Drenering av vegkonstruksjonen

Manglende eller utilfredsstillende drenering av vegoverbygningen vil i første rekke medføre strukturelle problemer med bæreevnesvikt og redusert dekkelevetid. Begrunnelsen for å utbedre dreneringssystemet er altså som regel å øke vegens bæreevne (og dermed også levetid) samt redusere problemer med telehiv. For at et telehivsproblem skal oppstå må det være tilgang på tre faktorer; frost, telefarlige materialer og vann. Drenering eliminerer en av disse faktorene ved å fjerne vannet.

7.2.1 Finstoff, vanninnhold og bæreevne

Grus, sand og pukk er de viktigste råstoffene som benyttes i vegbygging. Disse benyttes fordi de har god bæreevne og kan fordele lasten mot underliggende lag i overbygningen og under-grunnen.

Dersom materialene inneholder finstoff vil de kunne få redusert bæreevne når vanninnholdet øker. I Håndbok 018 Vegbygging er det satt krav til maksimal mengde finstoff (prosent-andelen mindre enn 0,063 mm) for vegbyggingsmaterialer ut fra vannfølsomhet og telefarlig-het. Med vannfølsomhet menes hvor mye materialets bæreevne reduseres ved økt fuktigtelefarlig-het.

Dette vil også være avhengig av typen finstoff. Telefarlighet beskriver materialets evne til å suge opp vann og danne islinser når det fryser, med påfølgende telehiv.

Figuren under viser et eksempel hvor 4 materialer med ulikt innhold av finstoff er undersøkt.

Elastisitetsmodulen er bestemt ved ulike vanninnhold, og vi ser at E-modulen reduseres for materialene med mye finstoff når vanninnholdet øker. Materialet uten finstoff er omtrent upåvirket av vanninnholdet, dette er en sammenheng som er svært viktig å være klar over i all vegbygging.

Figur 7.7 E-modulen for granulære materialer varierer med finstoff- og vanninnhold (Illustrasjon: Geir Berntsen)

Vanninnholdet i et materiale vil være avhengig av mange forhold, bl a;

 mengden finstoff

 type finstoff

 tilførsel av vann fra overflaten (nedbør, sol, tørke etc.)

 tilførsel av vann fra strømninger i grunnen

 kapillært porevann over grunnvannsnivå

 hystereseeffekter i forbindelse med tørking og oppfukting

Vann binder seg til overflaten av tilslaget, mengden vann vil dermed være avhengig av det samlede overflatearealet. Denne overflaten er langt større for et fint material enn for et grovt material.

Et materiale med mye finstoff blir også tett og får dermed lav permeabilitet. Dette er en ulempe ved trafikkbelastninger. Når materialet utsettes for en belastning trykkes det sammen og det oppstår et overtrykk i porevannfasen, noe som i et tett materiale ikke så lett dreneres unna. I stedet vil poretrykksøkningen vedvare og medføre at trykket mellom selve kornene (effektivtrykket) reduseres. Da skjærstyrken ligger i friksjonen mellom mineral-kornene, reduseres dermed denne vesentlig. Det medfører i sin tur lavere bæreevne og økte deformasjoner.

Desto tettere materialet er desto større vil dette trykket være. Også økt last vil øke trykket.

Finstoff som er karakterisert som plastisk, sveller ved oppfukting og vil medføre at drene-ringsmuligheten for vann ytterligere reduseres. Svelling medfører også at friksjonskreftene mellom kornene reduseres.

7.2.2 Grunnvannstand

At vann suges opp på grunn av kapillære krefter i en jordmasse er kjent. Figur 7.8 viser i prinsippet hvordan vanninnholdet eller metningsgraden endrer seg over grunnvannsnivået.

Denne typen kurve kalles poresugskurve. Figuren viser hvordan poresugskurven parallell-forskyver seg når grunnvannstanden reduseres.

Formen på kurven vil være avhengig av porestørrelsesfordelingen i materialet. For et grovt materiale med lite kapillært vann vil poresugskurven raskt gå mot null (men vil aldri bli null da det alltid vil være noe vann bundet til steinoverflaten). For et tett materiale, f eks leire eller silt, vil vanninnholdet avta langsomt med høyden over grunnvannsnivået.

