Underbygning/Prosjektering og bygging/Frost
Dette er den godkjente sideversjonen av denne siden, samt den nyeste.
Hensikt og omfang
Frostsikringslaget skal hindre nedtrengning av frost til traubunn og undergrunn slik at det ikke oppstår skader på banelegemet som telehiv eller reduserte bæreevneegenskaper i teleløsningsperioden.
Dette kapittelet omhandler dimensjonering av underbygningen mht. frost.
I kapittelet beskrives hvilke faktorer som påvirker frostnedtrengningen og hvilke krav som stilles til de materialer som kan benyttes i frostsikringslaget. Spesielt viktig er det at massene som benyttes er velgraderte, slik at fyllingen blir tilstrekkelig tett for å hindre indre luftkonveksjon. Dette gjelder i særlig grad for sprengstein/knust stein. Samtidig vil velgraderte masser med et visst innhold av sand/grus være med å sikre et fuktighetsnivå i bunnen av frostfundamentet, noe som anses som gunstig.
Kapittelet må også ses i sammenheng med Underbygning/Prosjektering og bygging/Drenering.
Frost
Telefarlighet
Jordartene kan inndeles i 4 klasser etter bæreevneegenskapene i teleløsningsperioden:
| T1 | Ikke telefarlig |
| T2 | Litt telefarlig |
| T3 | Middels telefarlig |
| T4 | Meget telefarlig |
TRV:02015
Jordmaterialer i frostsonen: Jordmaterialer som anvendes i frostsonen, skal være av typen "Ikke telefarlig". Telefarligheten bedømmes ut fra den korngraderingen materialet har. (Se Tabell: Telefarlighetsklassifisering).
Telekriteriet kan uttrykkes slik: "For at et materiale ikke skal være telefarlig, må masseprosenten av materialet < 0,02 mm ikke være større enn 3 % beregnet av materiale som passerer 19 mm sikt".
| Masseprosent (av materiale < 19,0 mm) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Benevnelse | Teleklasse | < 0,02 mm | < 0,2 mm | Eksempel på jordarter |
| Ikke telefarlig | Sand | |||
| Grus | ||||
| Torv | ||||
| Myrjord | ||||
| Litt telefarlig | Sand | |||
| Grus | ||||
| Morene (sandig, grusig) | ||||
| Middels telefarlig | Sand | |||
| Morene (leirig) | ||||
| Leire med mer enn 40 % < 0,002 mm | ||||
| Meget telefarlig | Leire med mindre enn 40 % < 0,002 mm | |||
| Silt | ||||
| Morene (siltig) | ||||
Dimensjonerende frostmengde
TRV:08524
Frostmengde: Frostnedtrengningen i grunnen er avhengig av frostmengdene uttrykt i h°C (timegrader) og grunnens egenskaper. For beregning av frostmengde skal det benyttes frostsonekart på Statens vegvesens nettsider.
Frostsikringslag
Frostsikringslagets funksjoner
TRV:02016
Frostsikringslaget skal:
- hindre nedtrengning av frost til traubunn og undergrunnen
- forhindre indre konveksjon i underbygningen
- om mulig sikre høy fuktighet i sjiktet over traubunn
- sikre tilstrekkelig bæreevne og stabilitet
Materialer i frostsikringslaget
TRV:02017
Godkjente materialer: Frostsikringslaget skal bygges opp av gode friksjonsmaterialer. Massene skal ikke være frosne og ikke innehold is/snø.
Godkjente materialer er:
- Sprengstein og knust stein
- Sand og grus
- Lettklinker
- Skumglass
- Ekstrudert polystyren (XPS)
- Ekspandert polystyren (EPS)
Sprengstein og knust stein
TRV:02018
Dimensjonering: Dimensjonering av frostsikringslag av sprengstein skal utføres iht. Underbygning/Prosjektering og bygging/Frost#Dimensjonering av frostsikringslag av sprengstein.
Materialer
TRV:02020
Maksimal steinstørrelse: Største steinlengde for materialene som legges ut skal ikke være større enn 2/3 av lagtykkelsen som legges ut, og ikke overstige 500 mm.
