Af Annette Vognbjerg, Ulfborg Vemb kommune, og Jørn R. Kristiansen, Carl Bro as,

Transkript

1 Udvikling af bæreevnen på lavt trafikerede veje Af Annette Vognbjerg, Ulfborg Vemb kommune, og Jørn R. Kristiansen, Carl Bro as, 1. Indledning Dette indlæg handler om resultatet af et 1-års studium af bæreevnen på 11 kommuneveje med forskellig opbygning i Ulfborg-Vemb kommune. Projektet startede i 1989 som en del af implementeringen af et PMS og sluttede i efteråret 2. Ud over en undersøgelse af den langsigtede udvikling af forskellige skadetyper på vejene (dette blev præsenteret på Vejforum 21), var formålet med projektet også at undersøge og forsøge at afdække, hvordan bæreevnen udvikler sig i praksis på et relativt lavt trafikeret vejnet. Der vil blive givet en kort beskrivelse af baggrunden for projektet. Det vil herunder blive omtalt, hvilket grundlag de nævnte teststækninger er blevet udpeget på, og hvordan der løbende er blevet foretaget analyse af materialer og jordbundsforhold. Endvidere fortælles om, hvordan der to gange årligt (maj og september) er blevet foretaget bæreevnemålinger på hver enkelt teststrækning i de samme punkter ( punkter pr. strækning). Der fortælles også om yderligere registreringer i form af fotos, daglige målinger og registreringer af meteorologiske data, ugentlige pejlinger af højden på grundvandsstanden, og hvordan der efterfølgende blev gennemført egentlige dimensioneringsberegninger. Beregninger der bl.a. viser, at grundvandstandens højde på flere strækninger har haft både negativ og positiv indflydelse på bæreevnen. Endelig vil der blive vist resultater fra en række udvalgte strækninger, hvor bæreevnen dels har udviklet sig som forventet, dels har udviklet sig på en overraskende måde. 2. Baggrund for testprojektet I 1988 var tilstanden på en stor del af Ulfborg-Vemb kommunes vejnet nået ned på et niveau, der placerede vejnettet blandt nogle af de dårligste vejnet i Danmark. Ulfborg-Vemb kommune besluttede derfor at implementere konceptet RoSy PMS inklusiv de dengang tilhørende nedbrydningsmodeller. Der blev samtidig indgået en aftale om at etablere et testprojekt, der skulle løbe parallelt med hovedprojektet, og som havde til formål at sikre datagrundlaget for en fremtidig tilpasning af de anvendte nedbrydningsmodeller til den faktiske udvikling. Aftalen om testprojektet havde følgende skriftlige målsætning: Gennem samarbejde at skabe grundlag for videreudbygning og dokumentation af RoSy PMS og tilhørende produkter til gavn for såvel brugere som leverandør. Oprindeligt, i slutningen af 1989, blev aftalen indgået som en -års aftale. Senere blev den forlænget til at skulle gælde 1 år med udløb ultimo 24. Efter udløbet af kontrakten var der en evalueringsperiode frem til efteråret Projektets omfang Følgende omfang blev aftalt for projektet: a) Oprettelse og opfølgning af 1 teststrækninger (senere udvidet til 11 strækninger), som skulle være repræsentative for det samlede vejnet. Hver strækning havde en længde på 1 meter. b) Definition og opstilling af model for beregning af den funktionelle brugstid. c) Udvælgelse af reparations- og vedligeholdelsesmetoder samt produkter. d) Test og forslag til fremtidig softwareudvikling og behov herfor. Følgende kriterier blev anvendt ved udvælgelsen af de 1 teststrækninger: a) Strækningerne skulle ligge i nærheden af lokale rensningsanlæg af hensyn til registrering af lokale klimaforhold. Rensningsanlæg foretager disse registreringer dagligt.

