VTI National Transport Research Database

Numerisk modell för skadeutveckling i asfalt på grund av tjällyft och upptining samt marksättning (Numerical model for damage prediction in asphalt layers due to frost heave and soil consolidation)

  • Balieu, Romain
  • Kungliga tekniska högskolan, Universitet eller högskola, 202100-3054
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2023-01-01 -- 2024-12-31 Registration number:
  • Trafikverket 2023/29625
Subject(s): Abstract: I länder som upplever kalla vintrar är de årliga markytans deformationer på grund av frosthöjning och upptining en av de viktigaste problemen vid utformningen av beläggningen. Att försumma detta fenomen leder till försämring av asfalten, vilket driver upp underhållskostnaderna och påverkar transportsektorns hållbarhet. Huvudtanken med detta projekt är att föreslå ett numeriskt ramverk som kan simulera skador på asfaltbeläggning på grund av årliga temperaturrelaterade deformationer i den underliggande marken. Eftersom de tjällyftnings- och upptiningsinducerade sprickorna vanligtvis är breda kan de göra beläggningen mer utsatt för andra typer av skador såsom tjäleffekt genom att lämna det öppna utrymmet för vatten- och fuktinträngning. Vi avser också att ta fram en mer realistisk skademodell för asfaltbeläggning genom att koppla tjälskadorna med skador orsakade av tjällyftning och upptining inne i jorden. Dessutom kommer den föreslagna skademodellen att kalibreras för att matcha egenskaperna hos asfaltblandningar med Polymer Modified Bitumen (PMB) och konventionell c70/100 bitumen. Det ger möjlighet att jämföra prestanda för asfaltbeläggning med dessa två typer av bitumen. För att nå målen med projektet vid sidan av den numeriska studien och att genomföra experimentella tester kommer vi att samarbeta med Luleå tekniska universitet (LTU). De har de senaste åren genomfört experimentella undersökningar som studerar frosthöjningen och tjälningsfenomenen i frostkänsliga jordar i laboratorieskala. De kan förse oss med experimentella data för att kalibrera och validera numeriska modeller. Detta projekt är en fortsättning på den forskning som bedrivs vid KTH (BVFF-nummer: 2020:1-04) där vi tagit fram ett numeriskt ramverk för att simulera skador orsakade av tjällyft i asfaltbeläggningen. Dessutom bygger den studie av tjälskador i asfaltmaterial som också genomfördes i vår grupp upp en gedigen bakgrund för detta projekt. Resultatet av studien banar väg för ytterligare undersökningar för att uppnå en mer effektiv beläggningsdesign och underhållsalternativ. Detta leder till och med till mer hållbara transportinfrastrukturer med tanke på att minskad underhållsverksamhet ger minskade CO2-utsläpp.Abstract: In countries experiencing cold winters, the annual ground surface deformations due to frost heave and thawing are one of the main concerns while designing the pavement. Neglecting this phenomenon leads to deterioration of the asphalt, which drives up maintenance costs and affects the sustainability of the transport sector. The main idea of this project is to propose a numerical framework capable of simulating damage in asphalt pavement due to annual temperature-related deformations within the underlying soil. Since the frost heave- and thawing-induced cracks are usually wide, they can make the pavement more prone to other types of damage such as the frost effect by leaving the open space for water and moisture penetration. We also intend to develop a more realistic damage model for asphalt pavement by coupling the frost damage with damages caused by frost heave and thawing inside the soil. In addition, the proposed damage model is going to be calibrated to match the properties of asphalt mixtures with Polymer Modified Bitumen (PMB) and conventional c70/100 bitumen. It gives the opportunity to compare the performance of asphalt pavement with these two types of bitumen. To attain the objectives of the project alongside the numerical study and conducting experimental tests we are going to collaborate with the Luleå University of Technology (LTU). In recent years, they have conducted experimental investigations studying the frost heave and thawing phenomena in frost-susceptible soils on the laboratory scale. They can provide us with experimental data to calibrate and validate numerical models. This project is a continuation of the research conducted at KTH (BVFF number: 2020:1-04) in which we developed a numerical framework for simulating damage caused by frost heave in the asphalt pavement. Furthermore, the study of frost damage in asphalt material which also was carried out in our group builds up a solid background for this project. The outcome of the study paves the road for further investigations to achieve a more efficient pavement design approach and maintenance options. This even leads to more sustainable transport infrastructures considering the fact that reducing maintenance operations yields in decrease of CO2 emission.
Item type:

Powered by Koha