TRV:08243
Knust berg: Knust berg brukt til frostsikring skal være knust i en kontrollert produksjon
TRV:02022
Unngå metting med subus: Det skal ikke forekomme metting med subus slik at steinene "flyter".
TRV:02023
Krav til kornfordeling:
- Andelen materiale mindre enn 90 mm skal minst være 30 vekt%.
- Andelen finstoff mindre enn 0,063 mm skal minst være 1,0 vekt%, maksimalt 7,0 vekt% regnet i forhold til mengden av materiale mindre enn 90 mm.
- Unntak: For frostsikringsmaterialer med øvre siktstørrelse (D) mindre enn eller lik 63 mm (knust grus) beregnes andelen finstoff mindre enn 0,063 mm i forhold til materialandelen mindre enn 22,4 mm. Denne finstoffandelen skal minst være 2,0 vekt%, maksimalt 15,0 vekt %. Samtidig skal det ikke være mer enn 3 vekt% materiale mindre enn 0,02 mm regnet av materiale under 22,4 mm.
Utførelse og kontroll
TRV:02024
Materialkontroll: Kontroll skal utføres som for materialer i forsterkningslaget, se Underbygning/Prosjektering_og_bygging/Banelegeme#Kontroll_2.
Sand og naturgrus
TRV:08246
Dimensjonering: Dimensjonering av frostsikringslag av grus skal utføres iht. avsnitt 4.5.
TRV:02025
Velgraderte masser: Frostsikringslag av grusmaterialer skal bestå av velgraderte masser fra naturlige grusforekomster.
TRV:02026
Største kornstørrelse: Materialet kan inneholde stein, men maksimal kornstørrelse skal ikke overskride 150 mm.
TRV:02027
Sand: Sand skal generelt ikke benyttes i trauet annet enn som filterlag.
TRV:08245
Krav til kornfordeling: Det skal ikke være mer enn 3 vektprosent materiale mindre enn 0,02 mm regnet av materiale under 22,4 mm.
Utførelse og kontroll
TRV:02028
Materialkontroll: Kontroll skal utføres som for materialer i forsterkningslaget, se Underbygning/Prosjektering_og_bygging/Banelegeme#Kontroll_2.
Lettklinker og skumglass
TRV:02029
Dimensjonering: Dimensjonerende frostmengde ved bruk av lettklinker eller skumglass i frostsikringslaget skal være F100.
TRV:02030
Lagtykkelse: Tykkelsen av et lag med lettklinker eller skumglass som er dimensjonert mhp. frost bør overdimensjoneres 20 %.
Materialer
TRV:02031
Materialkrav: Krav til materialer er som beskrevet for lettklinker og skumglass i Underbygning/Prosjektering_og_bygging/Stabilitet.
I Tabell: Materialkrav, lettklinker er gitt eksempel på varmeledningsparametre for tørr lettklinker. I Tabell: Materialkrav, skumglass er gitt eksempel på varmeledningsparametre for tørr skumglass.
TRV:02032
Varmeledningsevne: Det skal ikke benyttes gunstigere varmeledningsevne enn den angitte dimensjonerende verdi.
| Materiale | Densitet, tørr (kg/m3) | Varmeledningsevne, tørr (ved -5°C) (W/mK) | Merknad |
|---|---|---|---|
| Lettklinker | Maks. 400 | 0,12 (Dimensjonerende verdi 0,15) | Eks. gradering 0 - 32 mm |
| Materiale | Densitet, tørr (kg/m3) | Varmeledningsevne, tørr (ved -5°C) (W/mK) | Merknad |
|---|---|---|---|
| Skumglass | Maks. 300 | 0,11 (Dimensjonerende verdi 0,15) | Eks. gradering 10 - 50/60 mm |
Utførelse
TRV:02033
Plassering: Lag av lettklinker eller skumglass til frostisolasjon skal legges ut på traubunn.
TRV:02034
Øvrige utførelseskrav: Krav til utførelse av frostsikringslag med disse materialene er tilsvarende som for fyllinger i de samme materialene, se Underbygning/Prosjektering_og_bygging/Stabilitet#Utførelse.
