Like and follow us on Facebook

3. Klassifisering av permanente deformasjoner og spordannelser

3.1 Hvorfor klassifisering av spordannelser er nødvendig

Et viktig skritt for å bedre tilstanden til en veg som er utsatt for permanente deformasjoner er en nøyaktig og pålitelig kartlegging av problemet. Alle påfølgende beslutninger om utbedringstiltak vil avhenge av dette.

Permanent deformasjon kan finne sted i vegdekket, i underliggende lag i overbygningen, eller i undergrunnen. Videre kan både materialkvalitet, dreneringsforhold og fryse-tine-sykluser, samt ytre lastpåkjenninger, ha stor innvirkning på hvor permanente deformasjoner opptrer og hvor alvorlige de kan være.

Det kan være vanskelig å fastlegge de underliggende årsakene til permanent deformasjon. I denne videoen fra finsk Lappland tyder formen på sporene på at problemene finnes nær overflaten. Men videoen viser også at undergrunnen består av svak myrgrunn og at grøftene er fylt med vann, noe tyder på at dreneringen ikke fungerer godt nok.

For alle disse årsakene er det svært viktig å klassifisere alle parametre som påvirker permanent deformasjon før tiltak bestemmes.


I denne leksjonen beskrives fire ulike typer spordannelser.


3.2 Spor type 0

Hva er spor av type 0?

Spordannelse av type 0 skjer ved komprimering av umettede materialer i overbygningen. I praksis skjer det alltid en viss grad av type 0-komprimering i vegkroppen etter bygging av vegen. Vanligvis er komprimering før trafikk settes på vegen tilstrekkelig for å motvirke ytterligere komprimering under trafikk. Denne type spordannelse stabiliserer seg oftest selv, dvs. enhver komprimering under trafikk motvirker ytterligere komprimering. Det bidrar også til at det komprimerte materialet blir stivere og dermed fordeler last bedre. Bedre lastfordeling gir mindre påkjenning på undergrunnen. Dermed reduseres risikoen for økte deformasjoner på dette nivået.

Dannelsen av spor av type 0 som skyldes komprimering av vegkroppen.

Hvordan type 0-spor identifiseres

Spor av denne typen viser seg vanligvis som en smal fordypning i vegdekket, sammenlignet med opprinnelig overflate. Materialet som påvirkes er oftest nær hjulspor, og små deformasjoner av denne typen kan være gunstige. God komprimering vil redusere omfanget av type 0-spor.


Frost og spor av type 0

I områder der frost trenger ned om vinteren vil frosten, kombinert med vann, føre til en liten utvidelse av materialer i overbygningen og større utvidelse i telefarlige jordarter i undergrunnen. Denne utvidelsen fører senere, i teleløsningen, til dekomprimering av lagene i vegkroppen og undergrunnen. Feltundersøkelser i ROADEX har vist at telehiv eller volumøkning på grunn av tele i vegkroppen kan variere mellom 50 og 80 mm. Det betyr at under teleløsningen om våren kan komprimering bli en mulig løsning hvis type 0-spor får utvikle seg. Naturlige variasjoner i materialene i undergrunnen kan føre til varierende hiv langs vegdekkets lengderetning, og følgelige varierende spordannelse.


Deformasjoner som skyldes skjærkrefter (omtales senere under type 1) kan knyttes til denne teleløsningsproblematikken fordi alt løsnet materiale vil være merkbart svakere enn det er i komprimert tilstand. Det kan gi uakseptabelt store spordannelser etter mange års teleløsninger.


3.3. Spor type 01

Hva er spor av type 1?

Spor av type 1 oppstår i svake kornige materialer der det kan forekomme skjærkrefter nær bilhjulet. Det fører til økte hiv tett inntil hjulsporet der grusmaterialet kan utsettes for sterke plastiske skjærspenninger og derfor ekspanderer, noe som igjen gjør materialet ganske løst. Slik spordannelse skyldes derfor hovedsakelig utilfredsstillende skjærfasthet i det kornige materialet i lag nær dekkeoverflaten.

Dannelsen av spor av type 1.

