Session 40 Anders Huvstig

Aktiv Design

VägprojekteringVägbyggnad

Anders Huvstig VGtav

2

Två vägar med samma trafik och samma typ av konstruktion, men olika ålder

35 år gammal motorväg med s.k. arbetsindränkning och 15 cm tjock

beläggning. Ca 40 000 fordon per dygn med ca 10 – 15 % tung trafik.

Beläggningen är fortfarande i gott skick.

25 år gammal motorväg med s.k. BBÖ, indränkning plus 13 cm tjock

beläggning. Ca 40 000 fordon per dygn med ca 10 – 15 % tung trafik.

Beläggningen är krackelerad och ojämn.

2023-04-13 Swedish Road Administration 3

E6 Fastarp – Heberg efter 7 år

Fas 6,9 mm spår

Referens 10,7 mm spår + 55 %

Swedish Road Administration 4TerrassTerrass

5 cm asfalt (polymer)

Stabiliserat material

• I Sydafrika bygger man idag många vägar efter ett koncept med sandwich konstruktion.

• Man får en mycket liten spårbildning för vägar med upp till 6 miljoner tunga fordon.

• Denna konstruktion finns även i de franska normerna

SANDWICHKONSTRUKTION

Kostnad < 50 % av ATB VÄG

SANDWICHKONSTRUKTION I FRANSKA NORMER

6

79000 83000 87000 91000 95000 99000

Trafik(ÅDT) 1) 2) 3) 4) 8640 5) 6630 6) 7)

1)8130,2)3530,3)8310,4)5040,5)4900,6)3250,7)9640,

Tung traf(ÅDT) 1) 2) 3) 4) 1000 5) 770 6) 7)

1)1080,2)540,3)1010,4)610,5)800,6)650,7)1110,

Hastighet 110

NYBYGGAR . 1996 2000

Bel.lager 1 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

1)20TSK1604,2)45ABD1600,3)40ABS1600,4)40ABS1601,5)45ABS6)40ABS1600,7)40ABS1601,

Spårdjup(mm)

OjämnhetIRI(mm/m)

1999 04 22 2000 05 22 2001 05 08 2002 05 08 2003 05 10 2004 05 072005 07 13

E6 Ljungskile TorpGöteborgs och Bohus län , Väg: 6.00

Sträcka: 79000 99000, Körfält: 10, Riktning: Framåt, Sida för vägdata: 1

VÄGVERKET

PMS

20060223, 16.58

Vägversion: 20051211

FuUpph.BST

20

15

10

5

0

0123456

Aktiv Design kan ge dubbel livslängd utan extra kostnad!

Lerbo Bro TorpLjungskile

5 – 6 år

Plattbelastning: ca 90 MPa 250 – 500 MPa ca 150 MPa

7

Vad behöver förändras?• Analys och utredning av lämpligaste konstruktion

av vägöverbyggnaden under projekteringen!• Val av optimal överbyggnadskonstruktion under

byggskedet genom Aktiv Design, med hänsyn till verkliga materialegenskaper och utförande!

• Metodik för att värdera material och utfört arbete i form av förändrad framtida funktion!

• Bättre engagemang samt högre kunskap och kompetens i branschen!

• Ekonomiska incitament för ett mätbart bättre arbete, som ger en lägre livscykelkostnad!

8

Aktiv Design

Aktiv Design innebär att man under projekteringen förbereder olika

alternativa lösningar för att hantera naturliga variationer eller

oförutsägbara förhållanden i byggskedet, så att tid, kostnad och kvalitet för anläggningen optimeras

9

Hur konstruerar vi en vägöverbyggnad idag?

En väg för 2000 år sedan

En väg från idag

Men spåren förskräcker

Vägteknik har en mycket lång historisk bakgrund

10Km Väglängd5 10

4

8

12

16

Planerad livslängd

Verklig livslängd

“Livslängd” år till första åtgärd

Nedbrytningshastighet hos olika delar av en väg

Spårbildning för olika 100 meters testsektioner med samma trafik på Rv 44 vid Grästorp. Sektion 5 och 6 är byggd i bergskärning. Övriga sektioner är byggd på låg bank på lera.

1991 1992 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2004 20060.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

1 O

2 O

3 O

4 O

5 O

6 O

7 O

8 O

9 O

10 O

År

mm

1991 1992 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2004 2006 2007 2008 2009 20100.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

12345678910

Förlängning av tid för underhållsåtgärd om två sektioner, 7 och 8, gjorts ”starkare” vid investeringen

9 år16 år

13Km Väglängd

“Livslängd” år till första åtgärd

5 10

4

8

12

16

Verklig livslängd

Planerad livslängd

Verklig livslängd efter aktiv design

Ökad livslängd möjlig bonus

Kan man få en jämnare nedbrytningstakt längs hela vägen?

