Konsekvenser av endret klima for veger med bitumeniøst dekke

Konsekvenser av endret klima for veger med bitumeniøst dekke Per Otto Aursand Delprosjektleder Dp5: Tilstandsutvikling på vegnettet Asfaltdagen 21. januar 2009

Disposisjon Generelt om etatsprosjektet Klima og transport Forventede klimaendringer Klimapåvirkning av vegbyggingsmaterialer Bitumeniøse materialer Ubundne materialer Beregninger av klimaets effekt på tilstandsutviklingen Foreløpige anbefalinger fra delprosjektet

FoU-prosjekt i Statens vegvesen 2007 2010 Etatsprosjekt og samarbeidsprosjekt Prosjekteier Teknologiavdelingen i VDT Kostnadsrammen 20 mill kr. Mål: Forbedre rutiner for planlegging, prosjektering, bygging og drift av vegnettet som svar på endret klimabilde

Delprosjekter i Klima og transport 1. Klimaendringer og virkninger på transportsektoren i Norge 2. Innsamling, lagring og bruk av data 3. Flom- og erosjonssikring 4. Skred 5. Tilstandsutvikling på vegnettet 6. Konsekvenser for vinterdrift 7. Sårbarhet og beredskap

Dp5 Tilstandsutvikling på vegnettet Dp5-1: Klimapåvirkning av vegbyggingsmaterialer og undergrunn Dp5-2: Konsekvenser av endret klima for veger med fast dekke Dp5-3: Konsekvenser av endret klima for grusveger Dp5-4: Pilotprosjekter

Rapport mai 2007 mai 2007: Underlagsrapport til NTP 2010-2019

Klimaendringer Økning i nedbør Temperaturøkning mildere vintre varme og tørre somre i sørøst økning i antall fryse-/tinesykluser i enkelte områder Økende kuling og stormfrekvens vegnettet påvirkes av klimaforhold

Normal middeltemperatur 1961-1990

Endring i normal middeltemperatur fra 1961-1990 til 2071-2100 2,4-2,8 ºC

Normal nedbørssum for året 1961-1990

Prosentvis endring i normal nedbørssum fra 1961-1990 til 2071-2100 15-25 %

Endring i fryse-/tinesykluser

Klimapåvirkning av vegbyggingsmaterialer og undergrunn Beskrive state-of-the-art Sammenhenger mellom klimatiske parametere og egenskaper for vegbyggingsmaterialer og undergrunn: Deformasjonsegenskaper og materialstivhet Bitumeniøse- og ubundne materialer og undergrunn Temperatur, nedbør og grunnvannstand. Fryse- og tineprosessers betydning for nedbrytningen.

State-of-the-art rapport

Bitumeniøse materialer Samfunnsendringer Klimatiske endringer Faktorer VI kan styre

Bitumeniøse materialer Vannpåvirkning Fukt forårsaker problemer som oksidasjon, volum endring, instabilitet og spenninger i dekket. Vannfølsomheten mest avhengig av type steinmaterial, og i mindre grad av bindemiddelet. Konklusjoner fra svensk undersøkelse: Nærvær av vann gjør at den initiale sprekkedannelsen skjer raskere enn om materialet er tørt. Propagering av sprekken skjer raskere i nærvær av vann for massen med glimmerholdig

Bitumeniøse materialer Temperatur En dobling av temperaturen kan føre til en reduksjon av styrken til en 1/10-del. Temperaturendringer forårsaker spenningsendringer i dekket Modellering av styrken til et asfaltdekke vil være komplekst.

Bitumeniøse materialer Fryse/tine og teleløsningsproblemer Frostspregning Økning i antall fryse/tinesykluser for noen områder Smeltevann pga. salting som trenger ned i hulrom i asfalten Skader på dekket i teleløsningsperiodene vil være avhengig av underliggende materialer.

