Consequences of extreme precipitation for the deterioration of road constructions: -

Konsekvenser af ekstremregnhændelser for vejkonstruktioners nedbrydningsforløb: -

Brodersen, René

4. term

Transport Engineering, Master

2013

2013-06-06

88

Dette speciale undersøger, hvordan vand påvirker vejopbygninger, især de ubundne lag af grus og sand uden bindemiddel. Arbejdet består af to dele. Først gennemgås litteraturen om, hvordan mere og kraftigere nedbør som følge af klimaændringer øger risikoen for, at vand trænger ind i konstruktionen og svækker dens bæreevne. Fokus er på bæreevnen målt som E‑modul (en målestok for stivhed), fordi den er central for at beregne vejens restlevetid. Den udbredte model Mathematical Modelling Of Pavement Performance (MMOPP) indregner temperaturens betydning, men tager ikke højde for oversvømmelse/infiltration ved skybrud. Den anden del beskriver feltforsøg udført ved Aalborg Universitet. Her blev vandspejlet i en forsøgsopbygning kontrolleret hævet og sænket for at koble E‑værdier til vandstand. Opbygningen bestod af 20 cm bærelag af grus over 30 cm subbase‑sand på en undergrund af kalksten. E‑værdier blev målt ikke-destruktivt med et Prima 100 letvægtsdeflektometer, og vandstanden blev målt samme steder. Resultaterne viser, at stivheden i de ubundne lag falder omtrent lineært ned til ca. 60% af udgangsniveauet ved fuld mætning, når vandspejlet når overfladen. Den samme lineære tendens ses, når konstruktionen drænes igen, men efter én fuld cyklus blev der observeret et varigt tab i bæreevne på cirka 5–10%. Da lavere E‑værdier reducerer de tilladelige spændinger i henhold til danske retningslinjer, kan veje nedbrydes hurtigere, hvis der ikke iværksættes tiltag. Mulige tilpasninger er at øge tykkelsen af det øverste lag på udsatte strækninger og at udvikle enkle modeller for vandspejl i standard tværprofiler. Sådanne modeller kan anslå, hvor længe bæreevnen er nedsat under ekstreme hændelser, og dermed støtte beslutninger om midlertidige lukninger eller indsnævringer.

This thesis examines how water affects road structures, with emphasis on the unbound layers of gravel and sand that contain no binder. The work has two parts. First, a literature review discusses how increasing and more intense rainfall due to climate change allows water to enter the structure and weaken its bearing capacity. The focus is on bearing capacity measured as E‑modulus (a measure of stiffness), because it is critical for estimating a road’s remaining life. The commonly used Mathematical Modelling Of Pavement Performance (MMOPP) accounts for temperature effects but not for inundation from heavy rainfall. The second part reports field tests at Aalborg University, where the water table within a test pavement was carefully raised and lowered to link E‑values to water level. The section consisted of 20 cm base gravel over 30 cm subbase sand on a limestone subgrade. E‑values were measured non‑destructively with a Prima 100 lightweight deflectometer, and water level was measured at the same points. Results show that the stiffness of the unbound layers decreases approximately linearly to about 60% of its original value under full saturation when the water table reaches the surface. The same linear trend appears during drainage, but after one full wetting–drying cycle a residual loss of bearing capacity of about 5–10% remained. Because lower E‑values reduce allowable stresses under Danish design guidelines, roads may deteriorate faster unless mitigations are applied. Suggested measures include increasing the thickness of the upper layer in vulnerable locations and developing simple water‑table models for standard cross‑sections. Such models can estimate how long bearing capacity is reduced during extreme events and support decisions about temporary closures or lane reductions.

[This abstract was generated with the help of AI]

Download
View record in AAU Student Projects