Slotsgrus - Nyt koncept til opbygning af stibefæstelser

Transkript

1 Slotsgrus - Nyt koncept til opbygning af stibefæstelser Seniorrådgiver Palle Kristoffersen, Landskabsarkitekt Ph.D., Skov & Landskab KVL pkr@kvl.dk Civilingeniør Gregers Hildebrand, Ph.D., Vejdirektoratet,Vejteknisk Institut ghb@vd.dk Anvendelse af grusbelægninger til stier er af miljømæssige og æstetiske årsager ofte et ønsket alternativ til f.eks. asfalt eller OB belægninger. Grusbelægninger er traditionelt billigere i anlæg men kræver så til gengæld en anden drift. Denne drift har til formål at fastholde overfladen i det ønskede profil, at vedligeholde den ønskede overfladestruktur og at friholde overfladen for ukrudt. Igennem de seneste årtier har grusbelægninger været udført med en traditionel opbygning af bærelag af stabilt grus med et tyndt slidlag af leret vejgrus. Ulempen ved denne opbygning er at slidlaget af lergrus ofte er et uspecificeret materiale, der typisk bliver glat i våd tilstand, samt at mulighederne for at profilere og ukrudtsbekæmpe mekanisk i overfladen hæmmes af, at der sker oprivning af sten fra bærelaget af stabilt grus, hvilket forringer kvaliteten af overfladen. I samarbejde med Slots- og Ejendomsstyrelsen blev i 2002 udviklet et nyt koncept for opbygning af grusbefæstelser. Konceptet går ud på at anvende samme materiale som bærelag og som overfladelag. Materialet, der indgår i konceptet er varemærkeregistreret som Slotsgrus. Siden introduktionen har konceptet fået en stor anvendelse inden for primært park- og landskabssektoren til stier, pladser mm. Materialet og konceptet har i 2006 undergået en afprøvning på Vejteknisk Institut. Resultaterne herfra viser at materialet har en bæreevne omtrent som stabilt grus SG og at det kan indbygges i op til 30 cm tykke lag i én arbejdsgang med anvendelse af almindeligt komprimeringsmateriel. På baggrund af resultater fra denne afprøvning er der udarbejdet specifikation og funktionskrav for Slotsgrus. Baggrund I gennemførte Skov & Landskab et udviklingsprojekt i samarbejde med Slots- og Ejendomsstyrelsen, der skulle anvise metoder til anlæg og renovering af stier i forbindelse med omlægning af stinettet i Frederiksberg Have. En væsentlig del af projektet var at indkredse og afprøve materialer, der kan bruges til anlæg af grusbelægninger. I Frederiksberg Have var målet at anlægge grusstier, der kunnen afløse de daværende, delvist asfalterede, stier. Kravet var, at stierne skulle kunne være farbare i alle typer vejr: regn, sne, frost, tø, tørke. Det stillede store krav til materialerne, der skulle kunne indbygges til en fast, hård overflade. Overfladen måtte ikke være fedtet i våd tilstand og ikke støve i tør tilstand. Materialerne måtte ikke kunne sporkøres, og de skulle være i stand til at fastholde et hvælvet stiprofil. Stierne skulle fremover kunne drives uden pesticider, men med mekaniske behandlinger, der i et vist omfang bearbejder overfladen og det øverste lag af befæstelsen. Det stillede krav til gruset, der i indbygget tilstand skulle kunne bearbejdes og igen blive fast efter bearbejdningen. Det viste sig i løbet af den første udredningsproces at den fremherskende måde at anlægge grusbefæstelser på var en opbygning med stabilt grus som bærelag og et slidlag af leret vejgrus eller stenmel. Dette slidlag var ofte kun få cm tykt da disse materialers egenskaber sædvanligvis ikke tillod at de blev anvendt i større tykkelse. Især leret vejgrus var meget ustabilt især i fugtig tilstand med opblødning og tilsmudsning til følge. Tilsvarende var stabilt grus ofte ikke egnet til at udgøre et underlag for et porøst ubundet overfladelag, idet stabilt grus ikke har en fast overflade, hvorfor der ofte sker oprivning af sten, der ender på overfladen.