Bitumeniøse materialer Piggdekkslitasje Mer bar asfalt og mer våt asfalt Overgang fra usaltet til saltet veg gir økt eksponering. Det kan hende at dekket (f.eks myk-asfalt) må oppgraderes til et sterkere (asfaltgrusbetong) for å tåle dette. Kortere piggdekksesong? og dermed redusert piggdekkslitasje? Endring i antall våte dager? Og dermed økt piggdekkslitasje?

Bitumeniøse materialer VTI piggdekk-slitasjemodell Beregning av slitasjen pr kjøretøy med piggdekk Antall vinterdøgn er den klimatiske faktoren I tillegg angis det om vegen er saltet.

Bitumeniøse materialer Steinslipp En ANN-modell ble brukt til med følgende faktorer som inndata: Varme dager (WD) Kalde dager (CD) Nedbør (RP) Andel tunge kjøretøy (TP) Dekketykkelse (TH) Ruhet av dekke (R) Dekkealder (Age) Resultatet ble gitt i grad av steinslipp, lav, moderat og høy. Klimatiske faktorer bidra med ca 57 %, mens trafikkfaktorer kan bidra med ca 14 %. Klimatiske faktorer bidrar med ca 57 %, mens trafikkfaktorer kan bidra med ca 14 %.

Bitumeniøse materialer Aldring Usikkert hvordan endring i klima vil endre aldringen på dekker, men vi vet at aldringen er influert av både vann og temperatur. Aldringen på dekker med PmB ser ut til å følge en flatere/mer gunstig utvikling.

Bitumeniøse materialer Tiltak for å forlenge levetiden for et asfaltdekke Bruk av dårlige materialer og feil utførelse er også en viktig årsak til redusert levetid av et dekke. Tiltak for å forlenge levetiden til et dekke: Laboratoriemetoder Längre lagringstider i vatten vid bestämning av vidhäftningstal, 7 dygn ger en strängare provning Osmotisk konditionering (salt + vatten + frys-tö) strängare provning som visat relevans med vinterförhållanden Metoder för att testa de finare stenmaterialfraktionernas vattenkänslighet Tekniska anvisningarna Hårdare krav på vattenkänslighet Lägre tillåtna hålrumshalter (+Oppfølging/kvalitetskontroll ved utlegging!) Modifierade bindemedel

Ubundne materialer

Ubundne materialer Vannømfintlighet Ubundne materialer blir påvirket i negativ retning hvis vanninnholdet øker. Det lavtrafikkerte vegnettet har i mange tilfeller bære- og forsterkningslag som er rike på finstoff. I mange tilfeller vil asfaltdekkene ha en betydelig permeabilitet på grunn av oppsprekking slik at vann kan trenge gjennom og ned i bære- og forsterkningslag. Krakelering og Spor

Ubundne materialer Temperaturendringer Det er ingen forskning som tyder på at disse materialene blir påvirket av temperaturen i signifikant grad. Ubundne materialer er i liten grad påvirket av temperaturendringer bortsett fra når de går over til frosset tilstand. Høye sommertemperaturer gjør at asfaltlagene som ligger over får redusert sin stivhet og lastfordelende evne.

Ubundne materialer Telehiving Telehiving og vannmetting i den påfølgende vårløsningen er et stort problem for mange/de fleste norske lavtrafikkerte veger. Mindre frostmengde på grunn av mildere vintre vil virke gunstig og redusere problemet. Men flere vekslinger med frysing og tining, og lavere frostmengder kan føre til at islinsene dannes lenger opp i vegkonstruksjonen. Mer kritisk mht. hvor islinser dannes. Telefarlige bære- /forsterkningslag.

