Platebelastningsforsøk - Betydning av feltforhold, forsøksmetode og beregningsmetode

Abstract

Platebelastningsforsøk er en viktig og mye brukt forsøksmetode for å vurdere bæreevnen til ubundne granulære materialer i vegkonstruksjoners overbygninger. Forsøksmetoden er basert på Boussinesq sin formel, som er basert på en rekke antakelser som ikke stemmer for materialer som brukes i vegkonstruksjoner. Forsøksmetoden er derfor veldig avhengig av test metoden som brukes, i tillegg til forholdene i feltet. Statens vegvesen har definert platebelastningsforsøk som den eneste testmetoden for sluttdokumentasjon av komprimeringskvaliteten til ubundne granulære materialer, og har også definert krav som skal være oppfylt av alle målte punkter. En rekke entreprenører har imidlertid opplevd uforklarte utfordringer ved å oppfylle kravene, selv etter gjentatte forsøk til tilleggskomprimering. Målet med denne oppgaven er å vurdere i hvilken grad forholdene i feltet, overbygningsmaterialene og deres tilstand i feltet, samt forsøks- og beregningsmetode påvirker resultatene av platebelastningsforsøk. For å forsøke å svare på forskningsspørsmålene ble det gjennomført en dokumentanalyse, en case studie og et felttest. I dokumentanalysen ble nasjonale standarder og regelverk angående krav og forsøksmetoder for platebelastningsforsøk fra Norge, Sverige, Island og Tyskland analysert og sammenlignet. Case studien sammenligner fire forskjellige veganlegg; (1) et tunnel prosjekt, (2) et bynært vegprosjekt, (3) en ny motorveg og (4) et oppgraderingsprosjekt for en eksisterende motorveg, ved å gjennomføre semistrukturerte intervjuer med representanter fra entreprenør og/eller byggherre, samle inn måledata fra platebelastningsforsøk utført på anlegget, samt gjennomføring av observasjoner i feltet. Ytterligere intervjuer med individer med erfaring fra flere forskjellige anlegg, samt måledata fra flere forskjellige anlegg ble også vurdert, men ikke for sammenligning i case studien. Et felttest ble også gjennomført med to forskjellige forsøksmetoder (fra R211 og DIN 18134), to forskjellige platestørrelser (300 mm og 600 mm diameter), utført på tre forskjellige nivå i overbygningen (frostsikringslag, forsterkningslag og forkilingslag). Måledata’ene fra alle platebelastningsforsøkene ble behandlet med tre forskjellige beregningsmetoder; en basert på DIN 18134, en annen i henhold til R211, og tredje en modifisert versjon basert på R211. De fleste av intervjuobjektene var enige om at de feltforholdene som påvirker resultatene av platebelastningsforsøk i størst grad er vanninnholdet i overbygnings-materialene, tiden mellom komprimering og forsøksutførelse, samt bruk av knust asfalt og/eller isolasjonsmaterialer i overbygningen. Disse påstandene må bekreftes ved hjelp av videre testing, men de gir en god utgangspunkt for hvilke faktorer bør fokuseres på. Resultatene fra felttestet tyder på at bruk av forkilingsmateriale oppå forsterkningslag øker de beregnede E-verdiene betydelig. Andre sammenligninger gir ikke entydige svar, sannsynligvis grunnet begrenset antall av sammenlignbare målinger. Forsøk utført på anlegg 2 var betydelig lavere enn forsøk utført på anlegg 4, muligens på grunn av grovt material brukt som forsterkningslag på anlegg 2, men det må undersøkes videre. Forsøk utført på overbygninger med isolasjonsmaterialer på anlegg 4 var også betydelig lavere enn forsøk utført uten isolasjonsmaterialer, men for dette tilfellet må effekten av å bruke forskjellige forsøksmetoder også vurderes. Sammenligning av resultater fra forskjellige forsøksmetoder og beregningsmetoder viser en signifikant forskjell for noen og ikke alle tilfeller, så de faktorene som påvirkere disse forsøksresultatene må undersøkes nærmere.

The plate load test is a widely used and important test method to determine the bearing capacity of unbound granular materials in the superstructure of a road. The test is based in Boussinesq’s formula, which makes general assumptions that are not reasonable when considering the materials used for road construction. The test is thus very dependent on the test procedures, as well as the conditions in the field. The Norwegian Public Roads Administration has defined the plate load test as the only method for final documentation of the quality of compaction of unbound materials, and has defined a set of requirements that every measured point must fulfil. However, a number of contractors have experienced unexplained difficulties with fulfilling the requirements, even after repeated compaction efforts. This thesis aims to assess to what extent the in-situ condition of the road, the superstructure materials and their in-situ state, as well as the test procedure and calculation method affect the results of the plate load tests. In order to answer the research questions, a document analysis, a case study and a field test were conducted. In the document analysis, national standards and regulations regarding requirements and test procedures for plate load tests from Norway, Sweden, Iceland and Germany were analysed and compared. The case study compared four different road construction sites; (1) a tunnel based project, (2) an urban road project, (3) a new motorway project and (4) a motorway upgrading project, by conducting semi-structured interviews on representatives from the constructor and/or owner builder, collecting measured results from plate load tests conducted on the site, and conducting observations in the field. Additional interviews with individuals with experience from multiple different construction sites, as well as results from plate load test measurements from additional sites were also considered, although not used for direct comparison in the case study. Finally, a field test was conducted using two different test procedures (from R211 and DIN 18134), two different plate sizes (diameter 300 mm and 600 mm), tested on three different levels in the superstructure (frost protection layer, subbase layer and interlocking layer). The measurements from all plate load tests were processed using three different calculation methods; one based on DIN 18134, another according to R211, and a modified version based on R211. Most of the interviewees agreed that the in-situ factors that seem to have the most influence on the plate load test results are the moistures content of the superstructure materials, the time between compaction and testing, as well as the use of crushed asphalt and/or insulation materials in the superstructure. These claims need to be verified by further testing, but they provide a good reference point as to which factors to focus on. The results of the field test measurements suggest that the use of an interlocking material on top of the subbase material significantly increases the calculated E-values from the plate load tests. Other comparisons were inconclusive, likely due to the limited number of comparable measurements. Measurements conducted on site 2 were significantly lower than those conducted at site 4, potentially due to the large grain size of the subbase material at site 2, although this has to be investigated further. Measurements conducted on superstructures containing insulation materials on site 4 were also significantly lower than measurements without insulation materials, although the effect of using different test procedures in this case must be assessed. The comparison between the results of different test procedures and calculation methods showed significant differences for some but not all cases, and the factors influencing these test results must therefore be investigated further.