56 Felt 1 Hp4/55 1 2 MPD 3 4.5. 22-5-7 23-4-23 24-6-23 Måledato Felt 1 1.25 1.14 1.19 Felt 2.69.69.64 Felt 3 1.24 1.19 1.19 Felt 4 1.21 1.19 1.21 Felt 5 1.98 1.65 1.45 Felt 6 1.91 1.6 1.42 Figur 1: Resultater fra målingene av MPD i 24. Figur 11: Midlere MPD for hvert forsøksfelt og måledato.
18 Ska-dekkene har vesentlig høyere MPD enn Ab16-dekkene på nylagt dekke. Etter som disse slites synker MPD-verdien og nærmer seg verdien for Ab16-dekkene. Dette er som forventet, rett etter dekkelegging har Ska en mye grovere struktur enn Ab16 og mer åpent hulrom på overflata. Etter hvert som Ska-dekket slites, blir hulrommene delvis tettet igjen og de høyeste toppene slites ned. Vi ser at etter 3 år er det svært liten forskjell på makroteksturen av Ska-dekkene og Ab med sammenlignbar steinkvalitet. Ab-dekket med svakt steintilslag har jevnt mindre makrotekstur. Den praktiske konsekvensen av lavere makrotekstur vil være todelt: Dekket vil være mer utsatt for vannplanning, men kan være mer gunstig for støysituasjonen. Det siste antagelsen kan være usikker og bør verifiseres med målinger. 5.3.6 Konklusjoner fra feltforsøk i Vestfold Spormålinger med ALFRED og SINTEF-bjelke i perioden 21 til 24 viser total sporutvikling for dekkene på E18 på 1,6 til 3,4 mm avhengig av tilslagstype og resept. Det er rimelig god sammenheng mellom total sporutvikling og mølleverdi for Ab-dekkene med polymermodifisert bindemiddel, men svak til dårlig korrelasjon mellom piggdekkslitasje/vinterslitasje og mølleverdi (R2 fra,4 til,6). Dette er noe overraskende, og bør verifiseres ved videre oppfølging over flere år for å få et sikrere datagrunnlag. Det er ikke observert signifikant sporutvikling sommers tid. Med SINTEFs målebjelke er det målt 5 % større sporutvikling på felt 7 uten polymermodifisering enn med tilsvarende resept i felt 1 med polymermodifisert bindemiddel. Wheel Track-forsøk utført på laboratorietillaga prøver og masser tatt fra felt viser store effekter av polymermodifisering. Forsøk i NAT viser at de polymermodifiserte Ab-massene har klart bedre deformasjonsegenskaper enn Ska uten polymermodifisering. Mørtelfasen kan også til en viss grad ha innflytelse på slitasjeegenskapene og bestandigheten av dekket. Dette er begrunnet i at spormålingene blant annet viser at Ab 16 uten polymer med tilslag fra Lierskogen har 5-8 % større spor i felt enn tilsvarende dekke med polymermodifisering (PmB6) uten at det er påvist deformasjonspor i felt. Videre har det polymermodifiserte dekket i felt nr 2 med svakt steintilslag (Hedrum: LA = 32,5, Mølleverdi = 17,1) omtrent samme sporutvikling som felt nr 7 med et langt sterkere steintilslag, men da uten polymermodifisering (Lierskogen: LA-verdi =15,4 og Mølleverdi = 9,5). Disse forhold krever imidlertid nærmere undersøkelser før en kan trekke noen klare konklusjoner. Friksjonsmålingene som er utført på forsøksstrekningene viser at alle asfaltdekkene har betydelig større friksjon om vinteren enn sommers tid (målt på fuktig, bar veg). Dette skyldes hovedsakelig oppruingseffekten fra piggdekk om høsten og vinteren, og tilsvarende polering med sommerdekk / piggfri dekk fra våren og utover sommeren. Makrotekstur målt med ALFRED viste lavest verdi for felt 2 med mekanisk svakt tilslag av larvikitt / anorthositt fra Hedrum pukkverk (dette tilslaget var benytta som representant for tilslag utenfor spesifikasjonene i retningslinjene). God makrotekstur vil opplagt være en fordel for å drenere overflatevann og redusere faren for vannplaning. Det er noe usikkert hvordan dette slår ut med hensyn på støy.