Kontroll
TRV:02035
Kontroll: Kontroll skal i hovedsak utføres som for fylling av lettklinker eller skumglass, se Underbygning/Prosjektering_og_bygging/Stabilitet#Kontroll.
TRV:02036
Kontroll: Følgende krav skal også utføres:
- lagtykkelsen skal kontrolleres spesielt nøye
- utlegging av steinmasser over de lette fyllmassene skal utføres med forsiktighet, for å unngå deformasjoner og at store steiner trenger ned i isolasjonslaget
Ekstrudert polystyren (XPS)
TRV:02037
Bruksområder: Frostfundament av ekstrudert polystyren (XPS) kan benyttes ved spesielle tekniske og/eller økonomiske forhold.
- Etterisolering av nytt spor som er frostskadet pga. underdimensjonering eller feilkonstruksjon.
- Der det ikke er plass til å bygge fullt frostsikringslag pga. avstander til overliggende konstruksjoner
Dimensjonering:
- Dimensjonerende frostmengde ved bruk av ekstrudert polystyren (XPS) skal være F100.
- Platetykkelse skal ikke være mindre enn 60 mm.
- Det skal kun benyttes KFK- og HKFK-frie plater.
- Det skal benyttes spesifikasjoner og materialkrav gitt i Tabell: Spesifikasjoner og materialkrav, ekstrudert polystyren.
- Det skal ikke benyttes gunstigere varmeledningsevne enn den angitte dimensjonerende verdi i tabellen.
| Materiale | Densitet, tørr (kg/m3) | Trykkfasthet (fasthet ved 10 % deformasjon eller bruddfasthet før 10% deformasjon dersom denne er høyere) (kPa) | Varmeledningsevne, tørr (ved -5°C) (W/mK) |
|---|---|---|---|
| Ekstrudert polystyren, XPS |
TRV:02038
Beskyttelse: Platene skal beskyttes mot mekaniske skader fra pukk/stein.
- Utførelse: Dette gjøres med finpukk eller sand/grus i tykkelse 5-10 cm, også på undersiden hvis stein benyttes under platene.
TRV:02039
Plassering: Platene skal legges tett, og uten åpninger.
- Unntak: Gjelder ikke utkilingspartier i hver ende av isolert strekning.
TRV:02040
Gruslag: For dimensjonering av nødvendig tykkelse av gruslag under isolasjon (XPS), se Underbygning/Banelegeme/Vedlegg/Beskrivelse av tiltak#Frostsikring med isolasjonsmaterialer.
Ekspandert polystyren (EPS)
Tetting av sideskråninger
TRV:02041
Hindre inntrenging av kald luft: For å unngå inntrenging av kald luft skal sideskråningene tettes. Se Underbygning/Prosjektering og bygging/Banelegeme#Tetting av sideskråninger og etablering av grasdekke.
Ballast
TRV:08667
Ballastlaget skal ikke regnes som isolerende mot kuldenedtrenging.
Frostdimensjonering
TRV:02042
Dimensjonerende frostmengde: Frostsikringslag skal dimensjoneres etter frostmengden på stedet målt i frosttimegrader.
Definisjon av frostmengde F10, F20 og F100
- F100 er frostmengde beregnet iht. 2.2 Dimensjonerende frostmengde
- F20 = 0,85 · F100
- F10 = 0,75 · F100
Hovedspor og hovedtogspor
TRV:02043
Dimensjonerende frostmengde for hovedspor og hovedtogspor: Tabell: Krav til dimensjonerende frostmengde for de ulike kvalitetsklasser for hovedspor og hovedtogspor viser hvilken frostmengde som skal legges til grunn for ulike kvalitetsklasser for hovedspor og hovedtogspor.
| Kvalitetsklasse | Dimensjonerende hastighet, Vdim | Dimensjonerende frostmengde, Fd |
|---|---|---|
| Q0 - Q2 | Vdim ≥ 125 km/h | F100, dvs. antas å bli overskredet én gang i løpet av en periode på 100 år |
| Q3 - Q4 | 45 km/h ≤ Vdim ≤ 120 km/h | F20, dvs. antas å bli overskredet én gang på 20 år |
| Q5-baner | Vdim ≤ 40 km/h | F10, dvs. antas å bli overskredet én gang på 10 år |
Dimensjonerende hastighet (Vdim) er den hastighet alle tekniske anlegg minst skal tilfredsstille. Vdim fastsetter dimensjonerende hastighet for en hel bane eller parseller av denne. Ved valg av Vdim er det i tillegg viktig å vurdere framtidig banestandard.
