Hjólför í íslensku malbiki. Slit og deigar formbreytingar

Abstract

Hjólfaramyndun er umtalsvert vandamál vegum og götum hér á landi. Hjólför myndast vegna slits annars vegar og deigra formbreytinga hins vegar. Slit má rekja til umferðar bifreiða búnum negldum hjólbörðum og formbreytingar, skrið aðallega, má tengja við umferð þungra ökutækja. Þetta verkefni fjallar um hvernig hægt er að spá fyrir um hjólfaramyndun í malbiki bæði vegna slits og deigra formbreytinga.Á Íslandi hefur hingað til ekki verið hægt að spá fyrir um hjólfaramyndun vegna nagldekkja. Hjá VTI í Svíþjóð hefur verið þróað spálíkan, Slitmod, fyrir slit vegna nagladekkja. Í verkefninu er unnið að staðfæringu líkansins á íslenskar aðstæður. Til að spá fyrir um hjólfaramyndun vegna slits þarf að skilgreina nokkrar umhverfis- og umferðar inntaksstærðir. Þessar inntaksstærðir eru til að mynda vegbreidd, ökuhraði, umferðarmagn, fjöldi daga sem notkun negldra hjólbarða er leyfð, hlutfall bifreiða á nagladekkjum og notkun salts til hálkueyðingar. Tvenns konar prófanir, með ýmiskonar steinefnum, voru framkvæmdar á rannsóknarstofu, Prall- og kúlnakvarnarpróf. Þessi próf voru gerð á rannsóknarstofu Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands.Aflfræðilegar reynsluaðferðir (e. mechanistic – empirical) eru notaðar hér til að spá fyrir um hjólfaramyndun, deigar formbreytingar, vegna þungaumferðar. Aflfræðilegar reynslu hönnunaraðferðir fyrir malbik fela í sér notkun lögmála aflfræði til að meta svörun vegbyggingar (t.d. spennur, streitur og niðurbeygju). Forsendur til útreikninga á deigum formbreytingum, vegna sigs og skriðs, eru umferðarmagn, þungaumferð, þykkt malbikslaga, efniseiginleikar laga og hitastigsgögn. Nýtt eru hitastigsgögn fengin úr hitastigsmælingum úr malbikslögum frá Vegagerðinni.Geta til að spá fyrir um hjólfaramyndun, bæði vegna slits og varanlegra deigra formbreytinga, gætu haft verulegan fjárhagslegan ábata, stutt við viðhaldsáætlanir (PMS) og umtalsverð áhrif á veghönnun á Íslandi. Það gæti hjálpað til við val á malbiksblöndum og steinefnum í samhengi við umferðarmagn og veðurfar.

Rutting in Icelandic roads and streets is one of the main failure modes of pavement structures. Rutting occurs due to two main influencing factors; wear due to studded tires and due to creep. Wear can be related to vehicles fitted with studded tires and deformations, mainly creep, can be linked to traffic of heavy vehicles. This thesis focuses on how to predict the amount of rutting due to both studded tire wear and plastic deformations.In Iceland there is no method to predict rutting due to studded tire wear. At VTI in Sweden a prediction model has been developed, Slitmod, which predicts rutting due to studded tire wear. This project focuses on localizing this model and methodology to Icelandic conditions. There are several environmental and traffic input parameters to be stated for the prediction model. Such as road width, traffic speed, traffic volume, number of days when studded tire use is permitted, percentage of automobiles that use studded tires and whether salt is used for ice melting. Two tests have to be performed in a laboratory to produce vital input parameters, Prall-value and a value from abrasion test (Nordic abrasion test). These tests are performed at the Innovation Center Iceland.Mechanical-Empirical design methods are used to predict rutting due to plastic deformations caused by heavy vehicle traffic. Mechanical-Empirical design methods for asphalt pavement involve use of mechanical principles to evaluate the response of the road structure (i.e. strain, stress, and deformations). The prerequisites for calculations of permanent deformations are traffic volume, heavy vehicle traffic, thickness of layers, material properties, and temperature data. The temperature data is gathered from temperature measurements from asphalt layers carried out by the Icelandic Road Administration.The capability of predicting rutting, due to both wear and deformations, could have substantial economic benefits and significant effect on road design in Iceland. It could help in the selection of asphalt mixtures and aggregates in context with traffic volume and climate.