• No results found

Rekommendationer för vägkonstruktion i betong eller asfalt

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Rekommendationer för vägkonstruktion i betong eller asfalt"

Copied!
62
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

1

Med hänsyn på lågtrafikerad väg sett för koldioxidutsläpp samt sprickor

uppkomna av tjällyft vid subarktiskt klimat.

Erik Segerstedt och Niklas Törnå

Luleå tekniska universitet

Civilingenjör inom Väg- och Vattenbyggnadsteknik Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

i betong eller asfalt

(2)

i

Vi vill passa på att tacka vår handledare på Luleå tekniska universitet, Professor Thomas Olofsson, du engagerade oss att kämpa vidare när vi kände att vi kört fast, när vägen till mållinjen såg ut att vara lång har du hjälpt oss att ”raka” projektet hela vägen in i mål.

Torbjörn Kronfeldt har varit vår handledare på Skanska Industrial Solutions, du har på ett jord-nära vis stakat ut vägen för oss och ditt enorma kontaktnät har gjort att vi alltid haft jord-nära till all det indata vi har behövt för att komma vidare framåt.

Vi vill också tacka alla de andra som hjälp oss på vägen till framgången, listan skulle bli allt för lång och vi nöjer oss därför med att säga: Ingen nämnd, ingen glömd!

(3)

ii

Skandinavien har en lång tradition att bygga vägar i asfalt framför att konstruera dem i betong. Examensarbetets syfte är att ta reda på om alternativet betong är mer lönsamt och miljövänligare ur ett livscykelperspektiv. Som jämförelse har en möjlig omläggning av Väg 97 i Norrbotten stu-derats.

Programmen som använts för dimensionering och klimatanalys är PMS Objekt och Trafikverkets Klimatkalkyl. Rapporten har utrett hur beläggningsmaterialen asfalt och betong fungerar i ett subarktiskt klimat, där betongens styvhet kan vara en nackdel eftersom den är mer känslig för sprickbildning vid tjällyft i jämförelse med asfalt (men detta kan förändras om klimatet blir var-mare). En fördel med betongen är dess livslängd på 40 år jämfört med asfaltens livslängd på 8 år. Asfalten behöver underhållas och bytas oftare samtidigt som kostnaden för bytet är mindre och enklare att genomföra jämfört med betongvägar.

Därutöver har examensarbetet studerat tjälsprickor, hur de uppkommer, preventiva metoder och underhåll. Det sker även ett klargörs vad en Livscykelanalys är och hur den genomförs för att beräkna en teoretisk mängd koldioxid vid produktion av vägen.

Resultatet har delats upp i tre fallstudier: tjällyft i PMS Object, handberäkningar av spänningar i betong och storlek på möjlig tjälspricka och CO2 som generas vid produktion av vägkropp i de två olika materialen. Betongen klarar av 20 mm tjällyft och det beräknas bli 6 mm medan asfalt klarar av upp till 50 mm och har en beräknat värde på 41 mm. Därutöver släpper asfalten bara 39 136 ton vilket är en mindre mängd än betongen. Asfalten vinner därför över betongen i det här fallet, men när vägarna blir mer trafikerade eller/och om tjälen blir mindre på grund av klimatförändringar kan detta förändras.

En av de mest bidragande faktorerna till att asfalten vinner är att betongen klarar av mindre deformation på grund av sina styva egenskaper. När två fall studerades och jämfördes med be-tongens tryckhållfasthet klarades sig enbart det ena (spänningar på 10 kPa/m och 2,21 kPa/m uppstår i betongen på grund av temperaturskiftningar, detta jämfört med betongens tryckhållfast-het på 4,1 kPa/m). För det värsta fallet, där plattan beräknas spricka på mitten, har en teoretisk spricka beräknats till ca 0,3 mm. En felkälla vid dessa beräkningar är att det enbart tar hänsyn till 16 års tjällyft, trots att betongen är beräknad att ligga i 40 år.

Vår rekommendation är därför att bygga vägen i asfalt eftersom det i dagsläget är för få trafikanter (<9000 ÅDT) och att beläggningen belastas av för mycket deformationer av temperaturskift-ningar. Att betong även genererar mer koldioxid spelar även in, men vi misstänker att detta kan bero på att denna skillnad kan bero på för generella dimensioneringsprogram.

Vi har resonerat kring möjliga merkostnader med att bygga med ett mer koldioxidgenererande material vilket kan orsaka stora kostnader för samhället på grund av dess inverkan på klimatför-ändringar i efterhand trots att den initiala kostnaden kan bli lägre. Dock är denna kostnad pro-blematisk att beräkna på grund av många okända faktorer.