1991 1992 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2004 2006 2007 2008 2009 20100.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

12345678910

Att flytta 2-4 cm asfalt från sektion 5 och 6 (bergskärning) till sektion 7 och 8 kostar ingenting!

Vägar byggda efter BYA före 1973

Berg BergbankLera

14 cm asfaltBerget tätat med olika fraktioner

24 cm asfalt86 cm grovkross, tätat med olika fraktioner

Inga sprickorSprickor

efter 7-8 år

Vägar byggda efter BYA före 1973 (Tabell 5)

17Swedish Road Administration

UTMATTNING AV EN BELÄGGNING

εt1

εt2

+ 2cm asfalt

150 MPa

5 ton

5 ton 5 ton

εt2

Längre livstid på beläggning; minska εt1 till εt2

200 Mpa (+50 Mpa)

Alt 1: Tjockare beläggning, 2

cm, kostnad ca 20 kr/m2Alt 2: Extra packning, kostnad

ca 2 – 4 kr/m2

N överfarter

ε = töjning i underkant asfalt

18

Förändring av beläggningstjocklek vid olika värden på bärighet mätt med plattbelastning

Asfalttjocklek - mht obunden överbyggnads bärighet

100

120

140

160

180

200

220

240

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75

Andel av ATB - krav gällande Ev2 (1,0 = 150 Mpa)

As

falt

tjo

ck

lek

(m

m)

125 MPa 140 MPa 160 MPa 180MPa

-1 cm -2 cm

Extra säkerhet

ATB VÄG

19

Tysk DIN norm

Bärighet 150 MPa

Bärighet mätt med plattbelastning

X cm

Bärighet 180 MPa

X - 2 cm

Extra krav på bättre

kvalitet på bärlagret

20

BYA före 1973

Tjocklek högsta klass och näst högsta klass

29 cm 24 cm

Bergterrass

19 cm 14 cm

Jordterrass

21

Provning: Plattbelastning

Utrustning för mätning av bärighet med plattbelastning

22

Triaxialtest

Rubber membrane

Rings to fix the mould

Rubber membrane mmembrane

ICT-mould

Screw to eject the sample

Vacuum

Bottom platen with O-ring

0.1 sec

d

SVENSK STANDARD SS-EN 13286-7:2004 Fastställd 2004-02-13

23

Triaxial test ”Utmattningslast”

N = Antal lastcykler

εp =

Permanenta deformationer

σa

σb

σc

σdσa < σb < σc < σd

eller “Shake Down last”

Permanent deformation (spår)

Antal belastningar, N

A. Deformationer vid spänningar under ”Plastic Shake down gräns”. Komprimering

Spårbildning i en väg vid spänningar under ”Plastic Shake down limit”

1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 20060

2

4

6

8

10

12

14

16

Rv 46 Trädet

Sect 4NSect 5N

Rut

mm

Spårbildning på 2 olika testsektioner

på Rv 46 vid Trädet

19801983

19861989

19921995

19982001

20040

2

4

6

8

10

12

14

16

Rv 33 Vimmerby 1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V

Spår

mm

19911993

19951997

19992001

20032005

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

Rv 53 Nyköping1 N

2 N

3 N

4 N

5 N

6 N

7 N

8 N

9 N

10 N

Spår

mm

19921994

19961998

20002002

20042006

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

Rv 34 Målilla1 S

2 S

3 S

4 S

5 S

6 S

7 S

8 S

9 S

10 S

Spår

mm

Uppmätt spårbildning på ett

antal LTTP-vägar

0 100,000 200,000 300,000 400,000 500,000 600,000

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

0.0

3.0

5.0

6.0

6.8

7.48.1 8.0

8.69.0

9.7 9.710.1

10.6

0.0

10.210.7

0.0

10.9

0.0

12.1

13.6

14.615.1

15.916.3

17.117.6

0.0

3.3

4.5

5.46.0

6.57.0 7.3 7.5

7.9 8.28.6 8.7

9.2

0.0

9.08.8

0.0

9.4

0.0

9.510.0 10.2

10.611.0 11.3

11.8 12.0

Surface Mean Rut depth, mmPreliminary results

Natural gravelCrushed ag-gregate

Repetitions

mm

Skede 2: Kontinuerlig spårbildning

HVS försök med olika material

Skede 1: Packning

0 50000 100000 150000 200000 2500000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Stress path 1 Sequence 1.1

