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
Prognos av vägars bärförmåga vid tjällossningen: Användning av "Minnesotamodellen" på en teststräcka i Sverige
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2010 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [en]

The global trend towards a warmer climate and temperatures near or just above 0 °C during winter months, will most likely be more common in future. One of the consequences of this climate change could, in a worst-case scenario, be freezing and thawing over a significant part of the winter with corresponding road bearing capacity problems. Bearing capacity problems may lead to increased costs to society when heavy traffic is forced to change route or carry less weight. In addition, road maintenance costs will increase. According to pulp industry calculations, this industry sector will face additional costs in the range of 510-590 Million SEK every year due to road bearing capacity problems. In addition to this, the costs related to the rapidly growing bio fuel industry will be added. If a reliable forecast of load-bearing capacity problems and potential load restrictions on roads can be found, it would be cost effective for road administration and society. This research report is a part of a work to find methods to forecast bearing capacity problems on roads. The report gives an idea of the possibility to use the temperature based model used in Minnesota, USA in Sweden. The evaluation is done by comparing falling weight deflectometer (FWD) test results with the results from the temperature based forecast model. Temperatures and FWD data were collected in 1997 on a road approximately 7 km outside Luleå, Sweden. The road structure was from the surface: 0,10 m asphalt, 0,40 m sandy gravel/gravely clayey sand and 3,0 m silty clay overlaying a silty moraine. In the report the FWD concept, as well as the FWD parameters of importance are described. How the temperature data was collected is described. The temperatures were collected at a depth of 0,20 m and 0,12 m below the asphalt layer respectively. FWD data was normalised to a force of 50kN. The radius of the segmented falling plate was 0,12 m and all calculations were carried out in accordance with Swedish guidelines. Based upon the FWD tests, the following parameters were evaluated: i/load carrying index, ii/surface modulus, iii/subgrade modulus and iv/"AREA-parameter". A daily average air temperature was determined based upon the detailed measured temperatures. A comparison was done with an average value calculated solely on the recorded maximum and minimum temperatures. It is shown that the two methods gave similar results when used in the forecast model. A short description of the temperature based forecast model is presented as well as an example of how to use it. The needed reference temperature was in the field test evaluated to -0,65 °C and the thaw-degree day limit before the road starts to thaw was determined to 22,2 °C-days. The evaluated FWD parameters show bearing capacity loss at slightly different days. Load carrying index shows a loss of bearing capacity after March 14. As expected the surface modulus is strongly influenced by the air temperature and shows low values on March 10, April 1. After April 11 it decreases significantly. The subgrade modulus shows less stiffness after March 26 and is not as affected by changing air temperatures as the surface modulus. The AREA parameter is also affected by the oscillations in air temperature, much like the surface modulus. It shows low values on March 10 and April 1. After April 11 it decreases significantly towards the lowest values registered in the study. The temperature based forecast model shows that the limit for the accumulated thaw index is reached on March 10 and on April 22-23. The results from the forecast model based upon the daily average temperatures and based upon daily maximum and minimum temperatures only, shows almost the same dates for bearing capacity reductions. Thus, the more simple method with maximum and minimum temperature values seems to give enough accuracy. When comparing the FWD results: AREA-parameter and subgrade modulus with results from the Minnesota model, the subgrade modulus seems to have the greatest agreement with the forecast model. However, they both seem to show the overall development of low bearing capacity during thaw. The overall conclusion about the temperature based forecast model is that it seems to give fairly good results and work well. It will work better if it can be further calibrated but it has some flaws if the temperature seesaws around 0 °C. The forecast model should, despite this, be able to assist road holders in Sweden as a planning tool, when dealing with bearing capacity problems during thaw.

Abstract [sv]