Resultater fra både forsøksdekker og fra teorien har vist at maksimal skjærspenning ved type 1-spor finnes i en dybde ca 1/3 av hjulbredden (eller bredden av hjulparet når det er tvillinghjul). Ved dekker der trafikkbelastningen er spredt over vegbredden kan denne kritiske dybden være enda litt større (brede kjørefelt, veger uten oppmerking, veger uten eksisterende spor). På tilsvarende måte kan også dekker med et tykt asfaltlag ha en kritisk dybde større enn 1/3 av hjulbredden. Det skyldes at asfaltlaget påvirker lastfordelingen i dekket. Forskningsresultater fra ROADEX II-prosjektet viste at som hovedregel er den kritiske dybden ca 150 mm under dekkeoverflaten.

Dybden for maksimal skjærspenning ved spor av type 1 under enkelthjul (“super single”) eller tvillinghjul.

Hvordan type 1-spor identifiseres

Type 1-spor er vist i figurene nedenfor.




Legg merke til karakteristiske hiv på vegskulderen, som er tydelige på bildene. Et slikt dekke kan se ut som i fig. Her kan en tydelig se «skulderen» som skyldes lokale skjærkrefter, og en ser ingen tydelig deformasjon i undergrunnen (de gule linjene er sprøytet på for å tydeliggjøre avgrensningene på bildet).


Ideelt sett skal ikke type 1-spor ha noen deformasjoner ved undergrunnens overflate. Denne type deformasjon finnes ofte der undergrunnen består av fast fjell. Bildet viser også et typisk trekk ved type 1-spor, nemlig tett krakelering i det øvre asfaltlaget


Denne type spor finnes ofte i nordiske områder med sesongvis frost. I disse områdene utgjør ofte spordannelse av type 1 det største bidraget til sporutviklingen, særlig der vegmateriale av dårlig kvalitet med høyt fuktighetsinnhold kan miste bæreevnen fullstendig i vårløsningen.


Ellers i året kan det samme materialet fungere helt tilfredsstillende, når det igjen blir komprimert (kfr. type 0-spor) og drenert. Type 1-spor er også vanlige når det er brukt tilgjengelige lokale materialer av variabel kvalitet. De oppstår også når veger med grusdekke utsettes for trafikk i våt tilstand.


Løsninger

Det finnes to virkemidler ved spordannelse av type 1:

a) forbedre materialkvaliteten i overbygningen, eller:


b) minske påkjenningene som skyldes kjøretøyenes hjullast ved å dekke til det eksisterende materialet med materiale av bedre kvalitet (bedre grus/pukk eller asfalt).


Tiltak i undergrunnen vil ikke ha noen virkning på denne type spor. Kvaliteten på grusmaterialet kan forbedres ved bedre kornfordeling (tilsette grovt materiale), komprimering (innen visse grenser),


stabilisering eller behandling med utradisjonelle tilsetningsmaterialer, bruk av stålnett eller fiberduk, eller ved forbedring av forhold som betyr mye for hvordan materialet virker (f.eks. drenering). Hvis ingen av disse løsningene virker kan det bli nødvendig å skifte ut materialet.

3.4. Spor type 2

Hva er spor av type 2?

Type 2-spor oppstår der materialkvaliteten er bedre og det oppstår spor og fordypninger over hele vegdekket. I en ideell tilstand vises dette ved at undergrunnen deformeres mens lagene i overbygningen følger disse deformasjonene (dvs uten at lagene blir tynnere)

Ved spordannelse av type 2 oppstår deformasjon i grensesnittet mellom vegkropp og undergrunn.

Deformasjonene i overflaten tar form som et bredt spor med et svak “hiv” et stykke fra hjulsporet (fordi det er deformasjoner i underlaget som er årsak til dette). Et godt eksempel på denne type skade er vist i fig.


I dette tilfellet har sporet i overflaten blir gjenfylt flere ganger, men spordannelsen i overkant av undergrunnen har fortsatt, og overbygningen har fulgt etter. Underlaget er blitt presset opp mellom hjulsporene og på vegkantene. Det er et avansert eksempel på roterende skjærkrefter i undergrunnen.


Hvordan type 2-spor identifiseres

Type 2-spor forekommer vanligvis i en større del av vegens tverrsnitt enn type 1-spor.



I områder med dyp tele kan vårløsningen som er omtalt under type 1 foran føre til type 2-spor i undergrunnen. I slike tilfeller kan en se type 2-spor om våren når undergrunnen er oppbløtt i noen uker på grunn av økt vanninnhold etter tiningen.