(4)

iii

Scandinavia has a long tradition of building roads in asphalt rather than constructing them in concrete. Therefore, this report's purpose is to find out which material would be more profitable in an environmentally perspective while building an extension of the regional Road 97 located in the subarctic county of Norrbotten.

Software’s the industry use to design roads are, among others, PMS Object and Trafikverkets Klimatkalkyl. The report analyzes how asphalt and concrete differ in subarctic climate, and con-cludes that concrete has great disadvantage because it cannot deform sufficiently enough as needed to due to frost heaves, especially compared to asphalt. The concrete should last for 40 years compared with asphalts estimated lifespan of 8 years. This means that the asphalt needs a shorter maintenance plan and if something goes wrong in the production it’s not the same amount money wasted.

The report concluded what frost cracks are, how they occur and are counteracted (during the construction phase and maintenance). Furthermore it clarifies what a Life Cycle Analysis is and how it is implemented to calculate the amount of carbon dioxide in the production of a road. The result has been divided into three cases: 1. PMS Object Simulations of frost heaves, 2. hand calculations of tension in concrete resulting and the size of the formed frost cracks, 3. the amount of CO2 generated in the production. Those three cases gives the outcome that concrete has a frost heave capability of 20 mm and a calculated value of 6 mm thermal expansion while asphalt is able to handle 50 mm and have a calculated 41 mm expansion. The asphalt releases only 39 136 tons of CO2, which is less than the concrete. Asphalt therefore wins over the concrete, but the tables might turn if the roads get more traffic and frost heave reduces due to climate changes. The decisive factor in making asphalt the winner in this race is that the concrete can handle less deformation due to its stiffed properties. In order to show this phenomena two cases were stud-ied and compared to the standardized compressive strength of the concrete (4,1 kPa/m for C50); the worst case scenario ended up with 10 kPa/m (and would crack) and the normal case created a tension of 2.21 kPa/m. The crack of the worst case scenario has about a 0,3 mm theoretical crack width. A source of error in these calculations is that it only takes into account the 16 seasons of frost heaves, despite that the concrete is estimated to last for 40 years.

Our recommendation is therefore to build the road in asphalt since the current traffic on the road is below 9000 AADT and the pavement is greatly affected by frost heaves. Concrete would also increase release more carbon dioxide during its production, but we suspect this may be be-cause of insufficient amount of critical factors in the design software.

(5)

iv 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Problemformulering ... 1 1.3 Syfte och mål ... 1 1.4 Avgränsning ... 1 1.5 Frågeställning ... 2 2 Metod ... 3 3 Litteraturstudie ... 5 3.1 PMS Object ... 5 Steg 1 Vägtyp ... 5 Steg 2 Klimatzon ... 5 Steg 3 Årsdygnstrafik ... 5 Steg 4 Vägkroppsuppbyggnad ... 6 Steg 5 Tjällyftsberäkningar ... 6 3.2 Tjälsprickor ... 6 Lastfall ... 6

Materialegenskaper för asfalt och betong ... 7

3.3 Livscykelanalys (LCA) ... 9 Funktionell enhet ... 9 Livslängd ... 10 Användningsområden ... 10 Systemgränser ... 10 Avgränsningar ... 11

LCA- livscykelinventeringens följd av miljöpåverkansbedömning ... 13

3.4 Trafikverkets Klimatkalkyl 6.0 ... 18

Steg 1 Val av kalkylnivå och ingång ... 18

Steg 2 Kalkyluppgifter ... 19

Steg 3 Byggdelar ... 20

Steg 4 Typåtgärder – Drift och underhåll ... 20

Steg 5 Sammanställning ... 20

4 Fallstudier ... 21

4.1 Fallstudie 1, Tjällyft i PMS Object ... 21

Fall 1. Asfalt ... 23

Fall 2. Betong ... 31

(6)

v

5 Analys och diskussion ... 46

6 Slutsatser ... 48

6.1 Svar på forskningsfrågor ... 48

6.2 Rekommendationer ... 49

6.3 Förslag på fortsatta studier och begränsningar ... 49

7 Referenser ... 51

(7)

vi Allmänt Väg

2+2 väg – Dubbelfilig väg i båda riktningarna AADT - Annual average daily traffic