Ubundne materialer Fryse/tinesykluser Variasjon av bæreevnen over året

Ubundne materialer Fryse/tinesykluser Skademekanisme ved teleløsning og vannfølsomt bærelag (Simonsen 1999) Skademekanisme i teleløsning med vannfølsomt og telefarlig undergrunn (Simonsen 1999)

Ubundne materialer Fryse/tinesykluser Konsekvenser for områder med økt frekvens av fryse- /tinesykluser Veger med dårlige materialer langt oppe i vegkonstruksjonen vil få økt nedbrytning Større fare for steinslipp og økt slitasje Spesielt kritisk for for eksempel indre strøk på østlandet og i Nord- Norge som har bygd veger med grusbærelag iht. stabilt vinterklima.

Stivere bindemidler/pmb PmB/armering Strengere krav/oppgradering av bærelag Strengere krav til steinmaterialer/pmb I tillegg: Fokus på kvalitetskontroll Da er vi langt på veg til å møte konsekvensene av klimaendringer!

Beregninger av klimaets effekt på tilstandsutviklingen Overordnet mål: Beregne tilstandsutviklingen på vegnettet ved endret klima Endringer i vedlikeholdskostnader dersom standarden på vegnettet skal opprettholdes. Foreslå tiltak for å redusere de negative konsekvensene ved endret klima.

Rapport: EDB-system for beregning av nedbryting av veg (med klimaparametere)

Forutsetninger og grunnlagsdata Det forutsettes samme vedlikeholdsstandard som i dag. DP5 konsentrerer seg om endret nedbrytning av selve vegkroppen Trafikk Klimasoner Klimadata Grunnvannsnivå Vegnett

E136 Demonstrasjonsstrekning

E136 Demonstrasjon av beregningene Oppgravingsdata

E136 Demonstrasjon av beregningene Bæreevnegrupper - undergrunn

E136 Demonstrasjon av beregningene Beregnet sporøkning Økning i deformasjonsspor ved 20 % økning i nedbør

E136 Demonstrasjon av beregningene Beregning av piggdekkslitasje med VTI-modell E136, forutsatt ÅDT=2400 Sporutvikling mm/år 0,9 0,85 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Ca. 60 % av totalsporutviklingen er et resultat av deformasjoner 0,30 0,36 0 Gjennomsnittlig målt sporøkning 2000-2008 Usaltet veg (beregnet) Saltet veg (beregnet)

E136 Demonstrasjon av beregningene Gjennomsnittlig målt sporøkning 2000-2008

E136 Demonstrasjon av beregningene Endring i dekkelevetid Endring i dekkelevetid på E136 forutsatt 20 % økt nedbør Økning i deformasjonsspor 0,0 Bæreevnegr. 6 Bæreevnegr. 4 Bæreevnegr. 1-2 -0,1-0,5-1,0-0,5-0,7 År -1,5-1,1 Saltet Usaltet -2,0-2,0-2,5-2,4-3,0

Forventede produkter/resultater Rapport fra beregninger på hele vegnettet: Endring i dekkelevetid. Økt behov for vedlikehold og kostnader for å opprettholdes dagens standard. Eksisterende veger: Veileder for vegnettets bæreevne ved klimaendringer Forslag til tiltak for forbedret bæreevne For nye veger: Innspill til hb 018* mht. dimensjonering av vegoverbygging krav til materialer i vegoverbygging grunnlag for materialvalg krav til utførelse

Foreløpige anbefalinger fra Klima og transport - Dp5 Fokus på bindmiddelegenskaper for bituminøse materialer (stivhet, PmB) Økt krav til slitasjeegenskaper for steinmaterialer i områder der antall våte dager i piggdekksesongen forventes å øke. Bruk av ubundne materialer som ikke er vannømfintlige/strengere krav Bør unngå bruk av ubundne bærelag der økt nedbør og økning i fryse/tinesykluser er ventet. Sørge for et dreneringssystem som fjerner vannet rask og effektivt fra vegkonstruksjonen Vedlikehold av drenssystemer Enkle løsninger Bedre oppfølging

Eksempel på dreneringsproblem

www.vegvesen.no/klimaogtransport