1. No category

EXAMENSARBETE
Inventering av dimensioneringsmetoder
för överbyggnader hos vägar och övriga
trafikerade ytor
Erika Granbom
2015
Högskoleexamen
Samhällsbyggnad
Luleå tekniska universitet
Institutionen sör samhällsbyggnad och naturresurser
INVENTERING AV DIMENSIONERINGSMETODER FÖR
ÖVERBYGGNADER HOS VÄGAR OCH ÖVRIGA
TRAFIKERADE YTOR
Erika Granbom
Förord
Som avslutande uppgift på Samhällsbyggnadsprogrammet vid Luleå Tekniska Universitet ska
ett examensarbete på 7,5 högskolepoäng genomföras. Under våren 2015, när den
verksamhetsförlagda utbildningen genomfördes, fick jag frågan av Ramböll om att utreda
vilka dimensioneringsprogram för överbyggnader som används inom företaget samt om det
finns andra program som kan tänkas vara bättre lämpade. I och med detta hade jag grunden
för mitt examensarbete.
Jag vill tacka alla som på något sätt bidragit till mitt examensarbete. Ett stort tack vill jag rikta
till alla som tagit sig tid att delta i min enkätundersökning. Vidare vill jag tacka mina
handledare Tommy Edeskär och Virgilio Pérez för att ni kommit med era synpunkter gällande
mitt examensarbete. Slutligen vill jag rikta ett särskilt tack till Anneli Jonsson för att du har
granskat min rapport och stöttat mig genom hela examensarbetet, din hjälp har varit
ovärderlig!
Erika Granbom
ii
Sammanfattning
Det finns en rad olika metoder som kan användas för överbyggnadsdimensionering av vägar
och övriga ytor. Vilken metod som lämpar sig bäst beror bland annat på vilken typ av yta som
ska dimensioneras.
Denna utredning fokuserar i första hand på vilka metoder som används vid
överbyggnadsdimensionering inom Ramböll, vilka ytor de används till samt vilka för- och
nackdelar metoderna har. Dessutom presenteras PCASE, ett dimensioneringsverktyg som med
fördel kan införlivas i företaget på grund av dess framstående egenskaper.
iii
Innehållsförteckning
1.
Inledning............................................................................................................................. 1
1.1 Bakgrund .......................................................................................................................... 1
1.2 Syfte och mål .................................................................................................................... 1
1.3 Frågeställning ................................................................................................................... 1
1.4 Avgränsningar .................................................................................................................. 1
1.5 Genomförande .................................................................................................................. 2
1.5.1 Enkätundersökning .................................................................................................... 2
1.5.2 Litteraturstudie .......................................................................................................... 2
2.
Teori ................................................................................................................................... 3
2.1 Överbyggnader ................................................................................................................. 3
2.1.1 Flexibla överbyggnader ............................................................................................. 3
2.1.2 Styva överbyggnader ................................................................................................. 4
2.2 Överbyggnadsdimensionering .......................................................................................... 4
2.2.1 Trafikbelastning ........................................................................................................ 4
2.2.2 Klimat ........................................................................................................................ 4
2.2.3 Dimensioneringsperiod ............................................................................................. 5
2.2.4 Befintlig mark ........................................................................................................... 6
2.3 Dimensioneringsprinciper ................................................................................................ 6
2.4 Linjärelastisk teori ............................................................................................................ 7
2.4.1 Svagheter med linjärelastisk teori ............................................................................. 7
2.5 Mätmetoder ...................................................................................................................... 8
2.5.1 CBR-metoden ............................................................................................................ 8
2.5.2 Fallviktsmätning ........................................................................................................ 8
2.6 Dimensioneringsmetoder ................................................................................................. 8
2.6.1 PMS Objekt ............................................................................................................... 9
2.6.2 Dimensioneringsprogram för ytor av marksten och betongplattor ........................... 9
2.6.3 HIPAVE .................................................................................................................. 10
2.6.4 Tabellmetoden (VVMB 302) .................................................................................. 10
2.6.5 Indexmetoden (VVMB 302) ................................................................................... 11
2.6.5 PVD ......................................................................................................................... 12
2.6.6 PCASE .................................................................................................................... 12
3.
Resultat ............................................................................................................................. 14
iv
4.
Diskussion och slutsats..................................................................................................... 15
5.
Referenser......................................................................................................................... 16
Tryckta referenser ................................................................................................................ 16
Elektroniska referenser ......................................................................................................... 16
Bilaga 1 .................................................................................................................................... 18
v
Definitioner och förkortningar
AASHTO:
American Association of State Highway and Transportation
Officials.
Anisotrop:
Beroende på riktning har materialet olika egenskaper.
Axellast:
Den last som belastar en hjulaxel på ett fordon.
CBR:
California Bearing Ratio, ett belastningstest för utvärdering av
överbyggnader.
Deflektion:
Nedsjunkning (här avser under belastning av en dynamisk tung
fallvikt).
Dynamisk belastning:
Belastning som varierar.
Elastisk:
Återgår till utgångsläget efter deformation.
HIPAVE:
Heavy Industrial PAVEment design, ett australiensiskt
dimensioneringsverktyg för överbyggnader.
Isotrop:
Oberoende av riktning har materialet likformiga egenskaper.
Normaltöjning:
Relativ längdändring.
PCASE:
Pavement-transportation Computer Assisted Structural
Engineering, ett dimensioneringsverktyg för överbyggnader.
Plastisk:
Formbar.
PMS Objekt:
Trafikverkets dimensioneringsverktyg för vägöverbyggnader.
PVD:
Presentation Vägteknisk Data, ett visualiseringsprogram från
KUAB.
Referenshastighet:
Högsta hastigheten en väg utformas för.
Skjuvtöjning:
Vinkeländring skapad av deformation.
Statisk belastning:
Stillastående belastning.
Terrass:
Markytan som en väg byggs på.
