Dimensioneringsmetodik med stabilisering av överbyggnader till motorväg och järnväg

Helsingborgs Kombiterminal dimensionerad enligt Ekdahl-metodiken.

För att kunna optimera väg- och järnvägskonstruktioner bättre än vad som görs idag behöver vi använda materialmodeller där ingående parametrar speglar överbyggnadskonstruktionens verkliga beteende. Ekdahl-metodiken uppfyller detta kriterium.

Ingenjörskonsten inom vägbyggnads- och järnvägsområdet har historiskt sett varit huvudsakligen empirisk där nya konstruktioner utvärderats genom en ”trial-and-error” metodik. Lyckligtvis har en kunskapsuppbyggnad skett inom området vilket möjliggör ett mer vetenskapligt angreppssätt. Tyvärr är kunskapen inte direkt tillgänglig för den praktiskt verksamme ingenjören eftersom den till stor del finns i oskriven form samt i ett antal avhandlingar och publikationer som ofta inte är praktiskt tillämpliga. Dessutom utgör publikationerna endast delar av den kunskapsmassa som behövs för att kunna dimensionera en överbyggnadskonstruktion, som bitar i ett olagt pussel. Ekdahl-metodiken innebär att en helhet uppnås i dimensioneringen av överbyggnadskonstruktioner för vägar och järnvägar. Viktiga delar som ingår i metodiken är:

• En icke linjär-elastisk materialmodell för obundet material med en gränsyta för spänningar i bruksgränstillståndet. Cykliska spänningsförändringar under denna gränsyta innebär att stabila förhållanden kommer att uppnås med i stort sett endast elastiska (resilienta) deformationer.
• Även för hydrauliskt bundet material används en gränsyta för spänningar i bruksgränstillståndet. Detta innebär att det är ingen eller mycket liten risk för att utmattningssprickor uppkommer.
• Avancerade numeriska beräkningsmetoder används. Den icke linjär-elastiska materialmodellen för obundet material har inarbetats i det tredimensionella finita elementprogrammet ZSOIL. Även beräkningsmetodik för kontroll av att spänningarna i det hydrauliskt bundna materialet är mindre än gränsytan för resilienta deformationer har inarbetats i ZSOIL.

Introduktion

Ekdahl-metodiken belönades med Sigge Thernwalls Stora Byggpris 2005. Konceptet karakteriseras av en strikt koppling mellan design, utförande och kontroll. Dimensioneringsmetodiken följer intentionerna för observationsmetodens tillämplighet enligt Eurocode för geokonstruktioner. Metodiken innehåller även de krav som Trafikverket ställer i dimensioneringsklass 3 (DK3) för tex motorvägar. Materialmodell och dimensioneringsmetodik beskrivs i detalj i artikeln ”A non-linear elastic material model and its application in pavement design”, referens [1]. Ekdahl-metodiken karakteriseras av att de ingående materialen används på ett optimalt sätt och att terrassen samt obundet överbyggnadsmaterial kan stabiliseras med kalk, cement och/eller merit eller andra stabiliseringsmedel. Konceptet innebär också en struktur för analytisk dimensionering och prediktering av spårdjup samt teknisk livslängd. Ändamålsenlig kontroll under olika skeden i utförandet säkerställer att efterfrågad kvalitet uppnås. Ekdahl-metodiken gör det möjligt att optimera varje enskild typ av över-byggnadskonstruktion med hänsyn till:

• Lokala materialspecifika förutsättningar och önskade funktionskrav.
• Specifika laster.
• Minimalt uttag av naturresurser och om överbyggnaden stabiliseras medger det ett tunnare asfaltlager, vilket minskar miljöpåverkan genom minskad användning av olja.
• Solidifiering av förorenad jord. Miljövänlig optimerad konstruktion.
• Kostnadsoptimerade konstruktioner.
• Aktiv design efter de förutsättningar som gäller.
• Kvalitetssäkring genom egenkontroll av de materialegenskaper som är styrande för kvalitén för att kunna innehålla ställda funktionskrav. Detta ger kvalitetsgaranti och en minskad total livscykelkostnad.

Artikelförfattare:
Ulf Ekdahl, Ekdahl Geo

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 1/20

Teckna en prenumeration HÄR