Vegoverbygning - belastninger, nedbrytning og dimensjonering Geir Berntsen Statens vegvesen, Region øst Dekkeprosjektet
Innhold Intro og terminologi Belastninger fra klima og trafikk Dimensjoneringssystemer Bruk av dimensjoneringstabellen
Aftenposten 2012-09-14 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.
Veg med god standard
Nedslitt veg
Spormålinger Levetid 20 år 25 mm
Spormålinger 25 mm Levetid 8 år
Tilstand = f(ulike skader) Vanlige skadetyper: spordannelse krakeleringer andre oppsprekkinger langsgående tversgående ujevnheter slaghull overflateskader
Tilstand = f(skader 1 + skade 2 +..+skade n)
Tilstandsutvikling over tid Laveste akseptable standard Levetid L1 L0 L2
Utvikling av skadetyper
Optimal vegstandard og riktig kvalitet
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
Variasjon i bæreevne gjennom året
Tunge hjullaster medfører nedbrytning!
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
Relativ nedbrytning som funksjon av aksellast
Aksellast: 1 t 8 t 10 t 12 t 14 t Relativ nedbrytning: 0,0001 0,41 1,0 2,07 3,84
Relativ nedbrytning som funksjon av vegens bæreevne 7,7 DÅRLIG KVALITET MEDFØRER DÅRLIG BÆREEVNE OG ØKT NEDBRYTNING! 2,4
Vertikalt tilleggsspenning i en vegkonstruksjon under ei hjullast
Aksellast/lufttrykk
Litt terminologi
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
Hensikten med dimensjonering er å unngå skader for tidlig Deformasjoner og spor Ujevnheter på langs inkl. telehiv Sprekker, krakelering og hull
Krav til overbygningen (Håndbok 018 kap. 510.1) 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.
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
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
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 10-20 cm bestemmes av trafikkbelastningen
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 30-110 cm - bestemmes av trafikkbelastning og undergrunn
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)
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:
Trafikkbelastninger - helst ikke på skulderen!
Svake vegkanter - kantsprekker
Bæreevne i tverrprofil relativt til bæreevne ved senterlinjen 125
Breddeutvidelse
Dimensjoneringssystem
Dimensjoneringssystem Ytterpunktene er: Dim. basert på erfaring (empirisk dimensjoneringsystem) Teoretisk dim. Vi bruker all den kunnskap vi har om materialenes egenskaper, trafikkbelastning, klima mv.
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
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.
Dimensjonering, nivå 1
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
4.-potensregelen aksellast 4 referanse-aksellast Eksempler: 8 tonn 10 tonn 4 4 16 tonn = 0,4 = 6.5 10 tonn
Dimensjonerende trafikk Ekvivalente aksellaster 6t 12t 2t 2t 7t 5t 10t 6t 0,13 + 2,0 + 0,002+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
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 512.6 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
Bestemmelse av trafikkgruppe (ant. 10 t ekv. aksellaster) Eksempel: ÅDT=3000, 15 % tunge kjøretøy gir ÅDT-T=450 20 års dim.periode 2 % trafikkøkning 10 t aksellast 2 kjørefelt
Bæreevnegrupper
Hvordan innvirker undergrunnen? sterk undergrunn svak undergrunn
Dim. tabell Håndbok N200, figur 512.2
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
Valg av dekke
Overbygning Slitelag 4 cm Ab Bindlag 3 cm Agb Øvre bærelag 8 cm Ag Nedre bærelag 10 cm Ak Forsterkningslag 80 cm pukk Frostsikringslag
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
Spørsmål?