Viskositet:
En fysikalisk egenskap hos vätskor och gaser som betecknar dess
tjockhet. Hög viskositet innebär trögflytande, medan låg viskositet
innebär lättflytande.
vi
1. Inledning
1.1 Bakgrund
En återkommande aktivitet i markprojektörens arbete är dimensionering av överbyggnader
hos vägar och övriga ytor. För att kunna utföra en passande dimensionering finns olika
dimensioneringsmetoder som lämpar sig bättre beroende på vilken typ av yta som berörs.
Hos många teknikkonsulter använder markprojektörerna främst PMS Objekt, Trafikverkets
dimensioneringsprogram för vägöverbyggnader. Programmet har i många fall visat sig
överdimensionera överbyggnaden samt underdimensionera utskiftningsdjupet för ytor som
har lägre trafikbelastning än vägar. Ett alternativ som används är dimensionering med
tabellmetoden (enligt VVMB 302), en metod som istället underdimensionerar överbyggnaden.
Därmed finns ett behov av att undersöka ytterligare dimensioneringsmetoder som kan bidra
till förbättrade förutsättningar vid överbyggnadsdimensionering.
1.2 Syfte och mål
För att stärka markprojektörernas förutsättningar vid överbyggnadsdimensionering studeras
olika metoder, detta med förhoppning om att identifiera vilka verktyg som med fördel kan
användas till olika typer av ytor.
Det huvudsakliga målet är att ta fram en sammanställning av de dimensioneringsmetoder som
redan används, detta med stöd av hur arbetet mestadels utförs hos Ramböll. Med hjälp av
sammanställningen kan kunskapen föras vidare och bli mer tillgänglig. Sammanställningen
ska redovisa information om vem som använder sig av metoderna, vilka ytor de olika
metoderna lämpar sig bäst till samt vilka för- och nackdelar som finns med metoderna.
Även dimensioneringsverktyg som under arbetets gång framstår som intressanta kommer att
presenteras.
1.3 Frågeställning




Vilka metoder används till överbyggnadsdimensionering?
Till vilka ytor är metoderna bäst lämpade?
Vilka för- och nackdelar finns hos metoderna?
Finns det någon ytterligare dimensioneringsmetod som inte används av Ramböll som
med fördel kan införlivas?
1.4 Avgränsningar
Rapporten avgränsades genom att i första hand behandla dimensioneringsmetoder som redan
implementerats hos Ramböll och flera andra konsulter. Dessutom presenteras andra
dimensioneringsverktyg som visat på framstående egenskaper vid
överbyggnadsdimensionering.
1
1.5 Genomförande
Tillvägagångssättet för informationsinhämtningen delades upp i två delar, en
enkätundersökning samt en kompletterande litteraturstudie.
1.5.1 Enkätundersökning
Huvuddelen av underlaget hämtades från resultatet av en enkätundersökning (se bilaga 1).
Enkäten besvarades av Ramböll-anställda från hela landet, som är aktivt arbetande inom
överbyggnadsdimensionering. Enkätfrågornas innehåll bestämdes i samråd med Johan
Rönnbäck, dåvarande enhetschef för Samhällsbyggnad Luleå, som uttryckt behovet av denna
undersökning. Enkäten utformades med främst öppna frågor där respondenten själv
formulerat sina svar, men inledningsvis fanns även en övergripande fråga med kryssrutor.
Sammanställningen av enkätundersökningen utgjorde sedan det huvudsakliga resultatet som
presenteras under rubriken Resultat.
1.5.2 Litteraturstudie
För kompletterande uppgifter om dimensioneringsmetoderna samt för att ge stöd åt
enkätundersökningen har en litteraturstudie genomförts. Underlaget hämtades från LTUs
sökmotor Primo, tidigare genomförda examensarbeten, Trafikverkets hemsida samt den
tryckta skriften Vägbyggnad av Sven Agardh och Ebrahim Parhamifar.
2
2. Teori
2.1 Överbyggnader
En vägkropp består av två delar som separeras av terrassen. Den del som befinner sig under
terrassen är underbyggnaden, medan den övre delen är överbyggnaden.
Överbyggnadens huvudansvar är att bemöta belastningen från trafiken och fördela lasten
nedåt i vägkroppen, detta för att undvika att underbyggnaden utsätts för högre belastning än
den klarar av. Samtidigt ska överbyggnaden se till att vatten avlägsnas från både vägyta och
vägkropp för att inte utsättas för nedsatt bärighet. Dessutom är överbyggnaden tillför att
körytan ska uppfattas som jämn att köra på, den måste uppfylla krav på både komfort och
säkerhet som ställs av trafiken (Agardh & Parhamifar, 2014).
Figur 1: Principiell uppbyggnad av överbyggnad (TRVK VÄG, 2011, figur 1.4-3).
Överbyggnaden utgörs av ett varierande antal materiallager. Standardkonstruktionen av en
överbyggnad består av ett skyddslager närmast terrassen följt av förstärkningslager, obundet
bärlager, bundet bärlager och slitlager. De lager som befinner sig högre upp i lagerföljden har
även högre belastningsgrad, därmed ställs högre krav på vilket material som används
(Granhage, 2009).
2.1.1 Flexibla överbyggnader
Det finns olika typer av överbyggnader, en av dem är flexibla överbyggnader. En flexibel
överbyggnad har enbart obundna lager, alternativt obundna lager i kombination med
bitumenbundna lager (TRVK Väg, 2011).
Flexibla överbyggnader är någorlunda mjuka och kan därför klara av viss rörelse under
beläggningen utan att spricka, vilket innebär att de med fördel kan användas i områden med
tjällyftning. Trots att beläggningen inte spricker kan komforten, fordonskostnaden och
olycksrisken påverkas av de ojämnheter som uppstår i marken. Investeringskostnaderna för
flexibla överbyggnader är relativt låga. Däremot är underhållskostnaderna höga då den
tekniska livslängden endast beräknas till 20 år (Degerman & Haraldsson, 2003).
3
2.1.2 Styva överbyggnader
En annan typ av överbyggnad är styva överbyggnader. De består av ett eller flera lager som är
hydrauliskt bundna, det vill säga stabiliserade med betong eller cement (TRVK Väg, 2011).
