Verktækni - 2015, Qupperneq 42

42 VERKTÆKNI 2015/21
ritrýndar vísindagreinar
á mynd 1. Líftíma vegbyggingarinnar er skipt upp í stutt tímabil, Δt,
þar sem öll lög vegarins eru með ákveðna efniseiginlega háð umhverf­
is­ og umferðarskilyrðum þess tímabils. Þessar inntaksstærðir eru nýtt­
ar í svörunarlíkani, sem framkvæmir burðarþolsgreiningu á veg­
byggingunni og reiknar spennu, streitu og niðurbeygju, sem byggingin
og einstök lög vegarins verða fyrir vegna gefins álags við tiltekin skil­
yrði. Niðurstöður burðarþolsgreiningarinnar eru notaðar sem inntaks­
stærðir inn í frammistöðuspálíkan sem áætlar hversu mikil áhrif við­
komandi tímaskref komi til með að hafa á hrörnun vegarins. Hrörnun
vegarins fyrir hvert tímaskref er safnað saman þar til hönnunarlíftíma
vegarins er náð (Ahmed og Erlingsson, 2013; Erlingsson, 2007).
Aðferðin gefur hönnuðum möguleika á að spá fyrir um niðurbrot/
hrörnun einstakra laga vegbyggingarinnar sem og vegbyggingarinnar
allrar sem fall af tíma. Þannig gefur hún hönnuðum möguleika á að
velja og bera saman mismunandi gerðir vegsniða með því að skoða
frammistöðu þeirra sem fall af tíma. Hönnuður getur þá valið að nota
betri og dýrari efni með lágmarkslagþykktum eða veikara og ódýrari
efni, sem þó uppfylla þröskuldsgildi um styrk, með auknum lagþykkt­
um að teknu tilliti til staðsetningar þeirra í uppbyggingunni. Með
aðferðinni er einnig hægt að spá fyrir um hvernig vegir aflagast og
hrörna og þannig auðveldað gerð langtímaáætlana um viðhald og
endurbyggingu. Einnig má meta ávinning og kostnað varðandi notkun
nagladekkja, tegund dekkja (t.d. breið dekk eða tvöfalt hjólasett),
dekkjaþrýsting, hámarksöxulþunga og tegund vegagerðarefnis.
Aðferðin nýtist einnig til að meta áhrif breytts veðurfars á líftíma og
endingu vega. Þannig er hægt að hámarka arðsemi vegbygginga og
skoða heildarkostnað veghaldara við gerð, viðhald og rekstur vega,
þ.e. framkvæma vistferilsgreiningu (e. Life Cycle Assessment).
Hraðaðar álagsprófanir (APT)
Eins og fram kom hér að framan er nauðsynlegt að bera saman niður­
stöður líkana við niðurstöður mælinga á spennum, streitu og niður­
beygjum í vegbyggingum í fullri stærð. Í hröðuðu álagsprófi er hægt
að líkja eftir álagi sem vegbygging verður fyrir á líftíma sínum á styttum
tíma. Í stað þess að brjóta niður vegbyggingu með raunálagi, sem getur
tekið um 20 ár, er álagið (þungaumferð) lagt á með aukinni tíðni og
því hægt að fá niðurstöður á um tveimur til þremur mánuðum.
Hjólaálaginu er stýrt, fjöldi yfirferða er skráður og hjólinu er beint yfir
nema sem mæla svörun vegbyggingarinnar (s.s. spennur og streitur) og
umhverfisskilyrði eru ákveðin. Ástand vegbyggingarinnar er síðan
metið með ákveðnu millibili ásamt því að svörunarmælingar eru gerð­
ar. Prófið gefur því nákvæm svörunar­ og ástandsgögn yfir allan niður­
brotstímann sem nota má til að sannreyna hin aflfræðilegu
hönnunarlíkön. Hröðuð álagspróf hafa aukið mjög þekkingu á niður­
brotsferli vegbygginga en þau eru kostnaðarsöm, sjá mynd 2 (Nokes
et al., 2012; du Plessis et al., 2008; NCHRP, 2012; Metcalf, 1996;
Kumara, 2005; Korkiala­Tanttu, 2008). Yfirleitt eru hröðuð álagspróf
bætt upp með öðrum prófunum eins og til dæmis falllóðsmælingum
og þríásaprófum.
Í eftirfarandi hröðuðu álagsprófi, sem fjallað er um hér, var þungur
bílhermir (e. Heavy Vehicle Simulator; HVS-Nordic) notaður (mynd 3).
Hann er staðsettur hjá VTI (sænska vegagerðarstofnunin) í Svíþjóð og
framleiddur í Suður Afríku. HVS­Nordic er hreyfanlegur, 23 m langur,
3,5 m breiður, 4,2 m hár og vegur um 46 tonn. Aðrir tæknilegir eigin­
leikar hans eru:
Response model
Initial condition & structure
geometry, design period = Y
Accumulate distress
Δti
i = i + 1
Pavement structure
Climate Traffic loading
End
t = t0, i = 1
ti< Y
Yes No
ti = ti-1 + Δti
Stresses, strains and displacements
Subgrade properties
Performance prediction models
Structural change
Material properties
Inputs
Analysis
Viable
alternative
Modify
strategy
No
Life cycle
cost analysis
Strategy
selection
Flexible
pavement
design
Constructability
Mynd 1 – Flæðirit af hönnunarferli vegbyggingar samkvæmt aflfræðilegum aðferðum.

Mynd 2 – Samband mismunandi verkfræði aðferða sem saman og hvert fyrir sig stuðla að þekkingu (NCHRP, 2004).

Mynd 2 – Samband mismunandi verkfræði aðferða sem saman og
hver fyrir sig stuðla að þekkingu (NCHRP, 2004).