Spor som ikke er hovedspor eller hovedtogspor
TRV:02044
Redusert lagtykkelse:
- Sidespor, skiftespor og øvrige togspor på stasjoner: 80 % av den lagtykkelsen et hovedspor skal ha når det er regnet for frostmengde F100
- Skiftespor i hensettingsområder: 50 % av den lagtykkelsen et hovedspor skal ha når det er regnet for frostmengde F100
TRV:08101
Frostsikringslag på hensettingsområder: Frostsikringslag kan utelates i hensettingsområder når jordprøver med tilstrekkelig sikkerhet viser at naturlig grunn ikke er av dårligere telefarlighetsklasse enn klasse T2.
Faktorer som påvirker frostnedtrengning
| Klimatiske forhold | Banekonstruksjon | Materiale i over- og underbygning |
|---|---|---|
|
|
|
Noen av faktorene kan måles og tallfestes, slik som årsmiddeltemperatur og frostmengde, selv om også disse faktorene kan variere betydelig over en gitt jernbanestrekning. Andre faktorer vil være avhengige av utførelse og kontroll, slik som tørr romvekt og maksimal kornstørrelse, dmaks. Noen faktorer har store årlige variasjoner.
De ulike faktorers innvirkning på frostmotstanden
Gradering av materiale
En åpen struktur vil kunne medføre en ugunstig indre konveksjon i underbygningen, dvs. at grovkornige ensgraderte materialer er ugunstig.
Vanninnhold i fyllingen
Økt vanninnhold gir økt varmeledningsevne for fyllingen, både fordi vann har større varmeledningsevne enn luft og fordi vannet fungerer som "broer" for varmestrøm mellom steinpartiklene. Samtidig vil økt vanninnhold medføre mer frigitt frysevarme når vannet i massene fryser. Høyt vanninnhold i frostsikringslaget er derfor gunstig.
Temperatur i grunnen
Temperaturen 10 m ned i grunnen er tilnærmet konstant og omtrent lik årsmiddeltemperaturen på stedet. Lavere årsmiddeltemperatur medfører derfor økt frostnedtrengning. Årsmiddel-temperaturen varierer også lokalt, og er f.eks. lavere i nordvendte helninger enn i sydvendte.
Forholdet mellom lufttemperatur og temperatur i fyllingsoverflaten om sommeren
Overflatetemperaturen vil normalt være lik eller lavere enn lufttemperaturen, i motsetning til hva tilfellet er for asfaltert veidekke. Om vinteren er overflatetemperaturen pga. avstråling, lavere enn i luft.
Tørr romvekt av steinmassene i forsterknings- og frostsikringslaget
Høy tørr romvekt og lav porøsitet i steinmassene øker varmeledningsevnen. Ut fra varmeledningsevnen alene skulle frostnedtrengningen øke med økende tørr romvekt. Steinmasser med høy tørr romvekt er imidlertid mer velgraderte og har vanligvis betydelig mer finstoff enn porøse steinmasser. Tette steinmasser har derfor større evne til å holde på fuktighet. Velgraderte materialer er gunstig også med tanke på å unngå indre luftkonveksjon. Totalt sett vil derfor tette steinmasser med høyt finstoffinnhold være best egnet som frostsikringsmateriale. Tabell: Sprengstein som frostsikringslag i baneanlegg. Egnethet avhengig av kornsammensetning viser egnethet av sprengstein som frostsikringsmateriale.