Styva överbyggnader är slitstarka samt motståndskraftiga mot spårbildning och slitage av
dubbdäck. De har generellt högre bärighet än flexibla överbyggnader och används med fördel
vid hög trafikbelastning, ex. vid trafikljus, cirkulationsplatser eller vägar med mycket tung
trafik. Däremot är styva överbyggnader inte att rekommendera vid tjällyftningar större än 20
millimeter då risken för sprickor är större än för flexibla överbyggnader (Granhage, 2009).
Investeringskostnaderna för styva överbyggnader är höga jämfört med flexibla
överbyggnader, men de har i stället en teknisk livslängd på 40 år vilket resulterar i lägre
underhållskostnader (Degerman & Haraldsson, 2003).
2.2 Överbyggnadsdimensionering
Med överbyggnadsdimensionering menas att man bestämmer tillräckliga tjocklekar för
överbyggnadens olika materiallager. Vid dimensionering av en överbyggnad finns olika
metoder att välja mellan beroende på vilken typ av yta som ska dimensioneras. Genom att
välja en lämplig metod kan över- och underdimensionering av överbyggnaden undvikas. En
överdimensionering skulle innebära att vägkroppens konstruktionskostnad blir extra hög,
medan en underdimensionering leder till ökade underhållskostnader i framtiden.
Beroende på vilken dimensioneringsmetod som används krävs varierande indata. Några
uppgifter som de flesta metoder begär är information om trafikbelastning inklusive tung trafik,
klimatpåverkan, dimensioneringsperiod, bärighet hos befintlig mark samt
bärighetsegenskaper hos materialen som ska ingå i överbyggnaden (Agardh & Parhamifar,
2014).
2.2.1 Trafikbelastning
Trafikbelastning är antalet och storleken på de tryckpåkänningar som trafiken utsätter
konstruktionen för under dess livslängd. Vägkroppen belastas av olika typer av fordon som i
sin tur påverkar konstruktionen på olika sätt. Personbilar påverkar nedbrytningen av
vägkroppen minimalt, men bidrar istället till ökat slitage på körytan vid användande av
dubbdäck. Däremot är tunga fordon en kraftigt bidragande faktor till nedbrytningen av
överbyggnaden, vid högre axeltryck ökar nedbrytningen drastiskt (Agardh & Parhamifar,
2014).
2.2.2 Klimat
Klimatet har en stor inverkan på vägmaterialen och måste därför beaktas vid dimensionering
av överbyggnader. Beroende på fukthalten i materialet påverkas bärighetsegenskaperna, något
som måste beaktas vid beräkningen av bärighetsförmågan i undergrunden. Även temperaturen
är en viktig faktor att ta hänsyn till då beläggningens egenskaper påverkas av denna. Sverige
delas därför in i fem klimatzoner beroende på medelsköldmängden (Agardh & Parhamifar,
2014).
4
Figur 2: Sveriges klimatzoner (ATB VÄG, 2005, figur A10-1)
2.2.3 Dimensioneringsperiod
Tiden som vägkonstruktionen dimensioneras för kallas dimensioneringsperiod eller teknisk
livslängd. Under denna tid förväntas konstruktionen uppfylla krav som ställts, med normalt
underhåll. Olika delar i vägkonstruktionen har olika krav på den tekniska livslängden
(VU94S-2, 2002).
Tabell 1: Krav på teknisk livslängd på olika delar av investeringsprodukter (VU94S-2, 2002,
tabell 4.3.1-1).
5
2.2.4 Befintlig mark
För dimensionering av en åtgärd beräknas återstående bärighet i underbyggnad och
undergrund hos en befintlig konstruktion. Beräkningarna görs med hjälp av en tabell som
delar in jord och berg i olika materialtyper (TRVK Väg, 2011).
Tabell 2: Indelning av berg och jord i materialtyper (TRVK Väg, 2011, tabell 4.3-1).
2.3 Dimensioneringsprinciper
Som tidigare nämnt finns olika metoder för överbyggnadsdimensionering. Metoderna delas
ofta in i tre huvudgrupper; empiriska, analytiska och analytisk-empiriska metoder (Al
Barkawi, 2012).
2.3.1 Empirisk dimensionering
En empirisk dimensioneringsmetod baseras på erfarenheter från utförda undersökningar,
experiment och iakttagelser från verkliga vägkonstruktioner. Erfarenheterna har samlats in
under flera år då studierna pågått.
Nackdelen med empiriska dimensioneringsmetoder är beroendet av tidigare utförda
vägprojekt. Det innebär att nya förhållanden, ex. material och laster som inte tidigare testats,
kan bidra till att problem uppstår (Al Barkawi, 2012).
2.3.2 Analytisk dimensionering
Framtidens mål för att konstruera vägöverbyggnader är att använda analytiska
dimensioneringsmetoder. De beräknar spänningar, töjningar och deformationer som uppstår i
vägkroppen vid upprepade trafikbelastningar. När de totala påkänningarna för vägens
6
livslängd är kända dimensioneras överbyggnaden så att dessa inte överstiger hållfastheten hos
materialen (Agardh & Parhamifar, 2014).
Med analytiska dimensioneringsmetoder finns möjlighet att använda nya material och laster
eftersom inga tidigare erfarenheter krävs (Al Barkawi, 2012).
2.3.3 Analytisk-empirisk dimensionering
En analytisk-empirisk dimensioneringsmetod är en kombination mellan de två metoderna som
nämnts ovan. Spänningar och töjningar beräknas i konstruktionen, vilket är den analytiska
delen. Samtidigt som kriterier på tillåtna värden hos spänningarna och töjningarna behandlas
av den empiriska delen.
Analytisk-empiriska metoder används med fördel i väntan på att metoder som enbart baseras
på analytisk dimensionering ska ta form (Agardh & Parhamifar, 2014).
2.4 Linjärelastisk teori
De flesta dimensioneringsmetoder bygger på linjärelastisk teori. Linjärelasticitet innebär att
en kropp som belastas, fullständigt återgår till sin ursprungsform vid avlastning samt att
spänningen är proportionell mot töjningen (Dahlblom et al. 2008.)
