Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Frost modelling and pavement temperatures: summer pavement temperatures and frost modelling: licentiate thesis
Swedish National Road and Transport Research Institute.
2001 (English)Report (Other (popular science, discussion, etc.))
Abstract [en]

Temperature and moisture are very essential parameters when describing the condition of a pavement. In most cases, a high moisture content involves a decreased bearing capacity and, consequently, a shorter durability of the pavement. A frozen pavement has a greater bearing capacity than the corresponding construction in spring or late autumn. However, the freezing itself also implies strains to the pavement, as it heaves to different extent and in different directions in connection with the frost heave. The properties of an asphalt concrete pavement vary dramatically according to temperature. A cold asphalt concrete is hard, stiff and brittle, and therefore, cracks easily occur, whereas its bearing capacity decreases at high temperatures as softening progresses.

A numerical model has been developed for calculation of the temperatures in a road pavement during summer condition, especially emphasizing the asphalt concrete. Further, in order to also model temperatures and other conditions, occurring during winter conditions in the pavement, such as frost heave, a frost heave model has been developed. The aim of this is to gain a better insight into the freezing process of a road structure. The model also provides an efficient tool for a better understanding of important factors related to frost depth and frost heave. In the present work, numerical analysis of frost heave and frost front propagation has been performed and compared with some field observations.

Furthermore, equipment for freezing tests in laboratory has also been developed. Experiences from such tests and field measurements have been used when developing the numerical model for the freezing of pavements. At the laboratory freezing tests, a special interest has been devoted to heave rate, water intake rate and cooling rate. The experiences, obtained from both the laboratory tests, as well as the field observations, have been compared to what has been reported in literature.

Temperatures obtained from the numerical model for summer temperatures have turned out to correspond well to measurements of pavement temperatures on three different levels below the road surface on a road west of Stockholm, Sweden. Calculated temperatures were also compared with temperatures calculated by using a model presented by SUPERPAVE (i.e. the asphalt binder specification, developed under the Strategic Highway Research Program (SHRP) USA). This model gives the highest temperature of asphalt concrete during daytime. According to the opinion of the author it is found that SUPERPAVE uses an erroneous assumption that there is equilibrium when the highest temperature is reached in the pavement on a hot summer day. This, of course, leads to an overestimation of the temperature, which is compensated in SUPERPAVE by assuming that the highest temperature is reached at a relatively high wind velocity of 4.5 m/s instead of at feeble winds, which is more realistic according to the author.

Abstract [sv]

Temperatur och fuktighet är mycket väsentliga parametrar vid beskrivning av tillståndet i en vägkropp. Hög fuktighet innebär oftast nedsatt bärighet med kortare livslängd för konstruktionen som följd. En frusen vägkropp har större bärighet än motsvarande konstruktion under vår eller sen höst. Själva tjälningen innebär dock också påfrestningar på vägkroppen eftersom den lyfts i olika grad och i olika riktningar i samband med tjällyftningen. Egenskaperna hos en asfaltbeläggning varierar dramatiskt med temperaturen. Kall beläggning är hård och spröd, medan den vid höga temperaturer får försämrad bärighet. En numerisk modell har utvecklats för beräkning av temperaturer sommartid i en vägkropp med särskild betoning på asfaltbeläggning. Dessutom har en modell för vinterförhållanden utvecklats för att kunna beskriva tjällyftning m.m. Detta för att nå större insikt i de processer som råder när en vägkropp fryser. Modellen utgör också ett effektivt verktyg för att bättre förstå väsentliga faktorer som har samband med tjäldjup och tjällyftning. I föreliggande avhandling jämförs beräknade värden för tjällyftning och tjäldjup med ett antal mätningar i fält.

Dessutom har utrustning för frystester i laboratorium utvecklats. Erfarenheter från sådana tester och fältmätningar har använts vid utvecklingen av den numeriska modellen för tjälning av vägar. Vid frystesterna har särskilt intresse ägnats åt tjällyftningshastighet, vattenuppsugning och kyleffekt. Erfarenheterna från frystester och fältmätningar har jämförts med vad som finns rapporerat i litteraturen.

Numeriska modellen för beräkning av temperaturer sommartid har visat sig ge god överensstämmelse med mätningar av beläggningstemperaturer på tre olika nivåer i en väg väster om Stockholm. Beräknade temperaturer har också jämförts med de som fås med den modell som tagits fram inom SUPERPAVE (d v s the asphalt binder specification, developed under the Strategic Highway Research Program (SHRP) USA) för beräkning av högsta temperatur i en asfaltbeläggning. Enligt författarens åsikt så används i SUPERPAVE ett felaktigt antagande om att jämvikt skulle råda när högsta temperaturen nås en varm sommardag. Detta ger en överskattning av temperaturen vilket kompenseras i SUPERPAVE genom att man också antar att högsta temperaturen nås vid vindstyrka 4.5 m/s istället för vid svaga vindar, som författaren menar vore mer realistiskt.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Statens väg- och transportforskningsinstitut , 2001. , 53 p.
Series
VTI särtryck, ISSN 1102-626X ; 344
Keyword [en]
English, Sweden, Frost, Mathematical model, Pavement, Temperature, Summer, Flexible pavement, Heaving, Depth, Equipment, Laboratory, Moisture, Calculation
Research subject
30 Road: Highway design, 38 Road: Freeze-thaw
Identifiers
URN: urn:nbn:se:vti:diva-4532OAI: oai:DiVA.org:vti-4532DiVA: diva2:673356
Available from: 2013-12-03 Created: 2013-12-03 Last updated: 2017-03-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(749 kB)57 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 749 kBChecksum SHA-512
4d94834cf3b4632fafdb14d1b9624b7df85f02bfcaa0354c6381ee157b5a404d3e318d1b7edcf35fec87fcfbd8e5654bac8df6c853db038c0964652187d05660
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Hermansson, Åke
By organisation
Swedish National Road and Transport Research Institute

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 57 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 53 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf