Verktækni - 2015, Side 43

VERKTÆKNI 2015/21 43
ritrýndar vísindagreinar
l
Hægt er að nota bæði einfalt og tvöfalt hjólasett.
l Álag getur verið í eina eða tvær akstursstefnur.
l Hægt að keyra allt að 25.000 yfirferðir á sólarhring.
l Álagshjólið getur hliðrast um allt að 0,75 m.
l Hjólaálag er mögulegt á bilinu 30­110 kN.
l Keyrsluhraði álagshjólsins getur verið allt að 12 km/klst.
Auk þess hefur hann hitastilli til að halda stöðugu lofthitastigi sem
og hitastigi í vegbyggingunni. Þær prófanir sem hér eru notaðar eru
framkvæmdar innandyra hjá VTI, þ.a. tryggja megi stýrðar umhverfis­
aðstæður, en vegsniðin eru byggð með hefðbundnum tækjabúnaði til
vegagerðar í gryfju sem er 3 m djúp, 5 m breið og 15 m löng en próf­
aða vegbyggingin er 6 m löng (Wiman 2006, 2010; Saevarsdottir o.fl.
2014).
Áhrif raka á burð vega
Hönnun og bygging vega er venjulega gerð með það að leiðarljósi að
halda veginum vel afvötnuðum og þurrum, en því miður finnur vatnið
oft einhverja leið inní bygginguna sem yfirleitt veldur skertri burðar­
getu einstakra laga hennar sem og mannvirkisins í heild sinni. Aukið
rakainnihald dregur úr stífni (e. resilient modulus) óbundnu malarefn­
anna, núningskrafti milli efnisagna og mótstöðu gegn hjólafaramynd­
un, þ.e. varanlegri niðurbeygju (Lekarp et al., 2000a; ARA, 2004;
Lekarp et al., 2000b; Theyse, 2002; Li & Baus, 2005; Ekblad, 2007;
Charlier et al., 2009; Rahman & Erlingsson, 2012; Salour & Erlingsson,
2013).
Í prófi kallað SE01 hjá VTI (Wiman, 2001), voru umtalsverð áhrif
raka staðfest eins og sjá má á mynd 4. Vegbyggingin í prófi SE01 var
byggð upp af 49 mm malbikslagi (AC pen 70/100; dmax = 16 mm) og
89 mm þykku óbundnu burðarlagi, náttúrulegur jökulruðningur
blandaður með grús, sem situr á sendnum vegbotni (mynd 4). Í HVS
prófinu var notað tvöfalt hjólaálag:
l Fyrstu milljón yfirferðir hjólaálags – 60 kN hjólaálag og 800 kPa
dekkjaþrýstingur. Eftir fyrstu 500.000 yfirferðirnar náði aukning
hjólafaradýptar jafnvægi við 0,88 mm á hverjar 100.000 yfirferðir.
l Næstu milljón yfirferðirnar var álagið aukið í 80 kN hjólaálag og
dekkjaþrýstingurinn aukinn í 1000 kPa. Aukning hjólafaradýptar
jókst í 1,03 mm á hverjar 100.000 yfirferðir.
l Það sem eftir var af prófinu var hjólaálagið og dekkjaþrýstingurinn
lækkaður aftur í 60 kN og 800 kPa, en grunnvatnsstaðan hækkuð
úr því að vera á miklu dýpi í 30 cm fyrir neðan efri brún undir­
lagsins. Aukinn raki olli því að aukning hjólfaradýptar jókst í 4,16
mm á hverjar 100.000 yfirferðir.
Vegbyggingin, prófunarferlið og mælinemarnir
Dæmigerða sveigjanlega vegbyggingu (nefnd SE10) má sjá á mynd 5.
Hún er gerð með þunnu malbiksslitlagi, bikbundnu burðarlagi,
burðarlagi og styrktarlagi sem hvílir á siltkenndum sandi. Mælinemar
sem eru byggðir inn í vegbygginguna eru streitunemar (e. ɛMU coils
– strain measuring units), sem mæla lóðrétta streitu í óbundnu lögum
vegarins, spennunemar (e. SPC – soil pressure cells), sem mæla lóð­
rétta spennu í óbundnu lögum vegarins, færslunemar (e. LVDT’s – line-
ar variable differential transducers), til að mæla lóðrétta niðurbeygju,
malbiksstreitu nemar (e. ASG - asphalt strain gauges), sem mæla
lárétta streitu í neðri brún bikbundnu laganna og rakastigsnemar (e.
moisture content sensors), sem mæla rúmmálsrakastig (e. volumetric
water content). Einnig var notaður leysinemi (e. laser) á réttskeið til að
mæla yfirborðssnið vegarins og meta þannig uppsöfnun hjólfars.
Uppsetning og nákvæmni mælinga er lýst nánar í Saevarsdottir o.fl.
(2014).
Í hraðaða álagsprófinu (HVS) var ferlinu skipt í þrjá áfanga með
ásettu álagi í báðar akstursstefnur (Wiman, 2010). Áfangarnir voru:
Forálagsfasi (e. pre-loading phase), með 20.000 yfirferðir hjólaálags
og léttu álagi (30 kN einfalt álagshjól (60 kN öxulálag) og 700 kPa
dekkjaþrýsting). Jöfn dreifing álags í lárétta stefnu var viðhöfð til að
tryggja jafna þjöppun.
Svörunarfasi (e. response phase), þar sem svörunin var áætluð frá
einföldu og tvöföldu hjólasetti við mismunandi álag og dekkjaþrýsting.
Hraðaður álagsfasi (e. main accelerating loading phase), þar sem
meira en milljón yfirferðir hjólaálags voru keyrðar á vegbyggingunni.
Í öllum tilfellum var notað tvöfalt hjólasett, með 34 cm milli miðju
dekkjanna. Dekkin voru af gerðinni 295/80R22.5, álagið var sett fast
sem 60 kN tvöfalt hjólaálag (120 kN öxulálag), 800 kPa dekkja­
þrýstingur og stöðugt hitastig við 10°C og lárétt hliðrun álagsdekksins
fylgdi normaldreifingu. Í fyrri hluta prófsins var grunnvatnsstaðan á
miklu dýpi en eftir tæplega 487 þúsund yfirferðir var vatnsstöðunni
breytt þannig að grunnvatnsstaðan var 30 cm fyrir neðan efri brún
Mynd 3 – Þungi bílhermirinn HVS Nordic staðsettur í VTI Svíþjóð.