Hos ett linjärelastiskt material är förhållandet mellan vertikalspänning (σ1) och
vertikaltöjning (ε1) konstant. Det är materialets elasticitetsmodul (E).
E = σ1 / ε1
Det negativa förhållandet mellan horisontaltöjningen (ε3) och vertikaltöjningen (ε1) är
också konstant. Den positiva kvoten är Poissons tal (υ).
υ = - (ε3 / ε1)
))
Enligt teorin ska materialen vara linjärelastiska, homogena och isotropa samt att belastningen
ska vara statisk, något som i sin tur leder till en kontinuerlig deformation. Då överensstämmer
även normal- och skjuvtöjningarna med varandra. Om dessa antaganden skulle stämma kan
effekter från olika lastkombinationer, material och klimat förutses. Metoden skulle därmed
kunna användas i projekt med ovanliga förutsättningar (Magnusson & Paterson, 2005).
2.4.1 Svagheter med linjärelastisk teori
Teorin för linjärelasticitet kräver att de grundläggande antagandena gällande
materialegenskaper och belastning stämmer överens med verkligheten, vilket de inte gör.
Överbyggnadens belastning av trafiken är inte statisk utan dynamisk, beroende på vilket
fordon som passerar varierar belastningen. Ingen hänsyn tas till belastningstiden hos
bitumenbundna material, en faktor som förändrar modulvärdena. När långsamgående tung
trafik belastar vägen påverkas värdena som mest. Ju längre belastningstiden är desto mer
sjunker modulvärdena.
7
Väldigt sällan är överbyggnadsmaterialen homogena, de flesta har varierade fysikaliska
egenskaper i olika riktningar. Materialen visar på viskoelastiska, viskoplastiska och plastiska
egenskaper när de befinner sig i verkliga förhållanden, något som inte överensstämmer med
teorin. Förhållandet mellan spänningar och töjningar i materialen är ofta komplexa och icke
linjära, samtidigt som förhållandet mellan normal- och skjuvtöjningar förändras av bland
annat sprickor i marken (Magnusson & Paterson, 2005).
2.5 Mätmetoder
För utvärdering och säkerställande av bärförmågan hos ytor finns olika mätmetoder som kan
genomföras. Beroende på vilket test det handlar om utförs det antingen på laboratorium eller i
fält (Agardh & Parhamifar, 2014).
2.5.1 CBR-metoden
California Bearing Ratio (CBR) är en provtagningsmetod som fungerar som stöd vid design
av överbyggnader. Metoden är baserad på erfarenhet och utvecklades av California Hiway
Department.
CBR-metoden är ett belastningstest som används vid utvärdering av terrass, undergrund och
förstärkningslager hos belagda ytor. Utifrån styrkan hos materialen samt uppskattad
trafikmängd bestäms respektive lagertjocklek.
Testet utförs med fördel på laboratorium med störda jordprover. För ett indränkt jordprov tar
det minst fyra dagar innan CBR-värdet är uppmätt.
För att kunna använda sig av CBR-metoden krävs en stor mängd jordprover. Dessutom är
erfarenhet och skicklighet nödvändigt för att kunna uppfatta missvisande eller felaktiga
resultat (Kumar Choudhary & Joshi, 2014).
2.5.2 Fallviktsmätning
Fallviktsmätning är en metod som mäter ytans deflektion under belastning med känd last och
kan användas för att avgöra vägars styvhetsegenskaper.
Belastningen uträttas av en fallviktsapparat som låter en vikt falla på en cirkulär
belastningsplatta med ett ovanliggande fjädersystem, kraften sprids genom denna vidare till
vägkroppen. Kraften som uppstår påverkas av viktens tyngd, fjädersystemets egenskaper,
plattans utformning, fallhöjden samt vägkroppens styvhet.
Fallviktsmätningar kan användas för att ta fram underlag för bärighetsklassning eller
belastningsbegränsning, för att förutse tillståndsutveckling eller till att planera
underhållsåtgärder samt till att utvärdera genomförda åtgärder (Agardh & Parhamifar, 2014).
2.6 Dimensioneringsmetoder
Nedan presenteras dimensioneringsmetoder som identifierats genom enkätundersökningen.
Dessutom redovisas ytterligare ett dimensioneringsverktyg, PCASE, som visat sig intressant
genom teoristudie.
8
2.6.1 PMS Objekt
PMS Objekt är Trafikverkets egna Windowsbaserade analys- och dimensioneringsverktyg för
vägöverbyggnader. Programmet kan utföra trafiklastberäkningar, bärighetsberäkningar och
tjälberäkningar (Al Barkawi, 2012).
PMS Objekt kan beräkna överbyggnaden för de konstruktioner som återfinns i TRVK Väg,
men det finns fortfarande osäkerheter vid bärighetsberäkning av betongöverbyggnader. Det är
även reglerna i TRVK Väg som programmets beräkningar grundar sig på (Trafikverket,
2013).
PMS Objekt är skapat med hänsyn till linjärelastisk teori och är ett analytisk-empiriskt
dimensioneringsverktyg. De indata som programmet begär vid överbyggnadsdimensionering
är trafikmängd (årsdygnstrafik per körfält samt andel tung trafik), klimatzon, terrassmaterial,
typ av överbyggnad samt dimensioneringsperiod (Agardh & Parhamifar, 2014).
Användaren anger även vilken typ av överbyggnad som ska dimensioneras. Det finns ett antal
olika varianter att välja mellan, dessa återfinns i TRVK Väg. Möjlighet ges även till att skapa
en egen konstruktionsuppbyggnad.
Med hjälp av trafiklastberäkningsfunktionen kan PMS Objekt beräkna antalet överfarter med
ekvivalent antal standardaxlar som kommer att belasta vägen under dimensioneringsperioden.
De indata som krävs för beräkningen är årsdygnstrafik per körfält, andel tung trafik,
trafikförändring per år och standardaxlar per tungt fordon.
