Nytt verktyg för vägbyggnad från VTI

VTI har på uppdrag av Trafikverket utvecklat ett nytt, modernt dimensioneringsverktyg för vägkonstruktioner. Verktyget ger bland annat möjligheter att hantera och optimera vägkonstruktioner för olika klimat och trafikmängder.

Dimensioneringsverktyget används för att nya vägar ska bli så hållbara som möjligt. Bland annat i relation till faktorer som temperatur, vatten i vägkonstruktionen, tjäldjup och trafikmängd. Verktyget kan användas vid strukturell dimensionering av vägar.

– Det ger bland annat stöd för optimering av vägens uppbyggnad, lämplig tjocklek på obundna material, bär- och förstärkningslager, liksom asfalt och vilka sorters asfalt som ska användas, säger Sigurdur Erlingsson som är professor i vägteknik på VTI.

Han har tillsammans med VTI-forskaren Abubeker Ahmed utvecklat dimensioneringsverktyget, som framför allt kommer att användas av vägtekniker eller konsulter. Oftast på uppdrag av Trafikverket.

– Tidigare verktyg har använts i över 20 år och bygger till stor del på empiri. Nackdelen är att metoden, på grund av att den är just empirisk, inte kan behandla nya eller återvunna material i ett förändrat klimat, eftersom det saknas praktisk erfarenhet av sådana material. Tanken med projektet är att utveckla nästa generations dimensioneringsverktyg, säger Sigurdur Erlingsson.

Det nya verktyget, som kallas ERAPave PP (Elastic Response Anlysis of Pavements – Performance Prediction), utgår ifrån grundläggande mekanik och mekaniska lagar.

– ERAPave PP bygger på mekanistiska principer – realistisk provning och avancerad testning av vägmaterial, där vi efterliknar verkligheten så bra som vi kan med hänsyn till klimat och trafiklaster. Det betyder bättre simulering, jämfört med äldre verktyg och därmed större överenstämmelse med verkligheten.

Enligt Sigurdur Erlingsson och Abubeker Ahmed är drivkraften att få ett verktyg som innebär bättre optimering – mera väg för pengarna om man så vill.

– Vi kan bestämma mer precisa tjocklekar för vägens olika lager och vi bygger inte för tunt eller för svagt, utan optimerat, säger Abubeker Ahmed.

Den mekaniska delen av verktyget har utvecklats genom både mätningar i fält och med hjälp av laboratorieförsök. Inom det senare området handlar det om både försök med mindre provkroppar och bestämning av deras mekaniska egenskaper. Dessutom tillkommer andra egenskaper, till exempel friktion och buller, som är viktiga eftersom de kommer från den del av provkroppens yta som är i kontakt med bilarnas däck. I arbetet har forskarna bland annat använt VTI:s Heavy Vehicle Simulator, HVS, som kan simulera belastning från tunga fordon och ge svar på hur olika vägkonstruktioner klarar tung trafik.

– Utifrån laboratorieprov får vi en mängd olika mått på materialegenskaper, till exempel för materialsammansättning av asfalt. Det finns en enorm mängd asfaltstyper och sammansättningar för olika klimat. Det är till exempel skillnad på asfalt i Norden och asfalt i ett medelhavsland, säger Sigurdur Erlingsson.

Dimensioneringsverktyget är först och främst utvecklad för svenska eller nordiska förhållanden. I andra delar av världen kan materialen i vägkonstruktionerna ha annorlunda karaktär och egenskaper, som skiljer sig från de förhållanden som ERAPave PP speglar. Med vissa anpassningar skulle verktyget dock kunna användas på andra marknader.

De kanske vanligaste skadorna som uppstår i vägbeläggningsmaterial är spår- och sprickbildning. Spår uppstår dels genom tryck från fordonsdäck, dels genom förslitning av vägbanan, orsakad av dubbdäck. Asfalt är formbar, speciellt vid högre temperaturer, och deformeras därför vid långvarig belastning. Det uppstår helt enkelt spår i både asfalten och i de obundna material som finns under den. Sprickbildning i vägbeläggningen orsakas framför allt av utmattning men uppstår även på grund av frostpåverkan (köldmängd). Utmattnings- och frostsprickor har dock olika karaktär. Inom de både områdena sprickor och spårbildning kan ERAPave PP förutsäga utvecklingen på ett sätt som det tidigare dimensioneringsverktyget inte klarade.

– Det har stor betydelse eftersom det bidrar till högre trafiksäkerhet och färre olyckor men också till ökad komfort vid färd på vägarna, säger Abubaker Ahmed.

Både spår och sprickor innebär ökad risk i trafiken och kortare livslängd på asfaltsytor. Belastningssprickor uppstår ofta i anslutning till spårbildning och ökar nedbrytningen av vägbanan, vilket bidrar till det allmänna slitaget, eftersom vatten kommer ner i strukturen.

– Sprickor kan också orsaka slaghål, det som vi även kallar potthål, där stora bitar asfalt kan lossna, orsaka olyckor och allvarliga skador, konstaterar Sigurdur Erlingsson.

Fotnot: Artikeln har tidigare varit publicerad i VTI aktuellt 2-2023

Tillbaka till Vägteknisk forskning 100 år