Mechanistic-Empirical Modeling of Permanent Deformation in Asphalt Concrete Layers

Abstract: Popular Abstract in Swedish De allra flesta av oss bilister har någon gång kört på en väg med tydliga spår i vägytan. Man märker tydligt hur både komforten och säkerheten minskar eftersom möjligheten att styra fordonet försämras. Dessutom försämras trafiksäkerheten ytterligare när regn eller snö ansamlas och orsakar vattenplaning eller halka. Därför får de gradvis framväxande spåren inte bli för djupa. Problemet hanteras genom att utföra underhåll eller att bygga ny väg, vilket årligen kostar Trafikverket ca åtta respektive ca 11 miljarder kronor. För att förhindra framtida problem måste man säkerställa att åtgärden är långsiktigt hållbar. Samtidigt vill man inte överdimensionera av ekonomiska och miljömässiga skäl. Därför används modeller för att beräkna hur spårbildningen utvecklas vid olika trafiklaster och klimat i den planerade vägkonstruktionen. På det sättet kan man välja de material och lagertjocklekar som minimerar kostnaden på lång sikt. Spårbildning orsakas av en kombination av dubbdäckens nötning samt permanenta deformationer både i asfaltlager och underliggande lager av krossat bergmaterial och jord. Denna avhandling fokuserar på modellering av permanenta deformationer i asfaltlager, som består av efterpackning, eller förtätning, och flytning som innebär att materialet trycks ned i hjulspåret och trycks upp vid sidan. Permanenta deformationer i asfaltlager orsakas av faktorerna trafik, material, överbyggnadskonstruktion och klimat. Trafiken påverkar genom antalet belastningar, storleken på lasten och belastningstrycket mellan däck och vägyta. Material och konstruktion spelar in genom att olika typer av asfaltmaterial placerade på olika djup i vägkonstruktionen skapar olika förutsättningar för att motstå de permanenta deformationerna. Klimatet påverkar genom att asfalten, som består av krossat berg och råoljeprodukten bitumen, har mekaniska egenskaper som är mycket temperaturberoende. De modeller som utvärderades i denna avhandling är de amerikanska M-E PDG och CalME, och den svenskutvecklade PEDRO. De aspekter som studerades var metoder för att anskaffa indata, modellering och kalibrering. Insamling av indata är viktig eftersom dess kvalitet begränsar resultatens kvalitet. Modelleringen och dess element utvärderades med avseende på dess överensstämmelse med observerat beteende på verkliga vägar. Slutligen studerades även omfattningen av kalibreringen, som är en empirisk korrektion som korrelerar modellresultat med observerat spårdjup. Utvärderingen utfördes genom att ett antal vägsektioner bestående av olika material utsattes för olika trafikbelastningar och klimat. Dessa uppgifter har sedan använts som indata till modellerna. Modellresultaten jämfördes sedan med observerat spårdjup från de aktuella vägsektionerna. Utvärderingen utfördes med två motorvägsektioner utsatta för verkliga trafik- och klimatförhållanden, och med två fullskalesektioner utsatta för intensiv mekanisk belastning av en maskin som simulerar tunga fordon (Heavy Vehicle Simulator). Modellerna kunde generellt sett beräkna de observerade permanenta deformationerna under vissa förhållanden. De utvärderade modellerna uppvisade därmed både rimliga och användbara egenskaper men även vissa begränsningar. Ytterligare validering under svenska förhållanden vore värdefull för att implementera delar av modellerna för dimensionering i Sverige.