Bärighetsberäkningsfunktionen kan utreda om vägkonstruktionen kan bemöta den beräknande
trafikbelastningen. Funktionen går ut på att beräkna antalet axellaster konstruktionen kan
hantera innan brott uppstår i underkanten av det bitumenbundna lagret samt i terrassytan.
Programmet kan beräkna tjällyftning, maximalt tillåtet tjällyft samt maximalt beräknat
tjäldjup i den bestämda vägkonstruktionen, med utgångspunkt från given information om
klimat, material samt lagertjocklekar. Programmet beräknar värmeflödet vertikalt genom
jordprofilen för att kunna avgöra dess vattenflödes- och fuktvandringsegenskaper som är
avgörande för tjälberäkningen.
PMS Objekt kan även analysera beläggningsslitage, utmattning av massabeläggning,
materialåtgång och totalkostnad för konstruktionen samt utföra fallviktsberäkningar (Al
Barkawi, 2012).
2.6.2 Dimensioneringsprogram för ytor av marksten och betongplattor
För överbyggnadsdimensionering av ytor med slitlager bestående av marksten eller
betongplattor finns en dimensioneringssnurra av Svensk Markbetong att tillgå.
Beräkningsprogrammet är lättanvänt och finns tillgängligt på Svensk Markbetongs hemsida.
Programmet beräknar överbyggnadens totala tjocklek där beräkningarna grundar sig på VÄG
94, Vägverket 1994, ATB VÄG, Vägverket 2001 och Markstensbeläggningars bärförmåga,
teknisk rapport nr 1999:18, KTH 1999.
9
De indata som krävs för att använda programmet är årsdygnstrafik per körfält inklusive
andelen tunga fordon, terrassens materialtyp, klimatzon samt den tekniska livslängden som
dimensioneringen ska gälla för. Med hjälp av informationen kan programmet räkna ut antalet
standardaxlar och utifrån det rekommendera en överbyggnadstjocklek samt en tjocklek för
markstenarna eller betongplattorna. Programmet beaktar även tjällyftning och bärighet vid
beräkningen (Svensk Markbetong, 2015).
2.6.3 HIPAVE
HIPAVE, Heavy Industrial PAVEment design, är ett australiensiskt dimensioneringsverktyg
som utvecklades ur CIRCLY och APSDS. Programmet bygger på linjärelastisk teori och
riktar sig mot dimensionering av flexibla överbyggnader i tungt belastade områden (Minicad
Systems, 2009).
I HIPAVE kan användaren välja både isotropa och ansiotropa materialegenskaper till sina
materiallager. Dock beaktas endast fem av 21 variabler för materiella egenskaper hos de
anisotropa materialen.
Det finns ett omfattande utbud av laster, såväl horisontella och vertikala som roterande laster.
Användaren kan välja standardfordon från ett bibliotek, där finns bland annat mobila
utrustningar som används vid containeranläggningar. Det förväntade antalet överfarter som
respektive fordon kommer att göra under dimensioneringsperioden anges även. Användaren
kan dessutom definiera egna belastningar från exempelvis containrar eller andra föremål.
Utifrån geometri och viktfördelning kan programmet sedan beräkna dess axellaster.
En framstående egenskap hos HIPAVE är att hänsyn tas till hur fordonet avviker från
mittlinjen på en grundläggande nivå. Större avvikelse leder till färre skador som påverkas av
överbyggnadstjockleken.
Genom att ta hänsyn till antalet överfarter varje fordon belastar vägen med samt
överbyggnadsmaterialens prestandaegenskaper kan HIPAVE sammanfatta de skador
konstruktionen utsätts för.
HIPAVE har en funktion, Automatic Parametric Analysis, som gör det möjligt att gå igenom
olika förslag på tjocklekar för ett eller två utvalda materiallager. Med hjälp av de olika
tjocklekskombinationerna kan programmet automatiskt konstruera tjockleken hos ett nytt
materiallager. Genom att använda funktionen tillsammans med programmets kostnadsanalys
kan finjustering av lagertjocklekarna utföras.
Programmet har ingen särskild funktion som beaktar temperatur- och klimatförhållanden.
(Minicad Systems, 2009).
2.6.4 Tabellmetoden (VVMB 302)
Tabellmetoden är en metod för nybyggnadsdimensionering av lågtrafikerade vägar med upp
till 500 000 standardaxlar. Metoden dimensionerar utifrån bärighet och tjäle.
10
För att kunna använda Tabellmetoden måste klimatzon, referenshastighet samt antalet
standardaxlar vara kända. Klimatzon och standardaxlar kan bestämmas med hjälp av VVTK
VÄG.
Eftersom vägen ofta har varierade förutsättningar under olika delsträckor delas vägen upp så
att varje del har likartade förhållanden. Detta med hänsyn till materialtyper,
tjälfarlighetsklasser samt dräneringsförhållanden i underbyggnad och undergrund.
Utifrån tabellen nedan kan sedan tjocklekarna för slitlager, bärlager, obundet bärlager samt
förstärkningslager utläsas för varje del. Om kombinationen av klimatzon och
tjälfarlighetsklass på materialet i terrassen kräver ett skyddslager dimensioneras detta utifrån
angiven referenshastighet och avläses i den undre delen av tabellen (Vägverket, 2009).
Tabell 3: Dimensionering av överbyggnad enligt DK1- nybyggnad (VVMB 302, 2009, tabell
3-2).
2.6.5 Indexmetoden (VVMB 302)
Indexmetoden är en metod för att beräkna bärighet och förutse förstärkningsbehov hos
lågtrafikerade vägar med upp till 500 000 standardaxlar.
Metoden går ut på att man utifrån tabeller i VVMB 302 beräknar överbyggnadens FE-tal som
säger hur hållbar vägen är. De faktorer Indexmetoden utgår från vid beräkning av FE-talet är
överbyggnadens materialegenskaper, lagertjocklekar samt terrassens materialtyp. Dessutom
tas hänsyn till beläggningsskador och dränering.
