|
BVFF nummer:
|
|
BVFF 2020:1-04
|
 |
|
Projekttitel
|
|
Numerisk modell för skadeutveckling i asfalt på grund av tjällyft
|
|
|
Projektledare/Kontaktperson
|
|
Romain Balieu
|
|
|
Telefon
|
|
08-790 8049
|
|
|
Utförarorganisation
|
KTH
|
|
|
Medutförare
|
NCC
Nynas
LTU
|
|
|
Bakgrund
|
Roads, during their lifespan are subjected to various deteriorating mechanisms arising from the surrounding environment. Amid natural phenomena, frost is the main culprit which causes severe damages in asphalt layer. Accordingly, significant part of the budget allocated for maintenance of roads is spent on rehabilitation due to frost damages in cold countries. What aggravates the situation is that the process of rehabilitation not only consumes noticeable amount of energy but also leads to increase of CO2 emission.
Frost heave is one type of damages caused by frost resulting in permanent and severe cracks in asphalt due to upward swelling of the soil. It occurs when the moisture trapped in the layer beneath the pavement surface is subjected to freezing temperature. In this condition, the ice lenses that form inside the soil start to absorb the water via capillarity action from adjacent air voids which then also freezes. This results in volume increase of the soil leading to distress in the structure of pavement which is visible in the form of severe cracks in asphalt layer. The principal approaches aiming at reducing the damages occurred in asphalt layer due to frost heave problem are avoiding frost susceptible soils, lowering the water table and implementing appropriate drainage system. All of these methods are costly and arduous to implement. Studying the effect of soil heave on asphalt layer is thus a necessity toward a sustainable transport infrastructure.
|
|
|
Sammanfattning
|
I länder som upplever frysningstemperaturer är frost ett av de största problemen vid vägutformningen. Att försumma detta leder till allvarliga skador i asfalten och de underhållsoperationer som krävs för att hålla infrastrukturen i drift försämrar transportsektorns hållbarhet.
Huvudtanken i detta projekt är att utveckla en numerisk modell som kan förutspå skadorna i asfaltslagren på grund av tjällyft. Genom att koppla denna modell till den redan utvecklade modellen på KTH som simulerar skador på asfalt på grund av fukt, belastning och frost inuti asfalten ges en möjlighet att förutspå vinterskadorna i asfalt.
Att utveckla en tillförlitlig numerisk modell kräver dock experimentella studier som på förhand bestämmer påverkan av alla faktorer som spelar en viktig roll i tjällyftsfenomenet. Under de senaste åren har Luleå Tekniska Universitet (LTU) genomfört en experimentell undersökning av egenskaperna hos tjällyftsfenomenet i frostkänsliga jordar i laboratorieskala. Baserat på deras resultat kan vår grupp på KTH utveckla en numerisk modell för att förutspå skadorna i asfalt på grund av tjällyftsprocessen, särskilt med beaktande av varierande tjällyft i tvärled av vägen.
Modellen kan bygga upp en bakgrund för ytterligare undersökningar för att föreslå effektivare sätt att utforma vägar och underhållsmöjligheter. Detta kan leda till en mer hållbar transportinfrastruktur med tanke på att en minskning av underhållsoperationer minskar koldioxidutsläppen.
|
|
|
Förväntat resultat
|
The expected outcomes of the project are multiples:
-3D Finite Element model simulating the frost heave phenomenon in soil.
-3D Thermo-hydro-mechanical model simulating the damage caused by the frost heave phenomenon on asphalt.
-Numerical analyses based on realistic weather scenarios simulating combined winter damages (moisture, frost damage, frost heave) on asphalt
By increasing the knowledge about winter damages on pavement in order to minimize the maintenance operations and thus increasing the sustainability of transport infrastructure, this project fits perfectly the portfolio “Utveckla ett effektivt, modernt och hållbart underhåll av väg och järnväg -Vidmakthålla” which is part of the innovative plan of Trafikverket.
|
|
|
Plan för resultatspridning och implementering
|
To ensure a good dissemination on the expected results, the following actions will be done:
- Regular project meetings with the reference group: Nynas (Xiaohu Lu), NCC (Jonas Ekblad), LTU (Jan Laue) and Trafikverket (Johan Ullberg and Björn Kullander)
- Several peer-reviewed scientific articles (minimum of two) and a Licentiate thesis will be published and accessible via the database DiVA (Digitala Vetenskapliga Arkivet)
- Participation in national and international conferences (minimum of two)
-At the end of the project, a workshop with both academia and industries will be organized to promote the results of the project
|
|
|
Tidsramar
|
2020-03-01 till 2022-02-28
|
|
|