Projekt 12464 – Avslutat Prognosmodell för Ytpackning av Friktionsjord

Forskning vid KTH, avdelningen för jord- och bergmekanik, i samarbete med PEAB.

Vibrationsvältar används normalt vid packning av fyllningar och väg- och järnvägsbankar. I merparten av alla anläggningsprojekt utgör denna aktivitet en stor del av projektkostnaden och orsakar betydande utsläpp. Genom att effektivisera packningsprocessen skulle därför byggbranschen kunna minska kostnader och miljöpåverkan. Under senare år har vältar utvecklats med avseende på motorer, kontrollsystem, säkerhet och förarkomfort. Dock har mycket lite utveckling skett av packningseffektiviteten. Medan packningsförfarandet (till exempel lagertjocklek och antal överfarter) har optimerats under åren är processen i vilken maskinen packar underliggande jord identisk med situationen på 1970-talet.

Detta forskningsprojekt undersöker inflytandet av en grundläggande parameter, nämligen valsens vibrationsfrekvens, vilken vanligtvis är en icke-variabel vältparameter. Frekvensen är av avgörande betydelse i alla dynamiska system men dess inflytande på packningseffektiviteten har inte undersökts sedan jordpackningens barndom. Eftersom dåtidens laboratorie- och fältutrustning, mätsystem och analysförfarande inte var så utvecklade som de är idag uppnåddes inga konkreta slutsatser. Frekvensvariabla vibratorer, digitala mätsystem och datorbaserad utvärdering tillhandahåller nu nya möjligheter för att studera detta koncept i detalj.

För att undersöka frekvensens betydelse vid packning av grovkornig jord utfördes småskaleförsök under varierande förhållanden. En vertikalt vibrerande platta placerades på ett sandlager inneslutet i en försökslåda. Experimenten utfördes i laboratoriemiljö för att maximera kontrollerbarheten. I den första försöksuppsättningen användes en elektrodynamisk vibrator där dynamiska kvantiteter, såsom frekvens och svängningshastighetsamplitud, kunde varieras i realtid. Den andra försöksuppsättningen innefattade två vibratorer med motriktade roterande excentermassor och försöken utfördes vid diskreta frekvenser. Denna typ av vibrator ger upphov till en kraftamplitud som är frekvensberoende.

Försökens huvudsakliga syfte var att fastställa den optimala packningsfrekvensen och undersöka om resonans kan godtyckliggöras för att förbättra packningseffektiviteten. Resultaten visade att resonans hade en avgörande betydelse i försöken med den elektrodynamiska vibratorn, där kraftamplituden är låg, och den optimala packningsfrekvensen är under dessa förutsättningar resonansfrekvensen. Även i försöken med roterande excentermassor, där en hög kraftamplitud anbringades plattan, uppstod resonansförstärkning, dock inte lika markant. Eftersom kraft ökar med frekvens är den optimala packningsfrekvensen mycket hög. I praktiken bör dock frekvensen hållas så låg som möjligt för att minimera maskinslitage och utsläpp, och samtidigt uppnå en tillräcklig packning av jorden. Med hänsyn taget till de praktiska aspekterna föreslås att ytpackningsdon bör arbeta något över resonansfrekvensen. Dock måste tillämpbarheten för vibrationsvältar bekräftas i fullskaleförsök.

Slutredovisningen utgörs av licentiatuppsatsen "Influence of Frequency on Compaction of Sand in Small-scale Tests", Carl Wersäll, KTH (30 sidor och 2 vetenskapliga artiklar).