19 5.4 Feltforsøk i Nordland 5.4.1 Beskrivelse av forsøksfelt To forsøksstrekninger er etablert høsten 21 på RV 8, hovedparsell 1, vest for Fauske sentrum. Det er lagt Ab 16 med to ulike tilslag: mylonitt fra Ottersbo og gabbro fra Veset. Forsøksfelt 1 omfatter strekningen fra km,4 til,52 og forsøksfelt 2 strekningen fra km,958 til 1,78. I felt 1 er det benyttet tilslagsmaterialer fra Ottersbo, mens det i felt 2 er benyttet tilslagsmaterialer fra Veset. Lengden av begge forsøksfeltene er på 12 m. Oversikt over forsøksfeltene er vist i bilag 2. 5.4.2 Sporutvikling Ved å midle resultatene for kjørefelt 1 og 2 og beregne lineære regresjonskurver gjennom datasettene er det beregnet initialspor og midlere årlig sporslitasje for hvert forsøksfelt og målemetode. Initialsporet er ganske likt på de to feltene, ALFRED viser omtrent 2 mm mindre spordybde enn SINTEFs målebjelke. Den årlige slitasjeutviklingen er ganske lik for de to feltene, ALFRED viser noe større verdi enn SINTEFs utstyr, se figur 12 og tabell 1. 2 Spordybder (mellom spor) målt med ALFRED og SINTEFs utstyr 18 16 14 Spordybde (mm) 12 1 8 6 4 2 Felt 1.1 SINTEF Felt 1.2 SINTEF Felt 2.1 SINTEF Felt 2.2 SINTEF Felt 1.1 ALFRED Felt 1.2 ALFRED Felt 2.1 ALFRED Felt 2.2 ALFRED mai. 1 aug. 1 nov. 1 feb. 2 mai. 2 aug. 2 nov. 2 feb. 3 mai. 3 aug. 3 nov. 3 feb. 4 mai. 4 aug. 4 nov. 4 feb. 5 Måledato Figur 12: Tidsutviklingen av spordybde (mellom spor) ved begge målemetoder.
2 Tabell 1: Initialspor og årlig slitasje (mm) på forsøksfeltene Initialspor Årlig tillegg Middel ÅDT ÅDT 1 % pigg * Felt 1, SINTEF 6, 3,2 9817 4383 Felt 2, SINTEF 6,3 3,6 7858 358 Felt 1, ALFRED 3,8 4,2 9817 4383 Felt 2, ALFRED 4, 4, 7858 358 Resultatet var i utgangspunktet litt uventet, i og med at steinmaterialet i felt 1 i følge laboratorietestene (mølleverdi og Sa) er vesentlig mer slitesterkt enn materialet i felt 2. Ser vi på arbeidsresepten for felt 1, er det imidlertid bare 47 % steinmateriale (8/16) som har den sterkere steinkvaliteten fra Ottersbo. Om vi nå regner ut en vektet middelverdi for møllerverdi av steintilslaget > 4 mm i felt 1, kommer vi til Mv = 7,7. Trafikkmengden uttrykt som ÅDT på felt 1 er videre 25 % større enn på felt 2. Dette er såpass stor forskjell at det ser ut til å oppheve effekten av den økte styrken i steinmaterialet i felt 1 når det gjelder sporutvikling. Dette stemmer også godt med en teoretisk analyse med slitasjemodellen som er utvikla ved VTI med inngangsdata som nevnt. Det kan også tenkes at en del av sporutviklinga skyldes plastiske deformasjoner i asfalten eller permanente deformasjoner i de underliggende lag, eventuelt noe steinslipp i overflata. 5.4.3 Konklusjoner fra feltforsøk i Nordland Årlig sporutvikling for feltene er ganske lik til tross for at steintilslaget i felt 1 har vesentlig større slitestyrke enn i felt 2. Dette skyldes sannsynligvis at bare en del av steintilslaget (47 %) i asfaltresepten for felt 1 var erstattet med sterkere tilslag, samtidig som trafikkmengden var 25 % større på dette feltet. Dette stemmer også overens med beregninger med slitasjemodellen som er utvikla ved VTI i Sverige. I tillegg kommer muligheten for at noe av spordannelsen kan skyldes plastiske deformasjoner i asfaltdekket eller underliggende lag, eventuelt noe steinslipp. Det er videre behov for å følge opp strekningene over flere år for å verifisere dette. Friksjon målt med det håndholdte Viggomatutstyret viser ingen påviselig forskjell mellom forsøksfeltene, noe som samsvarer godt med de målte PSV-verdiene for dekketilslagene. Måling av med sandflekkmetoden viste at det var ganske stor spredning i dekkeruheten. Dette kan tyde på at det har blitt en del separasjon av massen under utleggingen. 5.5 Feltforsøk i Hedmark 5.5.1 Beskrivelse av forsøksfelt Forsøksfeltene ble etablert i 21 på Rv 2 og Rv 26, og gir den mest sentrale dokumentasjonen som grunnlag for oppfølging av sporutvikling ved slitasje og eventuell deformasjon i tillegg til friksjonsoppfølging. Det er etablert i alt sju felt: fem felt med på Rv 2, som er en vegstrekning med bruk av salt vinterstid, og to felt på RV 26, der det ikke er blir brukt salt under vinterdriften. Fire av felta (to hver veg) blir fulgt opp med SINTEFs målebjelke for spormåling. Her blir effekter av to ulike bergarter (porfyr fra Hadeland og Gabbro fra Kjølaberga) sammenlignet med hensyn til funksjonsegenskaper, spor og friksjon. I tillegg er det etablert to felt av en svakere lokal kvalitet med et mer finkornig dekke på Rv 2. På Rv 2 er det brukt salt 15-2 % av vinterdagene, mens det ikke er brukt salt på Rv 26. Oversikt over de forskjellige feltene er vist i bilag 2.
