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
Studie av modell för prognos av vägars bärförmåga vid tjällossningen: "Minnesotamodellen"
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2010 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [en]

Many roads are affected negatively by thaw with loss of bearing capacity as a consequence. Sometime load restriction policies must be applied on these roads. To be able to communicate potential bearing capacity problems in time with the road users, a prognosis model is needed. Such a model is described in this report. The model is described based upon a report made at Washington state department of transportation, WSDOT. WSDOT had carried out thermal analysis by FEM on four different road sections. The four sections are presented and the thermal properties of the road materials are given. A most likely misprint in the original report is commented upon and a table with correct SI-units is presented. The results coming from the thermal analysis is presented. Thawing in the tested road sections starts when the daily average air temperature is -1,7 °C to -1,1 °C. Limits for a should and a must level of accumulated thawing index is presented as 25 °F-days and 50 °F-days. When the level is reached load restrictions should apply. In the Minnesota Department of Transportation, Mn/DOT, version of the forecast model only one limit is used. The length of the load restrictions are based on the complete thaw of the road construction. Two equations for calculating the length of restrictions based on FI and TI are presented. Comparisons between the results of the forecast model and frost depth meters have been carried out and showed acceptable results. The forecast model is working better when fine grained materials is present than with coarse grained materials. The model was stated usable but in need of in-situ calibration. The model has been altered in the Mn/DOT version by letting the reference temperature vary during spring. This is said to be a way of taking the increasing intensity of the net heat flux and angle of the sun into consideration. It can also be seen as an easy way of calibrating the forecast model. The three day weather forecast is used to determine when the limit value for accumulated thaw index is reached. This gives the forecast model a three days forecast on bearing capacity problems. Within Mn/DOT maximum 8 weeks duration for load restrictions are used. Research showing that load restrictions are not socioeconomic defendable and that it is more economic to have the road repaired when it gets damaged is presented. Other works say that there is a value in load restrictions. Socioeconomic calculations may contain assumptions and whether or not they are correct is not discussed in this report. Before the forecast model could be implemented in Sweden there is a need for testing. Air and ground temperature data needs to be collected and analysed according to this report. The temperature data will give reference temperature and limit value to use when evaluating thaw index. The test results from the forecast model should be compared with for example falling weight deflection data from the same location to answer the question whether the agreement is good or not. The forecast model is straight forward and simple. Some questions about reliability need future testing before a recommendation whether or not it is suitable to be used in Sweden.

Abstract [sv]

Många vägars bärförmåga påverkas negativt vid tjällossningen, ibland måste vägar stängas av eller åläggas lastrestriktioner på grund av bärförmågeproblem. För i god tid kunna informera väganvändarna var det finns potentiella bärförmågeproblem krävs en prognosmodell. En sådan beskrivs i rapporten. Prognosmodellen beskrivs med utgångspunkt i originalrapporten, som tagits fram i USA. De termiska analyser som utförts med FEM-analys beskrivs. Analyserna har gjorts på fyra vägprofiler och resultaten presenteras tillsammans med de ingående materialens termiska egenskaper. Den indata som användes kommenteras och en tabell med motsvarande SI-enheter presenteras. Resultaten av de termiska analyserna visar att tining av vägkonstruktionen inleddes när lufttemperaturen var -1,7 °C till -1,1 °C för de aktuella vägprofilerna. När "bör-gränsvärdet" nås finns det risk för bärförmågeproblem och när "måste-nivån" nås ska lastrestriktioner införas. En rekommendation av gränsvärde för det ackumulerade töindexet uppges till 25 °F-dagar, "bör-nivå", och 50 °F-dagar, "måste-nivå" vilket motsvarar 14 och 28 °C-dagar. I Minnesotas version av modellen används enbart en gränsnivå.Hur längden på de ålagda lastrestriktionerna kan uppskattas presenteras genom två ekvationer baserade på regressionsanalys av tjäldjup och frysindex. De två ekvationerna baseras på att vägen skall ha tinat upp helt. Jämförelser mellan tjälgränsmätare och modellens prognos har tidigare utförts i USA och visat på god överensstämmelse. Prognosmodellen konstateras fungera bättre för finkorniga material än grovkorniga. Vidare konstateras det att modellen bör genomgå en fältkalibrering. I den utvecklade versionen av urmodellen har Mn/DOT kalibrerat modellen genom att referenstemperaturen tillåts variera under våren, så att solens ändrade vinkel och intensitet vägs in. I Minnesota används vädrets tredygnsprognos för att bestämma när gränsvärden för det ackumulerade töindexet överskrids. Det ger prognosmodellen tre dygns förvarning för bärförmågeproblem. Det ackumulerade töindex som används i Minnesota presenteras och den tid som lastrestriktioner åläggs i Minnesota presenteras som åtta veckor. I rapporten diskuteras behovet av lastrestriktioner och att det under vissa omständigheter kan vara mer samhällsekonomiskt försvarbart att vägen lagas efter att den körts sönder än att använda lastnedsättningar eller avstängningar för att förhindra vägskador. Andra rapporter säger att det finns stora värden i att ha prognoser för bärförmågenedsättningar och lastrestriktioner. Huruvida det ena eller andra påstående är korrekt behandlas inte i rapporten.Före eventuella tester av prognosmodellen i Sverige skall lufttemperatur- samt vägtemperaturdata samlas in och analyseras. Analysen av temperaturdata beskrivs. Det konstateras att prognosmodellen bör korreleras med exempelvis fallviktsdata vid ett fältförsök. Den beskrivna prognosmodellen konstateras vara är rak och enkel men det finns frågetecken som framtida tester ska ge svar på innan den kan rekommenderas att använda vid bärförmågeprognostisering i Sverige.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2010. , p. 36
Series
Research report / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1528
Keywords [en]
bearing capacity, Civil engineering and architecture - Geoengineering and mining engineering
Keywords [sv]
vägteknik, bärförmåga, "Minnesotamodellen", bärförmågeprognostisering, Samhällsbyggnadsteknik och arkitektur - Geoteknik och gruvteknik
National Category
Geotechnical Engineering
Research subject
Soil Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-23869Local ID: 8bcdb540-f156-11df-8b36-000ea68e967bISBN: 978-91-7439-192-3 (print)OAI: oai:DiVA.org:ltu-23869DiVA, id: diva2:996919
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(505 kB)57 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 505 kBChecksum SHA-512
994799570def4c3b1633e3f597b3275e87df9bf06f3f71d863dfe521a20279d7d39ccad6b15a16ceae25b2f5ae68e3c47edb79129a5196cf80c7ad6f28b15499
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: 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

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 84 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