28 november 2024
Ny forskning visar hur trummor påverkar tjälskador på vägar
Tjälskador på vägar är ett stort problem i kalla klimat. Trummor, som används för dränering, kan förvärra detta genom att påverka temperaturfördelningen i vägstrukturen. Karina Tommik vid Luleå tekniska universitet har undersökt hur luftflöde och temperaturförhållanden i trummor påverkar tjäldjupet och spridningen i den omgivande jorden.
Forskningen visar att luftflödet genom trummor spelar en avgörande roll för tjälens inträngningsdjup. När trummorna är öppna och luft kan flöda genom dem, leder det till djupare tjälinträngning jämfört med områden utan trummor. Studien inkluderade fältundersökningar vid flera trummor av olika storlekar nära Luleå. Resultaten visade att faktorer som snötäcke och vind påverkar temperaturen inuti trummorna, vilket i sin tur påverkar tjäldjupet.
– Vår forskning visar att luftflödet genom trummor spelar en avgörande roll för tjälens djup. När trummorna är öppna och luft kan flöda genom dem, leder det till djupare tjälinträngning jämfört med områden utan trummor, förklarar Karina Tommik.
Under den tidiga frysperioden, när det inte finns tillräckligt med snö för att blockera kulvertarnas ändar, gör luftflödet genom kulverten att de inre temperaturerna följer de yttre lufttemperaturerna. När kulverten blockeras av snö stabiliseras de inre temperaturerna och påverkas mindre av yttre förhållanden.
– Det är viktigt att förstå dessa processer för att kunna utforma vägar som kan motstå frostskador. Vårt arbete ger nya insikter som kan bidra till att förbättra vägbyggen i kalla klimat, säger Karina Tommik.
För att bättre förstå dessa termiska förhållanden utvecklades en ny modell med hjälp av COMSOL Multiphysics, som kopplar samman luftflöde och värmeöverföring för att simulera termiska förhållanden inuti kulverten. Modellen, som bygger på fältundersökningar, delades in i scenarier som representerade oblockerade och snöblockerade kulvertar. Data om tjäldjup användes för att validera modellens gränsvillkor, som sedan användes för att genomföra en parametrisk studie av kulvertstorlekens inverkan på tjäldjupet.
Slutsatsen av studien är att en icke-isotermisk flödesmodell på ett effektivt sätt kan fastställa termiska gränsvillkor i kulvertar och bedöma luftflödets inverkan på tjäldjupet. Förekomsten av luftflöde i kulverten under frysperioden leder till ökad frostpenetration runt kulverten, vilket ökar med större kulvertstorlekar. Ett tillräckligt tjockt snötäcke som blockerar kulvertarnas ändar kan dock hindra ytterligare frostdjup.