Utifrån överbyggnadens FE-tal bestäms det maximala antalet standardaxlar som vägen bör
klara av. Överbyggnadstjockleken ska som minst bemöta VVTK VÄGs rekommendation för
motsvarande grusbitumenöverbyggnad dimensionerad för trafik. Vid behov justeras
överbyggnadstjockleken med ett skyddslager alternativt ökat förstärkningslager med avseende
för tjäle (Vägverket, 2009).
11
2.6.5 PVD
PVD, Presentation Vägteknisk Data, är ett visualiseringsprogram framtaget av KUAB.
Programmet används främst för att presentera olika vägtekniska undersökningar (Hjelm,
2010), men kan även användas till att utföra förstärkningsdimensioneringar (KUAB, 2009).
I PVD finns olika verktyg som analyserar data från fallviktsmätningar. NOR Axle load, FIN
Empirical overlay, OVER Moduli and overlay, OVERCALC Moduli and overlay och
AASHTO overlay är sådana verktyg som kan användas vid förstärkningsdimensionering.
NOR Axle load utgår från en norsk metod för att beräkna vilken axellast en överbyggnad kan
förväntas klara av, detta genom att utvärdera deflektionen från mitten av lasten samt 20
centimeter därifrån. Verktyget kan därmed användas för att bestämma maximal axellast för en
yta samt utifrån bärighetsförmågan bestämma hur brådskande det är att utföra
förstärkningsåtgärder.
FIN Empirical overlay är ett verktyg som beräknar vilken förstärkningslagertjocklek som
krävs för att ytmodulen ska ha ett accepterat värde, detta utifrån utvärdering av deflektionen
från mitten av fallvikten. Verktyget tar hänsyn till temperatur utifrån en finsk metod och kan
dessutom beakta andra variationer över årstiderna.
OVER Moduli and overlay och OVERCALC Moduli and overlay är två verktyg som utgår
från belastningskriterier för att beräkna lagermoduler och förväntad livslängd hos
överbyggnader. Verktygen kan även föreslå en förstärkning utifrån en viss last och en viss
livslängd. Den stora skillnaden mellan verktygen är att OVER använder sig av
ekvivalentmetoden medan OVERCALC använder linjärelastisk teori vid sina beräkningar.
AASHTO overlay baseras på tillvägagångssättet i AASHTO Guide For Design of Pavement
Structures 1993 vid förstärkningsdimensionering. Beräkningarna görs utifrån deflektionen
från mitten av fallvikten samt från ytterligare en punkt som anges i AASHTOs handbok. I
AASHTO overlay används med fördel brittiska enheter för att förenkla jämförelser med
handboken (KUAB, 2009).
2.6.6 PCASE
PCASE (Pavement-transportation Computer Assisted Structural Engineering) är ett
Windowsbaserat dimensioneringsprogram som kan laddas ned gratis från Internet (US Army
Corps of Engineers, 2009).
I ett examensarbete av Fredrik Magnusson och Daniel Paterson presenteras PCASE som ett
omfattande program med en mängd olika funktioner. Programmet kan användas för
dimensionering av både styva och flexibla överbyggnader till vägar eller tungt belastade
industriytor. Möjlighet ges till att välja om dimensioneringen ska utgå från linjärelastisk teori
eller CBR-metoden. Även utvärdering av befintliga överbyggnader kan utföras med hjälp av
fallviktsförsök (Magnusson och Paterson, 2005).
Trafikinformationen som krävs för dimensionering är främst vilka fordonstyper som belastar
ytan. Användaren kan antingen välja standardfordon ur en lista, eller skapa egna varianter.
Fordonens vikt måste definieras och om det handlar om flygplan eller markfordon. Därutöver
12
ska antalet passager för respektive fordon anges. Trafikinformationen kan sparas för att
användas i andra funktioner.
Programmet erbjuder även en översiktlig utvärdering av trafikens nedbrytning i förhållande
till hållfastheten hos överbyggnaden.
PCASE har en funktion som beaktar klimatet för hela året där max-, min- och
medeltemperaturen anges för alla månader. För att programmet ska ta hänsyn till frostdjup
och nederbörd väljs ort för dimensioneringen. Med hjälp av nederbördsdata för orten kan
programmet räkna ut lämplig tjocklek för ett eventuellt dräneringslager. Genom att dela in
året i olika klimatperioder kan PCASE ta fram CBR-värden eller E-moduler för respektive
lager under varje period.
När överbyggnaden ska designas väljer användaren om dimensioneringen ska baseras på
CBR-metoden eller linjärelastisk teori, samt om överbyggnaden är styv eller flexibel. Därefter
avgörs om tjocklekar samt CBR-värden alternativt E-moduler för varje materiallager ska
definieras för hand eller om programmet ska utföra dimensioneringen.
PCASE tar hänsyn till hur fordonen avviker från den tänkta färdvägen. Ju mer fordonens
avvikande skiljer sig från varandra desto tunnare lagertjocklekar kan accepteras hos
överbyggnaden, eftersom påfrestningarna blir mindre. Genom att kunna välja en tunnare
överbyggnad kan en reducering av konstruktionskostnaderna möjliggöras.
Som tidigare nämnt kan PCASE användas för att utvärdera befintliga överbyggnader.
Användaren bygger då upp den aktuella överbyggnaden i programmet för att få en
tillståndsbedömning. Möjlighet finns till att komplettera utvärderingen med en analys av
fallviktsdata (Magnusson och Paterson, 2005).
13
3. Resultat
Nedan presenteras resultatet från den enkät (se bilaga 1) som besvarats av personer som är
aktivt arbetande med överbyggnadsdimensionering inom Ramböll. Även kompletterande
information utifrån egen litteraturstudie finns redovisad.
Program
Användningsområde
För- och nackdelar
Användare
PMS Objekt
Belagda vägar (nybyggnad)
Belagda vägar (förstärkning)
Belagda gc-vägar (nybyggnad)
Parkeringar
Torg
Fördelar: Ger tydliga svar. Tar hänsyn till de flesta
faktorer på ett rationellt sätt. Accepterat av
Trafikverket. Kan passningsräkna E-moduler från
fallviktsdata. Styvheter på lager kan korrigeras.