Mynd 4 – Stækkun hjólfars í prófi SE01 (AC – malbik, BC – burðarlag, Sg – vegbotn).

0
10
20
30
40
50
0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000
R
ut
d
ep
th
[
m
m
]
Number of load repetitions, N
60kN/800kPa - moist
0.88mm / 100,000 passes
80kN/1000kPa - moist
1.03mm/100,000 passes
60kN/800kPa - wet
4.16mm/100,000 passes

4.9
[cm]
SE01
Sg

30
AC
8.9 BC
Mynd 4 – Stækkun hjólfars í prófi SE01 (AC – malbik, BC – burðarlag,
Sg – vegbotn).

Lag Þykkt [cm] Lýsing
Stærsta
kornastærð,
dmax [mm]
Fínefna-
hlutfall
[%]
Kjörrakastig
(gravimetric)
[%]
AC
malbiks-
slitlag
3,3 AC pen 70/100 16 - -
BB
bikbundið
burðarlag
7,4 AC pen 160/220 32 - -
BC
Burðarlag 8,8
Óbundið
brotið berg
(granít)
32 ~ 6 4-5
Sb
Styrktarlag 45
Óbundið
brotið berg
(granít)
90 ~ 3 4-5
Sg
vegbotn ~235
Fínkorna
siltkenndur
sandur
4 25 13
*yfir 90% af kornunum voru minni en 0,5mm

Mynd 5 – Þverskurðarmynd af vegbyggingunni SE10, ásamt innsettum nemum. Vegbyggingin samanstóð af
malbikslagi, bikbundnu burðarlagi, óbundnu burðar- og styrktarlagi og vegbotni.

Depth (cm)
SE10
94.5
64.5
19.5
3.3
10.7
ɛMU coils
SPC
LVDT´s
ASG

Ground water
table after
486,750 passings
gwt
Moisture
content sensors

ɛMU coils – vertical strain
SPC - pressure cell
LVDT´s – vertical deflection ASG – horizontal strain;
longitudinal & transversal Ground water table after
486,750/487,500 passings

Moisture content sensors
Mynd 5 – Þverskurðarmynd af vegbyggingunni SE10, ásamt innsettum
nemum. V gbyggingin amanstóð af malbikslagi, bikbundnu
burðarlagi, óbundnu burðar- og styrktarlagi og vegbotni.