21 Trafikk: Piggdekkandelen er på gjennomsnittlig 63 % og 65 % på hhv Rv 2 og Rv 26, med en svak reduksjon over måleperioden. Dette er typisk lavtrafikkerte veger med ÅDT på ca 3. Ekvivalent ÅDT av lette biler med piggdekk på helårsbasis (hele året med 1 % piggdekk) er på 68 og 72. Da er det også korrigert for andel av tida som er snødekt, kfr formel 3) i kap 5.1. Data fra trafikktellinger og registrering av piggdekkandel er utført av Statens vegvesen og vist i tabell 11, og beregning av ekvivalent piggdekkbruk er vist i tabell 12. Tabell 11: Trafikkmengder og piggdekkandeler Lette kjøretøy Vintersesong ÅDT-T Veg ÅDT [%] Rv 2 Rv 26 Piggfri [%] Med pigg [%] Tunge kjøretøy Piggfri [%] Med pigg [%] Med kjetting [%] 21/22 2975 18 34 66 92 8 22/23 39 18 37 63 92 8 23/24 3 18 4 6 92 8 21/22 314 1 32 68 92 8 22/23 3176 1 35 65 92 8 23/24 315 1 38 62 92 8 Tabell 12: Ekvivalent andel trafikkarbeid med piggdekk på Rv 2 Veg År ÅDT N ekv pigg 1) ÅDT 1%pigg 2) K 1* ÅDT 1%pigg 3) 21/22 2975 2823 773 649 Rv 2 22/23 39 311591 854 717 23/24 3 285727 783 673 snitt 83 68 21/22 314 319729 876 683 Rv26 22/23 3176 35294 967 754 23/24 315 321521 881 669 snitt 98 72 5.5.2 Sporutvikling Figur 13 viser sporutviklinga registrert med SINTEFs målebjelke grafisk framstilt. Vi ser at det er små verdier det er snakk om, selv etter tre vintersesonger. De registrerte verdiene er i samme størrelsesorden som nøyaktigheten på måleutstyret, og profiluttegningene viser også at det er vanskelig å se noe uttalt spormønster på de fleste feltene. Det er så å si ingen spotutvikling på feltene etter første vintersesong, felt 4 viser faktisk synkende spordybde med tida. Siden dette er et Ska-dekke, kan dette kanskje forklares med at etter hvert som vegdekket slites og hulrommet mellom steinene tettes til, vil teksturverdien bli lavere. Dermed blir det også færre og grunnere hull å måle i for målespissen.