Stress path 1 Sequence 1.1

Stress path 2 Sequence 1.2

Stress path 2 Sequence 1.2

Stress path 3 Sequence 1.3

Stress path 3 Sequence 1.3

Stress path 4 Sequence 1.4

Stress path 4 Sequence 1.4

Stress path 5 Sequence 1.5

Stress path 5 Sequence 1.5

Stress path 6 Sequence 1.6

Stress path 6 Sequence 1.6

Stress path 7 Sequence 2.1

Stress path 7 Sequence 2.1

Stress path 8 Sequence 2.2

Stress path 8 Sequence 2.2

Stress path 9 Sequence 2.3

Stress path 9 Sequence 2.3

Stress path 10 Sequence 2.4

Stress path 10 Sequence 2.4

Stress path 11 Sequence 2.5

Stress path 11 Sequence 2.5

Stress path 12 Sequence 2.6

Stress path 12 Sequence 2.6

Stress path 13 Sequence 3.1

Stress path 13 Sequence 3.1

Stress path 14 Sequence 3.2

Stress path 14 Sequence 3.2

Stress path 15 Sequence 3.3

Stress path 15 Sequence 3.3

Stress path 16 Sequence 3.4

Stress path 16 Sequence 3.4

Stress path 17 Sequence 3.5

Stress path 17 Sequence 3.5

Stress path 18 Sequence 3.6

Stress path 18 Sequence 3.6

Stress path 19 Sequence 4.1

Stress path 19 Sequence 4.1

Stress path 20 Sequence 4.2

Stress path 20 Sequence 4.2

Stress path 21 Sequence 4.3

Stress path 21 Sequence 4.3

Stress path 22 Sequence 4.4

Stress path 22 Sequence 4.4

Stress path 23 Sequence 4.5

Stress path 23 Sequence 4.5

Antal lastcykler

Pe

r. s

tra

in (

µs

tra

in)

Sekvens 1

Sekvens 2

Sekvens 3

Sekvens 4

Axiell

Radiell

Resultat från triaxialförsök

Permanent deformation (spår)

Antal belastningar, N

A. Deformationer vid spänningar under ”Plastic Shake down gräns”. Komprimering

B = Deformationer vid spänningar över ”Plastic Shake down gräns”, men under ”Plastic creep gräns”

Spårbildning i en väg beroende på spänningsnivån

Permanent deformation (spår)

Antal belastningar, N

A. Deformationer vid spänningar under ”Plastic Shake down gräns”. Komprimering

B. Deformationer vid spänningar över ”Plastic Shake down gräns”, men under ”Plastic creep gräns”

B – A. Deformationer vid ”utmattningslast”, ”Plastic creep”

Denna typ av spårbildning torde knappast gå att packa bort

Spårbildning i en väg beroende på spänningsnivån, där de permanenta deformationerna delats upp i en ”komprimeringsdel” och en ”krypningsdel”

Komprimering vid packningsförsök

32

Triaxialförsök på obundna lager

Ger följande data/materialegenskaper:• Olinjär dynamisk elasticitetsmodul

(resilientmodul)• Utmattningshållfasthet (”Shake Down” gräns)• Indata för beräkning av permanenta

deformationer

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 20070

5

10

15

20

25

Rv 31 Nässjö

Sect 6SSect 9S

mm

spår

Verklig uppmätt spårbildning på två sektioner av samma väg med exakt samma trafik

VägFEM ger spänningsnivån i hela vägkroppen

40

80

120

160

40 100

200

240

20 80

Medium stressp kPa

Brottlast

0 60

Deviator stressq kPa

Plastic ”Shake down” limit?

Plastic creep limit?

A

B

A. Nässjö underkant förstärkningslagerB. Nässjö överkant bärlager

”Plastic creep” och ”Shake down” limit: Gränsvärden från Rv 40; Krossat bergmaterial

Analys av spänningsnivåer i vägkroppen

36

LERA

LERA

BERG

Aktiv design i terrasseringsarbetet

SILTIG MORÄN

Mätning med plattbelastning, torrt och vått terrassmaterial

Stabiliserad leraTjockare överbyggnad

SANDIG MORÄN

Bestäm tjocklek på överbyggnaden och andra åtgärder

37

LERA

LERA

BERG

Aktiv design i överbyggnadsarbetet

SILTIG MORÄN

Mät med plattbelastning Minst, 140, 160 eller 180 MPa

Stabiliserad leraTjockare överbyggnad

SANDIG MORÄNBÄR- OCH FÖRSTÄRKNINGSLAGER

Mät volymvikt på bärlager:Bör vara 2,30 ton/m3

38

Förslag till bonusbelopp (liten asfalttjocklek)

Plattbelastning Värde i MPa

140 150 160 170 180

Bonus kr/m2 0 1 2 3 4

Bonusbeloppet räknas på det lägsta värdet, som uppnås vid plattbelastning när man använder vältmätare!

Minsta tillåtna plattbelastningsvärde enligt ATB VÄG 125 MPa

39

LERA

LERA

BERG

Aktiv design för bestämning av beläggningstjocklek

SILTIG MORÄN

Stabiliserad leraTjockare överbyggnad

SANDIG MORÄNBÄR- OCH FÖRSTÄRKNINGSLAGER

Tjocklek på asfaltlager, anpassat efter ”bärighet” m.m.

Tack för uppmärksamheten

Idag vet vi hur vi ska bygga bra vägar – om vi vill?