Fredrik Bladfors, Lu
Anton Lundgren, Lu
Lars Persson, Sund
Mikael Eriksson, St
Anders Sternhufvu
Sven Agardh, Malm
Calle Ossbahr, Malm
Martin Wiström, Ma
Nackdelar: Svårt att använda särskilda laster och
material. Ej överskådliga beräkningsprocesser, svårt
att upptäcka fel. Kan ej dimensionera ytor med
grusslitlager. Kan ej passningsräkna konstruktioner med
tunna asfaltlager. Kan underskatta tjälutskiftningar i
vissa material. Tar ej hänsyn till olika former av
nätarmering. Buggar i programmet.
Svensk markbetongs
dimensioneringssnurra
HiPave
Komplicerat att använda vid dimensionering av gcvägar, parkeringar och torg.
Fördelar: Tar hänsyn till trafikbelastning, klimatzon
samt tjällyftning.
Ytor med slitlager av
marksten/betongplattor, ex.
torg, lekytor, gc-vägar och
vägar
Högbelastade ytor, ex. hamnar,
industrier, gruvor
Nackdelar: Går ej att dimensionera särskilda laster och
material. Oklar legimitet.
Mikael Eriksson, St
Fördelar: Egna laster och material kan definieras. Tar
Sven Agardh, Malm
hänsyn till fordonens avvikande från mittlinjen. Kan
optimera lagertjocklekar utifrån en kostnadsanalys.
Nackdelar: Ej kalibrerad för svenska förhållanden.
Beaktar ej temperatur eller klimat. Ramböll saknar
licens för programvaran.
Nackdelar: Svår att modifiera när man inte vill göra en
standardberäkning. Ramböll saknar licens för
programvaran.
Fördelar: Går snabbt att beräkna påkänningar i flera
liknande konstruktioner.
APSDS
Flygplatser
Everpave
Vägar
Everstress
Spänningsberäkning
Nackdelar: Fungerar ej på Winows 7.
Fördelar: Kan användas för spänningsberäkningar.
WesLEA
Beräkning av påkänningar för
olika typer av ytor
Nackdelar: Fungerar ej på Windows 7.
Fördelar: Relativt enkelt att göra ändringar i beräknade Sven Agardh, Malm
konstruktioner.
Tabellmetoden (VVMB
302)
Indexmetoden (VVMB
302)
Belagda ytor, ex. torg,
parkeringar
Belagda ytor
Dimensionering med PVD Förstärkningsdimensionering av
belagda ytor från
fallvitsmätning.
CIRCLY, ILLI-PAVE,
ELSYM5, KENLAYER,
TRVMB 301, MMOPP
Sven Agardh, Malm
Sven Agardh, Malm
Sven Agardh, Malm
Nackdelar: Lätt att beräkna påkänningar i fel punkt om
man inte kontrollerar noga.
Fördelar: Enkelt att förstå beräkningsgången och
Fredrik Bladfors, Lu
resultatet.
Fördelar: Enkelt att förstå beräkningsgången och
Martin Wiström, Ma
resultatet.
Nackdelar: Svårt att göra en korrekt bedömning av
ingående material. Ger orimliga förstärkningar genom
att bara bygga på med beläggning på befintlig väg.
Fördelar: Baserad på flera internationella standarder.
Martin Wiström, Ma
Sven Agardh, Malm
-
14
4. Diskussion och slutsats
PMS Objekt är det dimensioneringsprogram för överbyggnader som används främst.
Programmet fungerar utmärkt till dimensioneringar av vägöverbyggnader i Sverige då det
grundar sig på Trafikverkets egna regelverk. PMS Objekt tar hänsyn till tjällyftning och är
anpassad för svenska förhållanden, vilket är en stor fördel. Men när det kommer till
överbyggnader för övriga ytor finns andra program som lämpar sig bättre.
Vid dimensionering av ytor med slitlager av marksten eller betongplattor är
dimensioneringsprogrammet från Svensk markbetong ett passande val då programmet är
anpassat för precis detta. I och med att programmet beaktar trafikbelastningen som
överbyggnaden ska kunna bemöta kan metoden användas vid dimensionering av en stor
variation av ytor, ex. lekytor, torg, vägar, gång- eller cykelvägar. Programmet kan användas i
hela Sverige då det tar hänsyn till klimatzon och därmed även tjällyftning.
Tabellmetoden och Indexmetoden är två tillvägagångssätt som används för vägar med låg
trafikbelastning. Tabellmetoden tillämpas vid nybyggnadsdimensionering medan
Indexmetoden fokuserar på förstärkningsåtgärder. Båda metoderna tar hänsyn till klimat och
kan användas runt om i Sverige.
HIPAVE passar bättre att använda vid dimensioneringar av ytor som kommer att utsättas av
tung belastning, ex. containeranläggningar, hamnar eller andra industrianläggningar. Fördelen
med programmet är att man kan definiera egna laster och material. Dessutom är HIPAVE
fördelaktigt då hänsyn tas till fordonens avvikande från mittlinjen samt att programmet kan
optimera lagertjocklekar utifrån en kostnadsanalys, det medför att både konstruktion- och
underhållskostnaderna kan reduceras. En stor nackdel däremot är att HIPAVE inte beaktar
temperatur- och klimatförhållande, vilket innebär att konstruktören själv måste dimensionera
överbyggnaden med tillräcklig förstärkning eller se till att andra åtgärder utförs. Eftersom
programmet är utvecklat i Australien måste användaren själv beakta skillnader som kan
uppstå vid användande i svenska förhållanden.
Ett alternativ till HIPAVE är PCASE, ett dimensioneringsprogram som har visat stor potential
i denna undersökning. Programmet används främst för dimensionering av vägar eller tungt
belastade ytor med styv eller flexibel överbyggnad, men med tanke på att man kan definiera
egna laster bör PCASE kunna användas för de flesta ytorna. Likt HIPAVE beaktar
programmet fordonens avvikande från färdvägen och kan på så sätt sänka konstruktions- och
underhållskostnaderna. Dessutom kan PCASE precis som PMS Objekt användas för att
utvärdera befintliga överbyggnader utifrån fallviktsdata. Men den största fördelen med
PCASE är att programmet har en omfattande klimatfunktion som tar hänsyn till
temperaturförändringen mellan olika månader, vilket är till fördel i ett land som Sverige där
temperaturen varierar från många minusgrader till plusgrader beroende på årstid.