Figur 7.8 Eksempel på poretrykkskurver (Illustrasjon: Geir Berntsen)

Hvis grunnvannstanden senkes under en vegkonstruksjon vil dette altså redusere vanninn-holdet i de granulære materialene og dermed forbedre vegens bæreevne.

Effekten kan illustreres vha et svensk forsøk vist i figur 7.9. Her ble en vegkonstruksjon bygget opp i et betongbasseng slik at vannstanden kunne kontrolleres. Overflaten ble så utsatt for gjentatte belastninger tilsvarende 5 tonns hjullast, og de permanente deformasjonene under lasten ble registrert.

Linje A1 og A2 viser hvordan deformasjonen utviklet seg når grunnvannstanden lå 70 cm under overflaten. Det trengtes mer enn 25000 belastninger før deformasjonen nådde 30 mm.

For linjene A3, A4 og A5 er grunnvannstanden høynet til 30 cm under overflata. Vi ser at det da bare gikk 2500-5000 belastninger før man nådde samme deformasjon.

Figur 7.9 Deformasjoner under trafikklast avhengig av grunnvannstand

For en veg i skrånende terreng vil grunnvannstanden ligge nærmest vegoverflaten i øvre vegkant (skjæringssiden). Undersøkelser av måledata fra slike parseller viser at spor og deformasjoner som oftest utvikler seg langt raskere i det øvre kjørefeltet.

Figur 7.10 Skader kommer ofte først der hvor grunnvannstanden er høyest

Disse eksemplene viser svært godt effekten av å utbedre grøftene på en veg. Særlig for mange veger på det sekundære vegnettet er grøftetilstanden slik at grunnvannet ligger svært høyt oppe i konstruksjonen. Nytten av å øke grøftedybden er sannsynligvis den mest kostnads-effektive måten å bedre en slik vegs bæreevne og levetid.

7.2.3 Teleløsning

Ved frysing av en telefarlig jordart vil, dersom vann er tilgjengelig, vann bli sugd opp til frysefronten og danne islinser. Disse vil i sin tur kunne danne telehiv som igjen skaper ujevn-heter på vegoverflaten.

I teleløsningen smelter dette overskuddsvannet, dette kan gi en betydelig reduksjon av mate-rialenes bæreevne. For å redusere skadene på vegnettet har enkelte land, bl a Sverige og Finland, restriksjoner i tillatt aksellast i teleløsningsperioden. I Norge har vi ikke hatt slike restriksjoner etter 1995.

Vanligvis skjer tiningen ovenfra og nedover. Største andel tining ovenfra skjer i områder med lav gjennomsnittlig årsmiddeltemperatur. Det frosne laget som ligger under den tinte sonen vil være tilnærmet impermeabelt; dvs. av vann som tiner blir stående fastlåst i vegoverbyg-ningen slik som vist i figuren under. I tillegg kan smeltevann bli stengt inn mellom brøyte-skavler og dermed samle seg på vegoverflaten. Dette vannet vil gi problemer for trafikantene som beskrevet for overflatevann. I perioder med varierende temperaturer (nattefrost etc.) kan det oppstå svært glatte partier når smeltevannet fryser på overflaten.

Overflatevannet vil også trenge ned gjennom vegskuldrene og gjennom sprekker i vegen, og vil være med å bidra til et høyt vanninnhold i vegkroppen, over det frosne jordlaget.

Figur 7.11 Smeltevann kan gi kritiske forhold både på vegoverflate og i overbygningen (Illustrasjon: Geir Berntsen)

Det er derfor av stor viktighet å bli kvitt dette vannet. Dette gjøres normalt ved å fjerne snø fra grøftene slik at vannet får anledning til å dreneres bort.

Figur 7.12 Viktig å fjerne brøytekantene for å skape avløp for smeltevannet (Illustrasjon:

Geir Berntsen)

Teleløsningsperioden er kritisk mht. nedbrytning av veger. Denne nedbrytningen kan best bekjempes i forbindelse med bygging av ny veg ved å bruke materialer som ikke er tele-farlige, og samtidig sørge for at dreneringssystemet fungerer. I forbindelse med rehabilitering av gamle veger er det viktig å vedlikeholde og eventuelt forbedre dreneringen på steder hvor dette er årsaken til nedbrytningen.

7.3 Ulike dreneringselementer og aktuelle tiltak