Den globala tendensen är ett varmare klimat och att temperaturer nära eller strax över 0 °C under vinterhalvåret blir allt vanligare. En av klimatförändringens konsekvenser skulle i ett "värsta-fall-scenario" kunna bli tjällossning under en betydande del av vintern, med följande bärförmågeproblem på vägarna. Detta leder till ökade samhällsekonomiska kostnader då tung trafik tvingas lasta mindre eller ändra rutt (tidsförlust) och ökade underhållskostnader för sönderkörda vägar. Skogsindustrin beräknades 2008 ha merkostnader på 510-590 miljoner kronor per år på grund av bärförmågeproblem enligt egna beräkningar. Till denna summa tillkommer merkostnader för den snabbt ökande biobränsleindustrin. Genom att kunna prognostisera bärförmågeproblem vid tjällossningen skulle lastrestriktioner läggas i rätt tid och väghållar- och användarkostnader minskas.Ett enkelt mätetal kopplat till bärförmågan kan användas för att prognostisera när och hur länge vägen har bärförmågeproblem, alltså när lastrestriktioner bör appliceras för att vara mest kostnadseffektivt. En fullt fungerande prognosmodell skulle också kunna minska behovet av fallviktsmätningar och okulära besiktningar vid införandet av lastrestriktioner. Denna forskningsrapport är en del i ett arbete som behandlar prognostisering av bärförmågeproblem på vägar. Rapporten syftar till att ge en bild av om en temperaturbaserad bärförmågeprognosmodell, "Minnesotamodellen", kan uppfylla detta mål genom att jämföra prognosmodellens resultat med bärförmågeanalyser utförda med hjälp av fallviktsmätningar. Datainsamling i form av temperaturdata och fallviktsdata utfördes 1997 på Björsbyvägen cirka 7km utanför Luleå centrum. Den aktuella vägprofilen för vägsträckan där data hämtats består av 10cm oljegrus, 40cm sandigt grus/grusig lerig sand och 300cm siltig lera underlagrad av siltig morän. Fallviktsmätningar och utvärdering av bärförmågeindex, ytmodul, undergrundsmodul och AREA-parameter finns beskrivna. Ytmodul och undergrundsmodul visar styvheten på olika djup i vägkonstruktionen, AREA-parametern ska med ett tal sammanfatta hela vägkonstruktionen och bärförmågeindex är ett index som beskriver styvheten hos vägen. Hur temperaturinsamlingen är genomförd finns även kort beskrivet.Hur den insamlade fallviktsdatan har bearbetats presenteras, liksom tillhörande beräkning som bygger på en normalisering av slagkraften mot den tänkta slagkraften 50kN.Från temperaturdata har ett medelvärde per dygn utvärderats baserat på alla dygnets temperaturmätningar. Detta medelvärde användes i "Minnesotamodellen" för bärförmågeanalys och resultaten från "Minnesotamodellen" jämfördes även med ett medelvärde enbart baserat på max- och min-temperatur. Skillnaden mellan de två förhållningssätten bedömdes vid noggrannare analys vara försumbar. En kort presentation av modellen för bärförmågeprognoser redovisas i rapporten. Prognosmodellens referenstemperatur och gränsvärde för ackumulerat töindex, TIack, utvärderades med hjälp av insamlad temperaturdata till -0,65 °C och gränsvärdet TIack till 22,2 °C-dagar.Från de fallviktsmätningar som utfördes på Björsbyvägen mellan 28 februari och 19 november, 1997 utvärderas, presenteras och analyseras bärförmågeindex, ytmodul, undergrundsmodul samt AREA-parameter. Bärförmågeindex visar en minskning av bärförmågan från 14 mars. Ytmodulen varierar med lufttemperaturen och ytmodulen visar en minskning av bärförmågan 10 mars, 1 april samt minskar kraftigt efter 11 april. Undergrundsmodulen visar på minskad styvhet efter 26 mars. AREA-parametern uppvisar svängningar likt ytmodulen och visar på minskad bärförmåga 10 mars, 1 april och efter den 11 april sker den största minskningen. Prognosmodellen visar att gränsvärdet för TIack nås 10 mars och mellan 22-23 april.Vid en jämförelse mellan AREA-parametern, undergrundsmodulen (Eu) och "Minnesotamodellen" verkar undergrundsmodulen och "Minnesotamodellen" ha den bästa överensstämmelsen. Undergrundsmodulen tycks visa de mer övergripande förändringarna i styvhet och detta tycks också prognosmodellen göra. Prognosmodellens grundidé verkar fungera som tänkt i det studerade fallet och, enbart mätning av max- och mintemperatur verkar ge den lufttemperaturdata som behövs. Prognosmodellen har kalibreringsmöjligheter genom referenstemperaturen. Den borde kunna användas som ett översiktligt planeringsverktyg vid bärförmågeproblem kopplade till tjällossningen.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2010. , 157 p.
Series
Research report / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1528
Keyword [en]
bearing capacity, Civil engineering and architecture - Geoengineering and mining engineering
Keyword [sv]
"Minnesotamodellen", bärförmåga, vägteknik, bärförmågeprognostisering, Samhällsbyggnadsteknik och arkitektur - Geoteknik och gruvteknik
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Soil Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-22255Local ID: 2209a9d0-f15f-11df-8b36-000ea68e967bISBN: 978-91-7439-193-0 (print)OAI: oai:DiVA.org:ltu-22255DiVA: diva2:995304
Note
Godkänd; 2010; 20101116 (berand)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1026 kB)46 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1026 kBChecksum SHA-512
89796302c949061b47d66d11b01b1935e8369e4290a77240459c2b21c186b4045cedeb7f396ff4daa257c475c83c4b27201b4804cf54693197f0b537cbbd57d1
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Berglund, Andreas
By organisation
Mining and Geotechnical Engineering
Geotechnical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 46 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

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 83 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