Fig. viser et tverrsnitt med type 2-spor, laget med georadar. Hvis det finnes falloddsmålinger kan type 2-spor kjennetegnes ved lave E-modulverdier i undergrunnen og høye verdier for nedbøyningsindeks (jfr. leksjonen om undersøkelses- og målemetoder).


Løsninger

Hovedutfordringen når type 2-spor skal forebygges er å minske de belastninger som overføres fra undergrunnen til vegens overflate. Det kan først og fremst gjøres ved å øke tykkelsen av lagene i overbygningen. Dette kan være vanskelig, enten på grunn av mangel på tilgjengelige materialer av god kvalitet, eller på grunn av fare for setninger når lasten økes.



I så fall kan overbygningens evne til lastfordeling (8) bedres ved å legge et nett av stålarmering 200-300 mm under vegens overflate eller ved stabilisering av nedre lag i overbygningen. Slike tiltak er likevel oftest mindre effektive enn økning av lagtykkelsen.

En svært god løsning mot spor av type 2 er montering av et stålnett i vegkroppen. Stålnettet øker vegkonstruksjonens strekkstyrke og fordeler hjullastene fra tunge biler over et større område. Dette reduserer kritiske spenninger og deformasjoner i grensesnittet mellom vegkropp og undergrunn.

3.5. Spor type 3

Hva er spor av type 3?

Dannelsen av spor av type 3. Sporene skyldes dekkeslitasje på et fast vegdekke eller på grusvegers slitelag.

Type 3-spor, eller spor som skyldes vegdekkeslitasje, var et kjent problem så tidlig som i det gamle Roma, som vist i foto tatt i Pompeii. Men i Den nordlige periferi skyldes spor av type 3 hovedsakelig dekkeslitasje som følge av piggdekk.


Slitasje kan også forekomme på grusveger dersom det øvre laget ikke inneholder nok finstoff til å binde materialet sammen (tap av grusfraksjonen)


Men på lavtrafikkveger er spor av type 3 svært sjeldne og er vanligvis bare merkbare ved ÅDT over 3000 kjt/døgn.


Hvordan type 3-spor identifiseres

Type 3-spor kjennetegnes ved at sporene har tydelige kanter, og med sporavstand tilsvarende avstanden mellom personbilhjul. Profilmålinger i Sverige har gitt meget god informasjon om sporenes form, som igjen er brukt til å skille spor av type 3 fra type 1 og 2. Hvis avstanden mellom sporene er kort, som hjulavstanden hos personbiler, er det spor av type 3. Er avstanden større, som hjulavstanden hos tunge kjøretøyer, er sporene av type 1 eller 2.

Løsninger

Det er to vanlige løsninger på problemet med type 3-spor: a) bruk av hardere tilslagsmateriale med høy slitestyrke i vegdekkene, eller b) forbud mot piggdekk. Den førstnevnte løsningen har vært brukt i nordiske land (Finland, Sverige, Norge og Island), der piggdekk fortsatt er i vanlig bruk.


3.6. Sammensatte sportyper i områder uten frost

I praksis vil spordannelse være en kombinasjon av type 0-3. F.eks har utgraving på tvers av noen forsøksdekker i Skottland vist både fortynnelse av gruslaget og nedsynkning av undergrunnen. «Hiv» (eller «skulder») nær hjulsporet er klart synlig. Det samme er at deformasjonen i undergrunnen er mindre enn i overflaten.

Dannelsen av sammensatte sportyper.

Det er forventet, og i en viss grad registrert, at type 1 vil være mer framtredende der trafikken følger ett og samme spor (f.eks på mange skogsveger med en bredde som bare et enkelt kjøretøy). I slike tilfeller kan ikke sporet utbedres ved at hjulplasseringen endres på tvers av kjøreretningen, slik at materialet føres tilbake og komprimeres på nytt (type 0).


Type 2 må forventes å være mer framtredende ved trafikkbelastning spredt på tvers av vegen, mens type 0 vanligvis gir et positivt bidrag ved at «knabevegelser» fra et hjul på tvers av vegen er mer effektive for å oppnå komprimering.


Løsninger

For å finne løsninger for sammensatte sportyper i områder uten frost er det viktig at en forstår fullt ut de underliggende problemer. Hovedårsaken til problemet må spesielt identifiseres, og løsningen må innrettes mot denne årsaken. Undersøkelser og utbedring av drenering bør alltid gjøres samtidig.


Noen ganger kan spor skyldes erosjon.


3.7. Sportyper og sesongvariasjoner

Lavtrafikkveger i Den nordlige periferi er svært sårbare for permanente deformasjoner der sesongvis tele eller daglige fryse-tine-sykluser forsterker omfanget av permanent deformasjon i vegkroppen og løsmasser i undergrunnen.


Årsaken til dette er det sterke kapillære «suget» som oppstår ved telefronten. Disse kreftene har evne til å fange opp vannmolekyler ganske langt under telefronten der det finnes fritt vann. Dette får porene til å utvide seg og materialet løser seg opp. Når dette materialet tiner produseres overflødig vann i laget, som blir svakere og mer følsomt for permanent deformasjon. Vann og termodynamikk er omtalt mer detaljert i leksjonen om “Drenering av veger”.

En animasjon som viser hvordan det kapillære “suget” og vannstrømmen påvirker vegdekkets funksjonsevne under og etter en fryse-tinesyklus.

Fig. viser noen resultater fra en serie laboratorietester ved Tampere tekniske universitet. De viser at deformasjonen etter en fryse-tine-syklus er vesentlig større i en fuktig prøve tatt om høsten enn i en tørr prøve som representerer sommertilstanden. Vi kan anslå at 60-80 % av alle skader som oppstår på vegene henger sammen med fryse-tine-sykluser eller teleløsningen om våren.


I områder der det bare forekommer fryse-tine-sykluser og begrenset nedtrengning av frost, som i skotske Highlands, er spordannelser som skyldes frysing og tining vanligvis av type 0 eller 1. Type 0 forekommer når vann mellom materialpartiklene fryser og gir en liten volumøkning eller «hiv» i materialet. Etter at dette hivet har gitt seg går materialet tilbake til komprimert tilstand. Slik volumendring går vanligvis over av seg selv, også på ubelastede partier, på grunn av vekten av overliggende lag.

Et alvorligere problem er type 1-spor som hovedsakelig dannes i ubundne nedre lag etter en fryse-tine-syklus. Måleresultater oppnådd i ROADEX II ved Garvault Percostation i Sutherland, Highland viste risiko for skader på vegen spesielt etter 2-3 frostnetter med påfølgende regn.


I områder der frosten trenger helt ned til undergrunnen kan en se alle typer spordannelse, spesielt i vårløsningen.


Her bør alle permanente deformasjoner ses i sammenheng med telehiv og setninger under tiningen i vegkroppen og undergrunnen. I tineperioden vil vegkroppen ha deformasjoner av type 0 og 1. Når tiningen når undergrunnen og vegen utsettes for tungtrafikk vil vi få type 2-deformasjoner. På grunn av vekten av vegkroppen og trafikkbelastning vil samtidig plastiske jordmaterialer i undergrunnen ofte presses ut til sidene av vegen, noe som gjør vegen bredere.

Denne animasjonen er basert på oppfølgingsresultater fra Tohmo Percostation i Kemijärvi, Finland. Den viser telehiv og tining i vegkroppen og undergrunnen gjennom et år.

Som følge av dette blir ofte lavtrafikkveger bredere og har svært svake skuldre.


Løsninger

Der man finner ut at spordannelse hovedsakelig skyldes sesongvariasjoner bør det først undersøkes om vegen er utsatt for telehiv. Hvis vegen ligger på undergrunn som ikke er telefarlig , og spor av type 1 er mest framtredende, anbefales stabilisering eller forbedring av materialkvaliteten i overbygningen. Stabilisering kan også vurderes når undergrunnen er telefarlig, men uten lokale deformasjoner som skyldes tele, og det er problemer med type 1-spor.


Der vegfundamentet inneholder mye grov naturstein kan knusing på stedet og homogenisering av materialet være en løsning. Denne metoden, som kalles “Tirkkonen-metoden” i Finland“ gir en homogen vegkropp ned til en dybde på 50-60 cm ved å knuse de store steinene. Dermed forbedres kornfordelingen og evnen til å motstå varig deformasjon.