2 Ligeledes oprives laget af stabilt grus når der skal foretages vedligeholdelse i form af mekanisk ukrudtsbekæmpelse og omprofilering. Der viste sig derfor tidligt et behov for at finde et materiale til opbygning af totallag, hvor det er samme materiale, der udgør bære- og slidlag. Den væsentligste nutidige reference til stigrusmaterialer var Normer for Anlægsgartnerarbejde (Landsforeningen af Danske Anlægsgartnere, 1992). Heri var anført, at lergrus som hidtil har været det fremherskende produkt til stibelægninger - skal have en kornstørrelsesfordeling på 0-8 mm og et ler-/siltindhold (partikler under 0,075 mm) på % samt et U-tal større end 5. Normer for Anlægsgartnerarbejde angiver, at denne specifikation ikke findes i andre Danske Standarder eller lignende og dermed var den eneste reference til stigrusmaterialer. Senere har Normer og vejledning for anlægsgartnerarbejde 2005 bl.a. på baggrund af projektet i Frederiksberg Have ændret beskrivelsen af Lejret vej- og stigrus til at består af fraktioner fra 0-4 mm og 0-16 mm, hvor andelen af finstof (0.075 mm) nu uden yderligere forklaring er reduceret fra % til 8-12 %. Afprøvning af materialer Indledningsvist blev der ved projektet i Frederiksberg Have foretaget en screening af materialer hos til tre leverandører af sten og grus. På baggrund heraf blev der udvalgt 15 materialer, hvoraf 8 blev afprøvet som toplag i 5 cm tykkelse og 8 der blev afprøvet som totallag i 10 cm tykkelse. Der blev 7 gange i løbet af 2002 foretaget registreringer af flg. parametre: evnen til at fastholde det udlagte profil, opretholdelse af jævnhed, farve, afblanding af grove partikler, fasthed målt som nedsynkning, afsmitning i vådt vejr og evne til at støve i tørt vejr, forekomst af ukrudt og endelig en brugervurdering af de forskellige materialer. Grundlæggende opfyldte en stor del af materialerne de funktionskrav der var opstillet til grusbelægninger. De målte parametre blev kvantificeret og en sammenstilling viste at det materiale, der indgik både som toplagsmateriale og totallagsmateriale var marginalt bedre end en række af de øvrige og frem for alt viste afprøvningen at det kunne bruges til begge anvendelser. En yderligere fordel ved dette materiale var at det var sammensat af tre fraktioner, hhv. leret grus, stenmel og små skærver, samt at det stammede fra en grusforekomst uden væsentligt indhold af kalk, hvilket har betydning for farven og holdbarheden. Slotsgrus Materialet, som viste sig marginalt bedre end de øvrige, blev varemærkeregistret af Skov & Landskab og der blev i foråret 2003 indgået en kontrakt med Stenrand Grusgrav om at producere Slotsgrus på licens. Efterfølgende har det fået en stor udbredelse og har været anvendt på mere end 600 unikke byggesager af varierende størrelse, fra petanque baner til slotte og herregårde og offentlige parkanlæg. Anvendelsen i forbindelse med formelle byggesager, har medført spørgsmål om beskrivelse og specifikation af materialet og om dets bæreevne, hvorimod der til anvendelse i f.eks. kommuners almindelige anlægs- og driftsvirksomhed ikke har været stillet tilsvarende spørgsmål. For at imødekomme de behov der er for dokumentation mm. har der i 2006 været et samarbejde mellem Skov & Landskab og Vejteknisk Institut om opstilling af specifikationer og funktionskrav for Slotsgrus. Formålet var at beskrive Slotsgrus ud fra gængse laboratorieforsøg samt at vurdere og opstille funktionskrav for produktet. Første del er udført gennem laboratorieprøvninger af produktet i Vejteknisk Instituts laboratorium i Fløng, mens anden del af opgaven er gennemført dels ved undersøgelse af 0-6 år gamle stibefæstelser i Frederiksberg Have samt ved et feltforsøg udført i Stenrand Grusgrav ved Kalundborg.

3 Udførte laboratorieprøvninger Af Tabel 1 ses, at materialet består af 0/8 mm med overkorn, at der er et fillerindhold på cirka 10 %, at sandækvivalenten ligger lige omkring 30, og at Slotsgrus ikke er plastisk. Materialet kan indstampes til en maksimal tørdensitet på cirka 2,080 Mg/m3 ved såvel standard proctor som vibration. Det optimale vandindhold på godt 8 % er næste dobbelt så højt som det naturlige vandindhold. Materialet består af stærkt tilslag med en LA-procent på cirka 30 % (0,063/4 mm), et formindeks på cirka 15 % (4/8 mm), og andelen af runde korn i 4/8- fraktionen er under 20 %. Tabel 1. Resultater fra laboratorieprøvning af Slotsgrus. Lab. nr. 1 Lab. nr. 2 Lab. nr. 3 Max. stenstørrelse (mm) Gennemfald 63 µm (%) 9,7 10,7 9,8 Std. proctor 2,06 2,08 2,09 ρ d,max (Mg/m 3 ) Std. proctor 7,9 8,4 8,7 w opt (%) CBR ved w opt (%) 55 (skønnet) 75 (skønnet) 23 Vibration 2,08 2,10 2,04 ρ d,max (Mg/m 3 ) Vibration 9,0 8,9 8,8 w (%) Sandækvivalent (%) Naturligt vandindhold 4,2 4,7 4,6 w nat (%) Plasticitetsindeks Ikke plastisk Ikke plastisk Ikke plastisk PI (%) Los Angeles (63 µm 4 mm) Formindeks (4-8 mm) (%) Uknuste korn (4-8 mm) C r (%) Det bemærkes endvidere af Tabel 1, at der kun er begrænset variation i resultaterne fra de tre undersøgte prøver af Slotsgrus udtaget samtidig på produktionsstedet. På DTU blev udført frosthævningsforsøg på prøver leveret af Vejteknisk Institut. I figur 1 er resultaterne af frosthævningsforsøget vist grafisk.