För vägar som inte ska dimensioneras från grunden utan kräver förstärkningsåtgärder är PVD
ett lämpligt program att använda sig av. Med hjälp av olika verktyg som finns att tillgå kan
programmet beräkna vilken förstärkning som krävs utifrån fallviktsdata.
15
5. Referenser
Tryckta referenser
Agardh, S. & Parhamifar, E. 2014. Vägbyggnad.
Dahlblom, O., Heyden, S., Olsson, A. & Sandberg, G. 2008. Introduktion till
strukturmekaniken 4:2. Studentlitteratur.
Minicad Systems. 2009. HIPAVE User Manual.
KUAB. 2009. Road Data Presentation Program KUAB PVD User manual.
Elektroniska referenser
Trafikverket. 2002. VU 94S-2.
http://www.trafikverket.se/contentassets/d89c2c1830cd4edcb1a6a7e662b2cbba/d4_02_livslan
gd_och_trafikanalys.pdf (Hämtad 2015-07-19).
Vägverket. 2009. Dimensionering av lågtrafikerade vägar – DK1(VVMB 302). ISSN: 14019612.
Trafikverket. 2011. Trafikverkets tekniska krav vägkonstruktion (TRVK Väg). ISBN: 978-917467-137-7.
Trafikverket. 2013. PMS Objekt.
http://www.trafikverket.se/Foretag/Bygga-och-underhalla/Vag/Tekniskadokument/Vagteknik/PMS-Objekt/ (Hämtad 2015-07-19).
Kumar Choudhary, D. & Joshi, Y.P. 2014. A Detailed Study of Cbr Method for Flexible
Pavement Design. Int. Journal of Engineering Research and Applications 4 (5): 239-240.
http://www.ijera.com/papers/Vol4_issue6/Version%205/AI04605239253.pdf
(Hämtad 2015-07-19)
Magnusson, F. & Paterson, D. 2005. Program för överbyggnadsdimensionering i tungt
belastade markområden. Examensarbete, Chalmers Tekniska Högskola.
http://documents.vsect.chalmers.se/CPL/exjobb%202005/ex%202005-094.pdf
(Hämtad 2015-07-19)
Hjelm, R. 2010. Effekten av kantutgrävningar. Examensarbete, Luleå Tekniska Universitet.
http://epubl.ltu.se/1402-1617/2010/098/LTU-EX-10098-SE.pdf (Hämtad 2015-07-19).
Al Barkawi, H. 2012. Utvärdering av mekanisk-empiriska modeller i ett svenskt och ett
amerikanskt dimensioneringsprogram för flexibel vägöverbyggnad. Examensarbete, Lunds
Tekniska Högskola.
http://www.tft.lth.se/fileadmin/tft/dok/publ/5000/Thesis229_HAB_scr.pdf
(Hämtad 2015-07-19)
Degerman, P. & Haraldsson, M. 2003. Kalkyler vid val av överbyggnad – ett val med
konsekvenser. Magisteruppsats, Lunds Universitet.
16
http://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recordOId=1340094&fileOId=24332
70 (Hämtad 2015-07-19)
Granhage, L. 2009. Kompendium i vägbyggnad. Chalmers Tekniska Högskola.
http://www.moodle2.tfe.umu.se/pluginfile.php/21461/mod_resource/content/1/Komp_i_vaegb
yggnad_okt_2009.pdf (Hämtad 2015-07-19).
US Army Corps of Engineers. 2009. PCASE (Pavement-Transportation Computer Assisted
Structural Engineering) Program. Produktblad.
Svensk Markbetong. Dimensionering. Internetbaserat dimensioneringsverktyg.
http://www.svenskmarkbetong.com/dimensionering/default.aspx (Hämtad 2015-07-19).
Trafikverket. 2005. ATB Väg.
http://www.trafikverket.se/Foretag/Bygga-och-underhalla/Vag/Tekniskadokument/Vagteknik/Aldre-versioner-av-ATB-Vag/ATB-Vag-2005/ (Hämtad 2015-07-19).
17
Bilaga 1
Metoder för överbyggnadsdimensionering
Enkäten är en del av mitt examensarbete och med hjälp av ditt svar kan sammanställningen
av vilka dimensioneringsmetoder som används inom Ramböll bli komplett.
Sammanställningen kommer att ta upp vilka personer som använder sig av vilka
dimensioneringsmetoder, i vilka syften de olika metoderna används samt för- och nackdelar
med metoderna.
Namn:
Kontor:
E-post:
Telefon:
Metoder för överbyggnadsdimensionering
Inledningsvis kommer förslag på olika dimensioneringsmetoder där du kryssar för de metoder
du använder dig av. Följande frågor ger möjlighet till att beskriva några av dessa metoder.
Sist finns möjlighet till egna noteringar.
Vilka metoder använder du vid överbyggnadsdimensionering?
Metoder avser tillvägagångssätt för dimensionering. Det kan antingen vara dimensionering
med ett program eller att man hämtar information från tabeller som ex. vid dimensionering
enligt BYA.
_ PMS OBJEKT
_ DARWIN-ME
_ CIRCLY
_ APSDS
_ HIPAVE
_ FAARFIELD
_ LEDFAA
_ PCASE
_ ILLI-PAVE
_ EVERSTRESS
_ EVERPAVE
_ ELSYM5
_ KENLAYER
ÖVRIGT:
Metod:
Ex. dimensionering med PMS-Objekt, dimensionering enligt BYA.
Till vilka ytor metoden används:
Ex. vägar, torg, parkeringar.
För- och nackdelar med metoden:
Ex. över- eller underdimensionerar, tidskrävande.
Övrig information om metoden:
Övrigt:
Här finns möjlighet till övriga noteringar.