| Struktur | Finstoffinnhold/fuktighet | ||
|---|---|---|---|
| Gradering/porøsitet | Kornstørrelse | Lavt finstoffinnhold/tørr | Høyt finstoffinnhold/jordfuktig (men ikke telefarlig) |
| tett gradering/lav porøsitet | |||
| åpen gradering/høy porøsitet | |||
Forutsetninger ved frostdimensjonering
TRV:02045
Overflatetemperatur: Ved dimensjoneringen skal det tas hensyn til at temperaturen ved overflaten i vinterhalvåret som regel er lavere enn lufttemperaturen 2 m over bakken, hvor lufttemperaturmålinger gjøres. Ved bruk av dimensjoneringskurven for sprengstein er dette inkludert.
Det vises til “Frost i jord” nr. 17 for beregning av klimapåkjenning. Ved frostdimensjonering av baner beregnes overflatetemperaturen om vinteren som angitt for asfaltert veg. Sommertemperaturen i overflaten beregnes som lufttemperaturen en normal sommer.
TRV:02046
Snølag: Isolerende effekt av snølag skal ikke medregnes ved frostdimensjoneringen.
TRV:02047
Trau: Ved dimensjonering skal det alltid antas at trauet er drenert.
TRV:02048
Bredde ved enkeltspor: Frostsikringslagets bredde i toppen skal ved enkeltsporet bane være minimum 5,0 m.
TRV:02049
Bredde ved dobbeltspor: Ved dobbeltsporet bane eller bane med flere spor, skal frostsikringslaget være minimum 2,5 m på hver side av spormidt.
Dimensjonering av frostsikringslag av grus
TRV:02050
Dimensjoneringskurver: Total tykkelse av forsterkningslag og frostsikringslag av sand eller grus under ballast skal dimensjoneres etter Figur: Dimensjoneringskurver for total tykkelse, z, av forsterknings- og frostsikringslag av grus.
Dimensjoneringskurvene er utarbeidet for norske forhold etter UIC blad nr. 719. Forholdene er gunstigere i Øst-Norge enn i resten av landet pga. større magasinert sommervarme i Øst-Norge. Sand i filterlaget betraktes frostteknisk som grus.
Figur: Dimensjoneringskurver for frostsikringslag av grus, i tillegg til 700 mm forsterkningslag med sprengstein viser dimensjoneringskurver for frostsikringslag av grus, under forutsetning av at det i tillegg benyttes 700 mm forsterkningslag av sprengstein.
Dimensjonering av frostsikringslag av sprengstein
TRV:02051
Hensyn til termiske egenskaper: Ved dimensjonering av frostsikringslag av sprengstein skal man ta tilstrekkelig hensyn til at de termiske egenskapene generelt er usikre, og at det kan opptre betydelig variasjon i egenskapene både lokalt og fra anlegg til anlegg.
TRV:02052
Sikring mot ugunstige egenskaper: Ved å sikre seg mot ekstremt ugunstige egenskaper kan kurven som svarer til 1,6 x Zgrus gitt i Figur: Dimensjoneringskurve for total tykkelse av forsterknings- og frostsikringslag av sprengstein benyttes. Kurven gjelder for dimensjonering av tykkelse av frostsikrings- og forsterkningslag med sprengstein, under forutsetning av at følgende er tilfredsstilt:
- steinmassene er velgraderte, slik at bl.a. indre konveksjon forhindres
- overflate og grøfteskråninger av banelegemet tettes, slik at varmetap ved konveksjon og frostinntrengning fra siden minimaliseres. For tetting av sideskråninger, se avsnitt 3.3.
Dimensjoneringskurven gjelder for det aktuelle konseptet med 700 mm forsterkningslag av stein 0 - 300 mm og frostsikringslag av stein med maksimal steinstørrelse 500 mm eller inntil 2/3 av lagtykkelsen.
Inngangsdata for dimensjoneringskurven er 100 års frostmengde i luft. Effekten av temperaturforskjell mellom luft og overflate er inkludert i kurven gitt i Figur: Dimensjoneringskurve for total tykkelse av forsterknings- og frostsikringslag av sprengstein.