22 Største slitasjedybde beregnet ut fra overflateprofil. Slitasjeareal beregnet ut fra overflateprofil. 6 18 16 5 14 Største slitasjedybde (mm) 4 3 2 1 Slitasjeareal (cm²) 12 1 8 6 4 2 Ska16 m/hadeland 4-16mm Ska16 m/lokalt materiale Ska16 m/lokalt materiale Ska16 m/hadeland 11-16mm 21 - Vår 22 2,95 2,84 4,72 5,68 21 - Høst 22 3,51 2,25 4,25 2,84 21 - Vår 23 3,17 2,32 4,53 3,77 21 - Vår 24 2,94 2,5 4,31 2,17 Ska16 m/hadeland 4-16mm Ska16 m/lokalt materiale Ska16 m/lokalt materiale Ska16 m/hadeland 11-16mm 21 - Vår 22 1,87 6,41 11,44 16,15 21 - Høst 22 1,82 3,69 1,97 8,9 21 - Vår 23 2,98 2,14 9,83 7,32 21 - Vår 24,6 2,91 9,2 1,37 Figur 13: Slitasjedybder og bortslitte arealer målt med SINTEFs rettholtbjelke 5.5.3 Konklusjoner fra feltforsøka i Hedmark Resultatene viser så langt ingen signifikant sporslitasje. Dette er også i samsvar med det en kan vente ut fra trafikkbelastningen om vi legger formel 2) til grunn for beregning av piggdekkeksponering. Feltene i Hedmark bare har bare ca 15-2 % piggdekkeksponering sammenliknet med forsøksfeltene i Sør-Trøndelag, Vestfold og Nordland, som alle har relativt lik eksponering beregnet etter formel 2). Om en i tillegg tar hensyn til effekten av snødekt veg, er piggdekkeksponeringen enda mindre. 5.6 Samla vurdering av feltforsøkene Resultatene fra feltforsøkene sammen med forsøkene i ringbanen ved VTI inngår som et viktig grunnlag for optimale valg av dekketilslag på høytrafikkerte veger. Det er ennå for tidlig å trekke konklusjoner fra de lavtrafikkerte vegstrekningene i Hedmark. Når en også får med data over noe lenger tid fra disse (SIV 2), vil resultatene fra SIV kunne gi et godt grunnlag for å evaluere krav til steinmaterialer i vegdekker for hele spekteret av ÅDT. Det er videre behov for å se nærmere på stablitet og vedheftingsegenskaper som innebærer noen usikkerheter ved disse indersøkelsene. Dette kan eventuelt også innga i et nytt program SIV2. 6 Ringbaneforsøk Det ble utført slitasjeforsøk i VTIs ringbane i Linköping i Sverige for å teste sporutvikling ved piggdekkslitasje. To ulike dekketyper, Ska og Ab, med ulik maksimal steinstørrelse er undersøkt. Bergarter fra ulike forekomster som spenner over et bredt spekter av slitestyrke (Mv) og med ulik tendens til poleringsegenskaper er testa. Alle dekkereseptene er optimalisert etter gjeldende retningslinjer. Sju av tilslagene er også representert i referansestrekninger lagt i felt, kfr delprosjekt P3.3, kapittel 5 her.
23 Ringbaneforsøkene omfattet 14 forskjellige dekkeresepter med ulik maksimal steinstørrelse og steinkvalitet. Hver dekketype hadde to parallelle testplater. Tabell 13 viser det prinsipielle opplegget for forsøkene. Tabell 13: System for ringbaneforsøk med laboratorieblandede prøver Bergartvarianter A-D er koda etter følgende system: A: god slitestyrke, god poleringsmotstand, B: god slitestyrke, dårlig poleringsmotstand, C: dårlig slitestyrke, god poleringsmotstand, D: dårlig slitestyrke, dårlig poleringsmotstand. I hovedsak ble tre ulike asfaltresepter testet. Steintilslagene representerte et utvalg bergarter fra norske pukkverk og spente over hele spekteret fra svært sterke til svake bergarter, med mølleverdier i området 3 til 2. Dekkene ble proporsjonert med hensyn til optimalt bindemiddelinnhold og kornkurve. Tre hovedtyper dekker ble testa: Ab11, Ska11 og en svensk resept ABS16. Den siste ble tatt med for å knytte en referanse til tidligere svenske data fra VTI 199-98, /5/ - /18/. Hovedserien av asfaltresepter hadde maksimal steinstørrelse på 11 med mer for å sikre en homogen masse. I tillegg var det noen varianter med maksimal steinstørrelse på 8 og 16 mm for å studere innflytelsen av tilslagets kornstørrelse. Tidligere undersøkelser ved VTI hadde påvist god korrelasjon mellom piggdekkslitasje i VTIs ringbane og sporslitasje i felt. Slitasjeforsøkene i VTIs ringbane i Linköping ble som nevnt over utført med til dels samme bergarter som i feltforsøkene. I ringbanen ble også innflytelsen av maksimal kornstørrelse og steinkvaliteten i mørtelfasen undersøkt. Det ble ikke utført uttømmende testserier av disse