Search

I slänter med siltiga jordar i anslutning till Trafikverkets befintliga vägar och järnvägar i Västernorrlands län, har kryprörelser identifierats. Det finns ett behov av att kunna identifiera områden med risk för sådana kryprörelser, få en bättre förståelse för dessa mekanismer och under vilka förutsättningar dessa kan utvecklas till skred, vilket ger möjlighet att analysera och övervaka dessa riskområden. I denna förstudie görs en genomgång av problemet varför långsamma skred i siltig jord uppstår och under vilka förutsättningar dessa förekommer. Vidare presenteras en kunskapsöversikt baserat på svenska och internationella erfarenheter. I förstudien ingår också en översiktlig redogörelse för möjligheten att analysera fenomenet genom numerisk modellering och avancerade laboratorieförsök samt att beskriva vilka övervakningssystem som kan vara lämpliga i identifierade riskområden. Förslag ges också till fortsatt arbete. Rapporten är utformad så att de olika studier och analyser som genomförts finns beskrivna i varsin bilaga (1–7) och själva huvudrapporten är en sammanfattning av bilagorna med slutsatser från dessa. Studien har genomförts av medarbetare på Statens geotekniska institut (SGI), Chalmers tekniska högskola (Chalmers) och Luleå tekniska universitet (LTU). De som genomfört studien är Hjördis Löfroth (uppdragsledare), Hanna Fritzson, Martin Holmén, Karin Lundström och David Rudebeck, SGI, Ayman Abed och Minna Karstunen, Chalmers, samt Qi Jia och Jan Laue, LTU. Från Trafikverket har Eva-Lotta Olsson (FoI-handläggare), Mikael Ånäs, Stefan Johansson och Freja Söderberg bidragit till studien.

Freezing and thawing of soil must be considered in design of infrastructure in seasonally cold regions. Cycles of freezing-thawing can affect the performance of thinly paved low- volume roads especially severely, causing frost heave during the winter and thaw weakening in the spring. Freezing of soils entails many complex phenomena, necessitating advanced analysis tools such as numerical modelling. This Master’s thesis studies the numerical modelling of deformation of low-volume road structures caused by freezing and thawing with the Frozen and Unfrozen Soil model for the finite element program Plaxis 2D. The research was carried out as a literature review, a laboratory study and by modelling a case study of frost heave of a road on dry crust clay in Vesilahti, Finland. The Vesilahti test site monitoring results of frost heave, temperature and groundwater level were used in this study to simulate the frost heave of a pavement with shallow structural layers. In addition, soil sampling and laboratory tests were performed for the Vesilahti dry crust clay properties at the Aalto University. These were combined to simulate the frost heave and thaw settlement measured on the site. The road deformation at the measurement time intervals was matched qualitatively well and the model performed mostly according to expectations. The complexity and the black box nature of the model implementation make evaluation of calculation errors tough and time-consuming however, and in its current state the model is too complex for standard infrastructure design use., Suunniteltaessa infrastruktuuria kausittaisesti kylmillä alueilla täytyy ottaa huomioon maan jäätyminen ja sulaminen. Jäätymissulamissyklit voivat vaikuttaa ohutpäällysteisten alemman tieverkon teiden toimintaan erityisen vakavasti, aiheuttaen routanousua talvella ja kelirikkoa keväällä. Maan jäätyminen käsittää monia monimutkaisia ilmiöitä, vaatien edistyneitä analyysimenetelmiä, kuten numeerista mallintamista. Tämä diplomityö tutkii jäätymisen ja sulamisen aiheuttaman muodonmuutoksen numeerista mallintamista alemman tieverkon tierakenteissa Frozen and Unfrozen Soil -mallilla Plaxis 2D -elementtimenetelmäohjelmassa. Tutkimus toteutettiin kirjallisuusselvityksenä, laboratoriotutkimuksena ja mallintamalla tapaustutkimuksena Vesilahdella sijaitsevan kuivakuorisavelle perustetun tien routanousu. Vesilahden koekohteen routanousu-, lämpötila- ja pohjavesiseurantatuloksia käytettiin tässä tutkimuksessa kevytrakenteisen tien routanousun mallintamiseen. Lisäksi suoritettiin näytteenotto ja laboratoriokokeita maaparametrien määrittämiseksi Aalto-yliopistossa. Nämä yhdistettiin tien mitatun routanousun ja sulamispainuman mallintamiseksi. Tien muodonmuutos mittausajankohtina toisinnettiin laadullisesti hyvin ja mallin tulokset vastasivat pääosin odotettua. Mallin monimutkaisuus ja toteutuksen musta laatikko luonne tekevät kuitenkin laskentavirheiden arvioinnista vaikeaa ja aikaa vievää, ja mallin nykytilassa se on liian monimutkainen tavalliseen infrastruktuurin suunniteluun.