2 b) Strækningerne skulle være med og uden indflydelse fra grundvandspejl. c) Strækningerne skulle deles op i fire grader af trafikbelastning. d) Opdeling efter forskellig vejopbygning. e) Opdeling efter forskel i aktuel tilstand (strukturel og funktionel). f) Opdeling efter, hvordan afvandingen (grøfter/rabatter) fungerede. g) Strækningerne måtte under ingen omstændigheder blive repareret (uanset fremtidig tilstand). Dette har senere vist sig at være en meget vigtig klausul, da nogle af vejene efterhånden blev så dårlige, at der i et enkelt tilfælde er sendt en klage til kommunens politikere. Denne blev afvist med henvisning til den fælles kontrakt. Hver enkelt strækning blev efterfølgende underopdelt i 1 delstrækninger hver med en længde på 1 meter. På hver 1-meter-strækning blev der udført følgende: a) Opboringer/opgravninger og detaljerede materialeanalyser (én gang), som på grund af kontraktforlængelsen dog senere blev suppleret med yderligere en række asfaltanalyser. b) Bæreevnemålinger med faldlodsmåler (FWD) i de samme punkter to gange årligt. c) Daglig registrering af temperatur og nedbør. d) Registrering af trafikmængder (efter behov). e) Visuel tilstandsregistrering af 1 tilstandsobjekter én gang årligt. f) Foto i fugleperspektiv af hvert 1-meter-interval én gang årligt (september af hensyn til lystintensitet etc.) som supplement til punkt e). g) Nedsættelse af pejlerør og ugentlig aflæsning af niveauet for den aktuelle grundvandsstand. Figur 1 viser fire udvalgte fotos af det samme 1-meter-interval på en af teststrækningerne. Fra venstre mod højre vises det oprindelige udseende i 1989 (7 år gammel AB), udseendet efter år, 1 år og efter 13 år (2 år gammel). Figur 1. Eksempel på udseende af samme 1-meter-interval af teststrækning i 1989, 1994, 1999 og Resultater der relaterer sig til bæreevnen Som det fremgår af ovenstående, er samtlige 11 teststrækninger forskellige fra hinanden, hvad angår belægningsopbygning. Dette gælder også for trafikbelastningen, ligesom alderen på det øverste asfaltlag ved opstart af projektet svang mellem og 8 år. Figur 2a viser alderen på det øverste asfaltlag i henholdsvis 199 og 24. Figur 2b viser forskellene i belægningsopbygningen på de enkelte strækninger udtrykt som trafikbelastning (Æ1/dag) divideret med asfalttykkelsen (mm). Det ses bl.a., at strækning nr. 146 med Æ1/dag = 9, nr. 789 med Æ1/dag = 7 og nr med Æ1/dag = 31 har en væsentligt større trafikbelastning pr. mm asfaltbelægning end de øvrige strækninger. Trafikbelastningen på de øvrige otte strækninger varierer fra 1 til 29 Æ1/dag.

3 Sldlagets alder (September 24) Figur 2a. Asfaltens alder for hver sektion,6,,4,3,2,1, "Konstruktionsklasser" Figur 2b. Konstruktionsklasser Det er ikke muligt inden for rammerne af dette indlæg at gennemgå resultaterne fra hver enkelt delstrækning i detaljer. I det efterfølgende vil resultaterne fra en række udvalgte teststrækninger derfor kun blive gennemgået Strækning 78, Æ1 pr. dag 7 Slidlagets alder i 199 år Antal bæreevnemålinger/punkter (FWD) 3 pkt. med mm, 2 pkt. med 3 mm 3 pkt. med 3 mm, 2 pkt. med 2 mm 1 år Denne strækning er karakteristisk ved, at den ligger i et område, hvor man i starten af 9erne besluttede sig for at udføre tiltag, der havde til formål at lave en permanent sænkning på 2 cm af grundvandstanden i hele området. Af figur 3 (øverste figur) fremgår det, at der fra og med 199 reelt er sket en permanent sænkning af grundvandet. Det fremgår endvidere af figur 3 (nederste billede), at grundvandssænkningen, måske lidt overraskende, ser ud til at have haft en negativ effekt på bæreevnen på teststrækningen, idet restlevetiden ( målepunkter) efter at være steget år for år pludselig ser ud til at falde drastisk i 199 for derefter at begynde at stige igen år for år. Generelt er det dog meget bemærkelsesværdigt, at restlevetiden er stigende i hele tidsforløbet, da dette sker parallelt med, at asfalten tydeligvis nedbrydes kraftigt. G r o u n d - w a t e r l e v e l a n d r e s i d u a l l i f e, s e c t i o n 7 8 Groundwater level [m],, 2, 4, 6, 8 1, 1, 2 1, Residual Life [Year] Figur 3. Indflydelsen af en permanent sænkning af grundvandstanden