- "steinreir" som følge av separasjon ved uheldig utlegging eller ensgraderte masser
- store steiner (kan gi kuldebroer gjennom fyllingen)
- indre konveksjon som følge av åpen struktur i sprengsteinsmassene (krav til bruk av velgraderte masser i avsnitt 3.2.2 vil imidlertid ta høyde for denne effekten)
TRV:02053
Bruk av gunstige masser: Ved bruk av spesielt gunstige masser, kan lagtykkelsen beregnes spesielt.
Å sikre et høyt fuktighetsnivå i bunnen av frostfundamentet av sprengstein vil bedre frostmotstanden. Dette kan f.eks. oppnås ved innlegging av gruspute eller filterlag av sand.
Frostsikring ved spesielle forhold
Bergskjæring
TRV:02056
Bergskjæringer i svake bergarter: Ved sprengning i bergarter som kan gi høyt finstoffinnhold i sprengsteinen, skal alle massene lastes ut og bergoverflaten renskes før tilbakefylling skjer. Stillestående vann i groper skal dreneres ut, ev. støpes ut. I dette tilfellet er det ikke nødvendig å sprenge ned til frostsikker dybde.
I tillegg vurderes om sålen skal isoleres, se Underbygning/Prosjektering og bygging/Frost#Ekstrudert polystyren (XPS) og ev. utkiles.
For oppbygging til formasjonsplan i bergskjæringer, se Underbygning/Prosjektering og bygging/Banelegeme#Oppbygging til formasjonsplan (FP).
TRV:02055
Utkiling: Ettersom frosten forplanter seg raskere og dypere i berg enn i løsmasser, skal det utføres en utkiling med ikke telefarlige materialer over en viss lengde nærmest bergskjæringen, som vist på Figur: Utkiling av frostsikringslag ved overgang til fjell. Dybden settes til 0,5 · Z, hvor Z er tykkelsen av forsterkningslag og frostsikringslag. Utkilingens lengde settes normalt lik 10 · Z.
Stikkrenner, kulverter og underganger
For stikkrenner, kulverter og underganger vil konstruksjonens størrelse virke inn på nødvendig tykkelse av frostsikringslaget.
Frosten vil trenge inn i selve gjennomløpet, og normalt regner man med at frosten virker i hele lengden.
TRV:08525
Tykkelsen av frostsikringslaget, hf, skal dimensjoneres avhengig av tverrsnittet på gjennomløpet. Se Tabell: Tykkelse på frostsikringslaget.
| Største innvendige høyde eller bredde, d (m) | Tykkelse på frostsikringslaget, hf (m) | |
|---|---|---|
| Stikkrenne, kulvert, undergang |
0,6 ≤ d ≤ 1,0 d > 1,0 |
hf = 0,3 · d (Z + 0,5) hf = (0,3 + 0,1d) (Z + 0,5) |
Z (m) er samlet tykkelse av forsterkningslag og frostsikringslag iht. avsnitt 4.
Støttemur
TRV:02057
Fundamentering: Støttemurer skal fundamenteres frostfritt etter maksimal frostmengde (F100) uansett banestandard.
TRV:02058
Bakfyllmasser: Det skal ikke benyttes telefarlig materiale som bakfyllmasser i frostsonen. Tykkelsen på laget er hf. (Se Figur: Eksempel på frostsikring ved støttemur).
TRV:02059
Maks steinstørrelse: Stein større enn 300 mm tillates ikke.
Utførelse
TRV:02060
Unngå skader: Arbeidet skal utføres på en slik måte at steinmassene ikke skader konstruksjonen ved utfyllingen.
TRV:02061
Komprimering av bakfyllmassen: Hvis støttemuren dimensjoneres for trafikkbelastning, skal bakfyllmassen komprimeres med vibrerende plate.
TRV:02062
Bruk av fiberduk: Hvis steinmassene er for åpne til å hindre inntrenging av finmateriale, skal det brukes fiberduk mot jordmassene, jf. også Underbygning/Prosjektering og bygging/Stabilitet.
hf (m) = Z + 0,5
Z (m) er tykkelsen av forsterkningslag og frostsikringslag iht. avsnitt 4.