En kan også vurdere et tykkere vegfundament som en god løsning, etter som et tykkere lag kan minske telehiv. Anbefalte løsninger for vegstrekninger med lokale deformasjoner på grunn av tele er følgende: a) større lagtykkelse, b) utskifting av masser og tilbakefylling med nytt materiale, eller c) bruk av frostisolerende materialer.


3.8. “Pumping” og permanent deformasjon

Pumping er en spesiell prosess som indirekte kan forårsake deformasjonsproblemer, særlig der vegen er bygget på svært fuktig undergrunn. Lagene i overbygningen på en lavtrafikkert veg vil ikke alltid være i stand til å fordele trafikklastene tilstrekkelig. Dermed blir undergrunnen påført større belastning. I slike tilfeller kan kombinasjonen av vertikal last og skjærkrefter som skyldes trafikk føre til at overbygningen «knar» overflaten av undergrunnen omtrent som en baker knar deig. Etter som undergrunnen er mettet med vann lar det seg i praksis ikke komprimere. Under slik sammensatt belastning kan det oppstå økt poretrykk. Hvis undergrunnen har lav permeabilitet er eneste «fluktveg» for det overskytende porevannet i retning vegens overflate, dvs inn i overbygningen. Ved gjentatte trafikkbelastninger vil «fjæring» i overbygningen føre til at porene i dette materialet åpnes og lukkes gjentatte ganger. Dermed skapes en «pumpeeffekt» som presser vannet opp i de øvre lag av vegen.

En animasjon som viser hvordan pumping oppstår under en hjullast i bevegelse.

Dette problemet oppstår særlig på to typer undergrunn:

  • myr
  • silt og leire med lav plastisitet

På myr kan belastningen også forårsake at undergrunnen konsolideres noe, slik at noe av det høye vanninnholdet i myra frigjøres. Det kan føre til noe deformasjon i undergrunnen, selv om dette strengt tatt ikke er type 2-deformasjon etter som skjærkrefter i undergrunnen ikke er hovedårsaken. Det er heller en følge av gjentatt belastning fra tungbilaksler og lang tid for “rekonvalesens” etter hver aksellast som påføres.


Der undergrunnen har lav plastisitet (f.eks der den er finkornig og inneholder mye silt) er slik konsolidering lite sannsynlig. Men kombinasjonen av «knaeffekten» og høyt vanninnhold kan føre til at finstoff skilles ut fra underlaget, noe som gir en slags «velling» i vann. Etter hvert pumpes denne vellingen stadig lenger opp gjennom overbygningen. Når det skjer blir steinmaterialene i overbygningen omgitt av et lag bestående av finkornet leire og silt. Dermed blir overbygningen svakere. Det fører igjen til at «knapåkjenningene» blir sterkere. Snart er er hele overbygningen infiltrert av finstoff.

På begge disse typene underlag blir resultatet en svakere overbygning og type 1-spor kan påregnes.


I områder med sesongvis frost kan en se pumping i vårløsningen selv om det ikke forekommer ellers i året. I dette tilfellet vil det overskytende vannet i overbygningen som skyldes teleløsningen redusere styrken i dette laget, noe som øker «knapåkjenningene». Det frigjør også vann slik at laget blir mettet. Det kan føre til at finstoff blir pumpet opp gjennom laget.


Løsninger

Den billigste løsningen på pumpeproblemer er å påvirke det tidsrommet når vegen kan «komme seg» (“rekonvalesenstid”). En må sikre seg at det er nok tid mellom hvert kjøretøy som passerer til at overbygningen får tilstrekkelig tid til denne prosessen. På myr og siltholdig undergrunn har montering av et stålnett ca 250 mm fra overflaten vist seg å være en god løsning. Det minsker nedbøyningen under hjullasten, og dermed også pumpingen. Fiberduk kan også motvirke strømning og pumping av finstoff til øvre del av dekket. En annen utprøvd løsning har vært å tilføre et åpent grovkornig lag under overbygningen. Det bidrar til å drenere overskytende vann til siden av vegen i stedet for at det pumpes opp til overflaten. På noen skogsveger har dette laget bestått av oppkappet bark.


SHARE:

Choose another lesson Back to Roadex Network