4 4.1.2 Strækning 213, 4- Æ1 pr. dag 11 Slidlagets alder i år Antal bæreevnemålinger/punkter (FWD) pkt. med 1 mm pkt. med 1 mm 1 år Denne strækning er specielt interessant, da den ligger i et område, hvor grundvandsspejlet svinger meget. I perioder ligger grundvandspejlet kun 2 cm under belægningsoverfladen. Det ses af figur 4, at grundvandstanden på strækningen generelt er stigende, men at der, som det var tilfældet for strækning 78, også her var tale om en reduktion i 199. Ser man på restlevetiden, blev den reduceret i 199, som det også var tilfældet for 78, samtidig med en lavere grundvandsstand. Helt karakteristisk for strækningen er det dog, at der tydeligvis er en sammenhæng mellem variationerne i grundvandsspejlet og variationen i restlevetiden. Når grundvandstanden er høj, er restlevetiden lav og omvendt, når grundvandstanden er lav, så er restlevetiden høj. Bemærkelsesværdigt er det dog også her, at restlevetid generelt er stigende gennem årene, mens asfalten de seneste år er begyndt at udvise strukturelle svagheder. Ground-water level and residual life, section 213 Grond-water level [m],,2,4,6,8 1, 1,2 1, Residual Life [Year] Figur 4. Indflydelsen af et varierende grundvandsspejl Strækning 789, 2-12 Æ1 pr. dag 7 Slidlagets alder i år Antal bæreevnemålinger/punkter (FWD) 2 pkt. med 14 mm, 3 pkt. med 6 mm 2 pkt. med 3 mm, 3 pkt. med 1 mm 1 år Denne strækning har den største trafikbelastning blandt de 11 teststrækninger. Til gengæld ligger grundvandsspejlet for denne strækning konstant i en dybde på 1 meter eller mere hele året rundt. Dele af strækningen har en belægningsopbygning samtidig med, at trafikbelastningen på hele strækningen er af en størrelsesorden, der gør, at man kan

