Vägbygget vid Tingstad
Vägbygget vid Tingstad

Simulering av ballastmaterial för vägar med mindre miljöpåverkan

I ett forskningsprojekt inom ramen för bland annat styrkeområde Building Futures har forskare vid ett flertal av Chalmers institutioner tillsammans med Fraunhofer-Chalmers Centrum för Industrimatematik (FCC) samt NCC utvecklat och använt simuleringsteknik för att studera viktiga nyckelprocesser vid hanteringen av ballastmaterial i vägproduktion.


Hur kan simulering av ballastmaterial i vägar minska miljöpåverkan och kostnader för samhället?

Svenska vägar är och kommer under en överskådlig framtid vara den centrala ryggraden i svensk infrastruktur. Vägar byggs normalt upp av flera obundna och bundna lager av bergmaterial där lagrens egenskaper kravsätts med avseende på efterfrågad funktion, livslängd samt omgivningens beskaffenhet. Tidigare forskning på Chalmers och andra universitet har studerat ballastmaterialet som ett system av partiklar kompakterade till en bädd som får vissa egenskaper. Beroende på stenmaterialets karaktär och hur kompakteringen går till kommer dessa egenskaper att påverkas. Det är dock mycket svårt att experimentellt ta reda på hur enskilda partiklar exempelvis rör sig eller bidrar till partikelbäddens styvhet. Forskningen blir alltså begränsad till vad som är fysiskt mätbart.

Johannes_Fredrik.jpgI ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt inom ramen för bland annat styrkeområde Building Futures och Produktion har forskare vid Fraunhofer-Chalmers Centrum för Industrimatematik (FCC) tillsammans med NCC samt Chalmers institutioner för Produkt- och produktionsutveckling (PPU), Matematiska vetenskaper och Bygg- och Miljöteknik utvecklat och använt simuleringstekniken Diskret Element Modellering (DEM) för att studera viktiga nyckelprocesser vid hanteringen av ballastmaterial i vägproduktion. Bland annat har på- och avlastning från lastbil studerats och preliminära resultat visar att signifikanta segregeringseffekter uppkommer vid avlastning. Vidare har kompakteringen av stenbädden simulerats och preliminära resultat visar att när man exempelvis jämför två fall där partikelstorleksfördelningen ligger på största respektive minsta gränsvärde påverkas bäddens resulterande styvhet med en faktor två för den första kompakteringscykeln. Om styvheten varierar i vägkroppen kan det leda till utmattningsbrott och minskad livslängd med fördyrande underhållsåtgärder som följd. (Bild till höger från ovan, Johannes Quist, PPU, Fredrik Edelvik, FCC)

Hur arbetar ni vidare med denna simuleringsteknik?

Projektet planeras nu för att gå in i en andra fas där hela processen från lastning, transport, avlastning, utbredning samt kompaktering studeras som en processkedja. Om källorna till variation kan identifieras genom hela processkedjan är förhoppningen att dessa insikter kan leda till åtgärder som minskar inverkan av variation och i slutänden möjliggöra vägar med längre livslängd och högre kvalitet.

bumperWithStones_690x330.jpg

Publicerad: to 23 mar 2017. Ändrad: to 06 apr 2017