Rekommendationer för testbädd som möter utmaningen med framtida digitalisering

Det smalare vandringsmönstret hos autonoma fordon kan resultera i större fokus på spårbeständiga beläggningar. Därför behöver befintliga väg- och gatuutformningar vidare anpassningar för att

effektivare stå emot den förväntade ökningen i spårbildning och deformationer om dessa vägar öppnas för att trafikeras av autonoma fordon. Från ett konstruktionsmässigt perspektiv är de autonoma

fordonen en stor faktor i framtidens digitaliseringsutmaning som kommer påverka nuvarande material- och utformningsval för vägar.

Ett intressant fenomen som kan komma att bli användbart i en framtida värld med ökad användning av autonoma fordon är det som på engelska kallas ”strip road”. Det är ett koncept som består av två smala, parallella remsor längs den byggda beläggningen, för fordonens två hjulspår. Konceptet har använts i många år, främst vid bondgårdar och lantliga vägar (Mlambo, 1994; Wolhuter, 2015; Zhang et al., 2013). Med den kontrollerade vandring som är möjlig med autonoma fordon kunde alternativet ”strip road” spara stora kostnader vid byggande och underhåll av beläggningen. En väg med förstärkt remsa är en möjlighet som bättre kan hantera de större, kanaliserade lasterna, där utformning och uppbyggnad av hjulspåren har högre standard än mellan och utanför hjulspåren.

Forskning skulle krävas för att validera en modern uppbyggnad och underhåll av sådana vägar med större trafikvolymer. APT skulle vara ett optimalt sätt att utvärdera ett sådant koncept med ”strip roads”.

Även förändringar i laboratorieutvärderingar av bitumenbundna beläggningsmaterial kan ge alternativa möjligheter att hantera förändringar i belastningsfrekvens.

Att introducera autonoma fordon i denna kontext kan också leda till mer konsekventa förhållanden såsom konstant hastighet åtminstone på större genomfartsgator i tätort och på vägar av

Vidare är det välkänt att temperaturen på bitumenbundna ytbeläggningsmaterial är lägre under natten som jämfört med under dagen, vilket resulterar i en styvhet i dessa material, ökad bärförmåga och en förväntad längre livslängd. Därför är det önskvärt med mer körning under nätterna med autonoma fordon, utifrån deras påverkan på väguppbyggnaden. Dessa förhållanden kan också simuleras med APT, där provningstemperaturer kan väljas för att motsvara medeltemperaturer under natten i Sverige under olika årstider.

Det ökande användandet av sensorer inuti vägbeläggningen möjliggör för mer feedback från infrastrukturen till det autonoma fordonet. Därför kan det i framtiden blir möjligt att begränsa tunga autonoma fordon till vissa körfält på gator och vägar med flera körfält i vardera riktningen, exempelvis motorvägar. Dessa körfält kan då utformas med ökad styrka för att kunna hantera stora volymer tunga fordon och tätare avstånd (Johnson & Rowland 2018).

I detta sammanhang går det att förstärka beläggningen där autonoma fordon kör, för att bättre hantera stora volymer av tunga fordon och tätare avstånd på flera sätt. Det kan till exempel göras genom att förstärka asfalt med stålnät eller betongremsor, genom att göra hela asfaltkörfältet i starkare material än traditionell asfalt (som att använda fiberstabiliserad asfalt) eller genom att göra en helt annan tvärsektion. Detta kan innebära extra anläggningar intill befintliga vägar vilket kan vara svårare att åtadskomma inne i stadsmiljöer där byggnader m m kantar gatorna. För infrastruktur som ännu inte byggts eller som är i planeringsfas finns det möjlighet att ta hänsyn till hur eventuella krav påverkar uppbyggnaden och hur nuvarande utformning kan ta hänsyn till eller svara på eventuella framtida krav. Även om de slutgiltiga kraven inte kan fastslås tydligt, bör en utformning som tar hänsyn till framtida förändringar utvecklas. Utformningen kan ta hänsyn till vilken typ av förstärkande åtgärder som enkelt kan genomföras i framtiden, hur beläggningen ska designas och byggas och när de kan krävas inom den planerade livslängden (Johnson & Rowland 2018). Enligt Saarenketo (2018) behöver problem som orsakas av vandring lösas för både lastbilar (deformationer) och personbilar (dubbdäck). Vidare studier rekommenderas därför för att utveckla helt nya beläggningar/vägutformningar som tar hänsyn till autonoma teknologiers påverkan på vägarnas tekniska utformning. Detta är något som är mycket relevant idag, för oavsett om de autonoma fordonen är här om fem eller 20 år, så utformar vi vägarna för minst 30 år.

Sammanfattningsvis kan andra faktorer inkluderas i framtida studier, inom ramarna för befintliga beläggnings- och vägmodeller. Exempelvis vikt på de autonoma fordonen, accelerationshastighet, marschfart och så vidare.

För att möjliggöra användandet av provningens data för att förbättra förståelsen av förväntad autonoma fordonsflotta på befintliga vägbeläggningsuppbyggnader, föreslås i detta stycke tre

väguppbyggnader, för provning, som möter utmaningen med framtida digitalisering. Figur 12 visar en vägbädd med förstärkt remsa (betong eller stålnät) som ska byggas under det autonoma fordonets hjul (HVS-hjul under APT). Det andra förslaget, som visas i Figur 13, är en tjockare väguppbyggnad (med tjockare lager än traditionellt) för att stå emot konvojkörning med autonoma fordon. Gällande den tjockare väguppbyggnaden som visas i Figur 13, kan tjockleken på de bundna lagren justeras senare baserat på praktiska anpassningar.