5 begynde at overveje, om der her er tale om en lavt trafikeret vej i ordets egentlige forstand. Uanset dette er der dog tale om overraskende iagttagelser også på denne strækning. Det ses af figur a, at restlevetiden kun udvikler sig meget svagt i nedadgående retning. Dette er overraskende jf. figur b, idet strækningen allerede fra midten af 9erne begynder at udvise flere og flere strukturelle skader. Beregninger viser, at en forstærkning på 6-7 mm i hele perioden kunne have modsvaret restlevetiden på -7 år og givet strækningen en restlevetid på 1 år. Virkeligheden viser for denne strækning, at man på trods af en early warning ligeså godt kan vente med at forstærke vejen, indtil belægningen begynder at gå i stykker frem for at sætte ind, når målingerne på et tidligere tidspunkt viser, at det er nødvendigt. Spørgsmål: Sker der her en konsolidering af de underliggende lag? Restlevetid, sektion , ,% 6,% Stent ab Slaghul l er y = -9E-1x + E-6x 4 -,11x ,149x 2-714,4x +2E+6 4,% 2,%,% Kr akeler i nger Stor e r evner Små r evner Figur a. Udvikling af restlevetiden på 789 Figur b. Udvikling af overfladeskader Strækning 789.1, Æ1 pr. dag 31 Slidlagets alder i år Antal bæreevnemålinger/punkter (FWD) pkt. med 8 mm pkt. med 1 mm 1 år Denne strækning er som den forrige strækning heller ikke under påvirkning af grundvandspejlet. Det skal dog bemærkes, at det første års målinger er udført på en helt nyudlagt asfaltbelægning, hvilket måske kan være årsagen til den noget bemærkelsesværdige udvikling af restlevetid gennem de forløbne år (figur 6a). Ses der bort fra de to første år, er restlevetiden tilsyneladende jævnt faldende år for år og er i princippet fra 1992 til 2 (13 år) faldet med ca. 1 år. Om end levetidsudviklingen i praksis viser sig at variere en del fra år til år. Figur 6b viser desuden, at der i år 2 (samtidig med et voldsomt fald i restlevetiden) også sket en væsentlig udvikling i omfanget af strukturelle skader. Denne strækning må betegnes som den strækning, der bedst stemmer overens med idealsituationen, når der alene ses på udvikling af bæreevnen. Restlevetid, sektion , y =,1x 3-1,46x 2 + 1,8x - 224, 14 1,, % 12 13, % 11, % 1, 8,% 9,% 7,% 6,%,% 4,% 2,% 3,% 1, %,% Stent ab Slaghuller Krakeleringer Store revner Små revner Figur 6a. Udvikling af restlevetid på Figur 6b. Udvikling af overfladeskader

6 4.1. De øvrige teststrækninger De øvrige syv teststrækninger er naturligvis også interessante set ud fra et bæreevnemæssigt perspektiv og er som føromtalte strækninger også løbende blevet bæreevnemålt. Fælles for disse gælder, at alle med udgangspunkt i en 1-års designperiode løbende viser mindre ændringer i bæreevnen. Samtlige disse strækninger ligger dog bæreevnemæssigt inden for et variationsområde (fortsat lang levetid), der gør, at overfladetilstanden på den eksisterende belægning vil stille krav til udlægning af en ny belægning længe før, bæreevneforholdene vil stille krav til det. Det skal dog nævnes, at fem af strækningerne gennem tiden har vist faldende restlevetid, mens to har vist stigende restlevetid.. Konklusion og anbefaling En generel sænkning af grundvandspejlet i et større område medførte umiddelbart, at bæreevnen på teststrækningen i området blev dårligere. Dette skyldes måske en konsolidering af bærelagene. Situationen forblev dog ikke permanent. Strækninger med høj grundvandstand viser stor bæreevnemæssig følsomhed over for løbende ændringer i niveauet af grundvandstanden. Udviklingen af bæreevnen på lavt trafikerede veje ser ud til at udvikle sig atypisk i forhold til det, man måtte forvente. Restlevetiden syntes at øges, efterhånden som asfaltlaget nedbrydes. Det kan måske skyldes, at der efterhånden, som asfalten ødelægges, sker en konsolidering af de ubundne lag. Derudover ser det ud til, at milde vintre uden frosthævninger kan have en tilsvarende effekt på bæreevnen. Det er almindeligt kendt, at belægningstemperaturen kan have en vis indflydelse på bæreevnen. I dette projekt er der korrigeret for temperaturindflydelsen. Nyere undersøgelser viser til gengæld, at det er yderst vigtigt, at den opnåede pulstid på de udførte bæreevnemålinger bliver så ens fra gang til gang som overhovedet muligt. Specielt i begyndelsen af 9erne var man ikke opmærksom nok på dette forhold, ligesom længden på pulstiden ved datidens målinger ikke er blevet lagret i målefilerne, som det sker helt automatisk i dag. Dette forhold kan have en vis indflydelse på sammenligningerne af målingerne fra før 199.