4 Frosthævning 120 mm (1) Silt (2) SG 0/16 (3) SG 0/16 (4-3) Slotsgrus (5-3) Slotsgrus (6-1) Slotsgrus (6-1) Slotsgrus (8-2) Slotsgrus (9-2) Slotsgrus Døgn Figur 1. Resultater af frosthævningsforsøg. Signatur for kerner (x-y): x er kernens nummer, mens y er lab. nr. for Slotsgrus. Figur 1 viser, at der ikke er nogen signifikant forskel i frosthævningsrisiko mellem Slotsgrus og referencen stabilt grus. Mens silten giver den forventede frosthævning på godt 100 mm (svarende til 90 % af den oprindelige højde af legemet), giver stabilt grus anledning til en frosthævning på cirka 20 mm (17 %), og Slotsgrus giver en frosthævning på cirka 24 mm (20 %) for de seks undersøgte legemer. Det vurderes derfor, at frostfarligheden for Slotsgrus svarer til frostfarligheden for stabilt grus. Funktionsprøvning af eksisterende belægninger med Slotsgrus i Frederiksberg Have For at vurdere kvaliteten og specielt bæreevnen af Slotsgrus-belægninger i drift blev tolv strækninger med forskellig alder udvalgt. Alle strækninger var placeret i Frederiksberg Have, Indenfor hver af de udvalgte strækninger udvalgte Vejteknisk Institut fem tilfældige målepunkter, hvori målinger af bæreevne med minifaldlod blev foretaget. På baggrund af minifaldlodsmålingerne samt efterfølgende lagtykkelsesmålinger blev E-værdien for Slotsgrus lagene bestemt. Figur 2 viser resultaterne i afhængighed af anlægsåret. MPa E-værdier Figur 2: Sammenstilling af beregnede E-moduler E 0,100 for hvert anlægsår.

5 De to yngste belægninger fra august 2006 er ekskluderet fra beregningen af dimensionerende E-værdi p.g.a. dårligt anlæg i en våd periode. Middel E-værdi er beregnet til 307 MPa med en spredning på 83. Den dimensioneringsgivende E-værdi er bestemt som 85 % fraktilen, til en værdi på 252 MPa. Ækvivalensfaktoren til stabilt grus SG er beregnet som 3. rod af forskellen mellem SG og Slotsgrus. Ækvivalensfaktoren er 1,06, hvilket i praksis betyder at med de lagtykkelser og de belastninger, der er tale om til disse anvendelser kan der anvendes SG tykkelser direkte. Indbygningsforsøg For at vurdere hvorledes Slotsgrus er at arbejde med i praksis rent anlægsteknisk og hvordan det kan indbygges med almindeligt entreprenørmateriel blev undersøgt ved hjælp af et feltforsøg i Stenrand Grusgrav. Der blev anlagt et forsøgsfelt med 15 felter à cirka 3 meter x 4 meter, hvor materiale blev indbygget i 5 forskellige lagtykkelser fra 5 til 30 cm færdig tykkelse. Komprimering blev udført pladevibrator, model Wacker DPU 5045H, 410 kg med frem og bakfunktion, Pladestørrelse 90x60 cm og tromle, model Bomag BW 100 AD kg, arbejdsbredde 1,00 m. Tromlen blev anvendt både i en serie med vibration og uden vibration. Der blev gennemført komprimeringskontrol med isotopudstyr efter 0, 2, 4, 7 og 10 overkørsler. I hvert forsøgsfelt blev der målt med isotopsonden i fem punkter. Data blev sammenstillet så antal af nødvendige antal overkørsler for opnåelse af 95 % vibration i hver parcel med hver metode blev sammenstillet. I Tabel 2 ses en til praktisk brug bearbejdet udgave af resultaterne. Tabel 2: Anbefalede kombinationer af lagtykkelser og komprimeringsmateriel. Lagtykkelse 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm 30 cm Vibrations-tromle (2,5 t) Tromle (2,5 t) Plade-vibrator (400 kg) Vandindholdet spiller en stor rolle for materialet komprimeringsegenskaber. Antallet af overkørsler i Tabel 2 er bestemt ved et vandindhold 2-3 % under det optimale vandindhold, W opt. Valget af komprimeringsmetode har stor indvirkning på den resulterende jævnhed. Anvendelse af pladevibrator giver mindre jævnhed end anvendelse af tromle og specielt når der anvendes vibration på tromlen og specielt ved lagtykkelser over 10 cm. Konklusion Med udvikling af Slotgrus konceptet er det blevet muligt på en simpel og ressourcebevist måde at projektere grusbefæstelser. Ligeledes er anlægsprocessen via anvendelse af toltallagsprincippet blevet effektiviseret. Håbet er at dette beskrevne koncept betyder at den resulterende brugsmæssige og æstetiske kvalitet også vil følge med.