Det tredje förslaget är att prova en vägsektion som består av två identiska halvor. En av dessa halvor kommer att beläggas med ett konventionellt asfaltsslitlager medan den andra halvan beläggs med samma typ av slitlager, men stabiliserat med förstärkningsfiber, se Figur 14. Aramidfiber (vanligtvis använt i skottsäkra västar, däcksidor och värmeskydd) har visats kunna förstärka asfalt, minska spår- och sprickbildning och öka asfaltens dynamiska egenskap ”styvhet” (ACF Environmental, 2020).

Figur 12. Rekommendationer för testbädd som möter utmaningarna för framtida digitalisering, Alternativ 1-3 (Asfaltbeläggning med betong eller stålarmerad remsa), ej skalenligt.

Figur 13. Rekommendationer för testbädd som möter utmaningarna för framtida digitalisering, Alternativ 1-3 (Asfaltbeläggning med tjockare överbyggnad), ej skalenligt.

Figur 14. Rekommendationer för testbädd som möter utmaningarna för framtida digitalisering, Alternativ 1-3 (Asfaltbeläggning med fiberarmerat asfalt), ej skalenligt.

Under en HVS-provning på testbäddarna som föreslås i Figurer 12 till 14 bör följande punkter beaktas: 1. Sidovandring

och en tvärgående stegstorlek omkring 50 mm används. Med införandet av en autonom fordonsflotta borde det vara möjligt att bestämma vandringsmönstret och återskapa detta i APT-provningen. Detta kan resultera i ett hjulspår som är mer koncentrerat med en kanaliserad APT-provning. Vissa studier indikerar att sidovandring orsakar rörelser i sidled hos asfaltsytan under trafikering. Erfarenhet visar att materialet kan skjutas uppåt när blandningen var skjuvkänslig vid höga temperaturer (Hugo, 1999 and Epps, 2001). Därför är det viktigt under provning av väguppbyggnaden att bestämma

vandringmönstret för autonoma fordon, flottan och återskapa det på APT-provsektionen eller

åtminstone köra HVS-provning utan sidovandring. Det är också viktigt att jämföra resultaten från den föreslagna APT-provningen där både kanaliserad och vandrad provning genomförs under liknande lastmagnituder och miljöförhållanden för att bestämma möjliga förändringar i beläggningens respons under belastning av autonoma fordon.

2. Belastningsläge under provning (dvs enkelriktat eller dubbelriktat)

Om laster appliceras kanaliserat (ingen vandring) observeras signifikant snabbare spårutveckling i enkelriktat jämfört med dubbelriktat belastningsläge (Tia et al., 2003). Enligt Snyder (2018) kan vissa gator i bostadsområden och med låga trafikvolymer ha körfält som tillåter autonoma fordon att köra i vilken riktning som än behövs. Därför rekommenderas det att göra ett dubbelriktat HVS-prov.

3. Belastningshastighet

Enligt Fagnant och Kockelman (2015) kan autonom mobilitet sannolikt leda till mer normaliserade flöden och stabilare hastighetsprofiler. Marschfart under APT-provning genomförs vanligtvis vid normalhastighet, vilken oftast sätts till utrustningens maximala hastighet av effektivitetsskäl. Även om hastighetsomfånget hos de flesta APT-utrustningar är begränsat (normalt hastighetsomfång mellan 8 och 32 km/h). Den maximala hastigheten hos VTI:s HVS är 12 km/h. Att använda hastigheter nära de faktiska hastigheterna hos autonoma fordonsflottan är därmed grundläggande i APT-planeringen. Om APT-utrustningens maximala hastighet är signifikant avvikande från den hos autonoma fordonsflottan, bör beläggningstypens hastighetsberoende nedsjunkningsrespons bestämmas med hjälp av verkliga fordon innan en APT-analys görs som föreslås av Steyn and Maina (2019).

4. Kontrollerad provningstemperatur

Planeringen av APT-provningen bör inkludera ett omfång av vanliga temperaturer med

beläggningsresponser under olika vägförhållanden, för att utveckla en mer generell modell över beläggningsresponser under förväntade fältförhållanden. Studier utförda av Steyn och Denneman (2008) tittade på effekten av vägbeläggningens temperatur (dvs dag- jämfört med nattkörning) på den permanenta deformationen på en vanlig varmblandad asfaltbeläggning (samma utformning). Det visade omkring 790 % högre deformation under höga temperaturer än de låga temperaturer som användes i studien (båda kanaliserad APT-belastning). Liknande studier som utvärderat ökningen av utmattningssprickor på grund av belastning i perioder av låg temperatur har rapporterats omfattande i APT-litteraturen som belyses av Steyn (2012). Om användning av autonoma fordon under nätterna förväntas, bör lämpliga temperaturprogram väljas för att försäkra att ny APT-data speglar inte bara vanlig respons dagtid hos de bitumenbundna lagren, utan även förväntad respons nattetid.

5. Trafiklastens storlek

Trafiklastens storlek hos den autonoma fordonsflottan förväntas vara högre än vanliga

lastbegränsningar. Därför kan endast begränsad nytta tas från existerande data där ett antal lastnivåer använts för att bestämma skadeexponenten för en specifik väguppbyggnad (Kekwick, 1985).

Trafiklasternas storlek för nya provningar bör vara likt de tillåtna för autonoma fordonsflottan inklusive däcktyp och däcktryck.