ÅDT- Årsdygnstrafik SR – Stödremsa Asfalt

AB – Asfaltbetong

ABS – Asfaltbetong stenrik ABT – Asfaltbetong tät AG – Asfaltsgrus Betong BÖ – Betongöverbyggnad GBÖ – Grusbitumenöverbyggnad GÖ – Grusöverbyggnad Enheter α – Termisk expansionskonstant A – Area, m2 CO2 – Koldioxid ΔT – Temperaturförändring d – Djup, m E – Elasticitetsmodul fKG – Läggare, Förbrukning G – Giga, 109 Gk – Gravitationskraften K1 – Höger körfält K2 – Vänster körfält k - Kilo, 103 ks – Slipkapacitet L – Längd, m Lcr – Kritisk längd M - Mega – 106 Mk - Moment mb – Betongvikt, ton N- Normalkraft, kN Nk – Newton, N NH3 – Ammoniak

NOx – Olika grader av kväveoxider Pa – Pascal qk – Utbredd last, kN/m ρ - Densiteten VdG – Glidformsläggarens förbrukning v - Poissons ration Wi – Internt arbete Wy – Externt arbete Institut och forskning

LTU – Luleå tekniska högskola

VTI – Statens väg- och Transportforskningsin-stitut

ISO - Internationellt standardiseringsorgan EPD – Environmental Product Declaration Livscykelanalys (LCA)

(8)

1

1 Inledning

Detta kapitel i rapporten är till för att sätta in läsaren i ämnet. Först presenteras problemformu-leringen i en bakgrund och syfte med rapporten, följt av arbetets avgränsningar och frågeställ-ningar.

1.1 Bakgrund

Sverige har ungefär 8000 mil asfalterad väg och det finns uppskattningsvis enbart 6,8 mil betong-vägar (Dolk, Betongbetong-vägar, u.d.) Det går därför att konstatera med god säkerhet att Sverige (och övriga Skandinaviska länder) har en lång och mycket tydligare tradition att bygga asfaltsvägar. Anledningen till att fördelningen ser ut som den gör är först och främst för att betong har används vid ett antal projekt som inte gått bra och förvandlats till svidande ekonomiska bakslag för bestäl-laren. Det projektet som är färskast i minnet är betongvägen strax norr om Uppsala som skulle slipas ner efter 20 år, men på grund av ett felaktigt antagande kring storleken på ballasten i be-tongen (>16 mm) var tvungen att slipas om redan efter ett par år. (Dolk, Betongvägar, u.d.) Dessa misslyckanden har varit en stor bidragande faktor till att vägbyggnation med betong som slitlager inte prioriterats och därmed inte utvecklats i samma omfattning som byggnation med asfalt eftersom det varit enklare att säkerställa kvaliteten på vägen samt hålla nere kostnaderna. På ena sidan har vi Trafikverket (och dess föregångare) som har ansett att betong är ett förkastligt material utan att analysera vad som gått snett och på andra sidan av konflikten har vi akademin (Högskolor, universitet och forskningsinstitut som till exempel VTI) som i vissa fall kan överdriva betongens suveränitet. Sanningen kan ligga någonstans mellan dessa ståndpunkter och de båda materialen behöver ses som två olika material som båda har fördelar och nackdelar.

Betong har även blivit misskrediterad eftersom det till skillnad mot asfalt är ett styvt material och kan inte deformeras på grund av externa krafter, som till exempel vid tjällyft. Därför är det mer fördelaktigt att använda sig av betongvägar i Tyskland än att bygga dem i norra Sverige.

Betongen har dock de senaste seklet förbättrats avsevärt, där LTU den senaste tiden har tagit fram självläkande betong (Renberg, Självläkande betong, 2018) och det pågår mycket forskning med höghållfasthetsbetong (Renberg, Building Materials, 2014).

1.2 Problemformulering

Trots asfaltens mer deformerbara egenskaper behöver betongen utredas på grund av framtidens möjliga förändrade klimat. En av asfaltens nackdelar är att de lätt börjar svettas (trycker ut bitu-men) vid högre temperaturer och materialets friktion kan försämras. Om klimatet förändras och ökar temperaturen i Skandinavien och minskar påverkan från tjäle kommer betong vara ett material som kan behöva utredas.

1.3 Syfte och mål

Huvudsyftet med examensarbetet är att utreda om asfalt eller betong är bättre sett ur LCA per-spektiv (med hänsyn på koldioxidutsläpp) samt hur materialen, och vägöverbyggnadens dimens-ionering, påverkas av de tjällyftningar som finns sett i det subarktiska klimatet som råder i Norr-botten (väg 97 mellan Luleå och Boden) under en 40 årsperiod.

1.4 Avgränsning

(9)

2

skapar. Arbetet är begränsat på väg 97 mellan Luleå och Boden (Norrbotten, subarktiskt klimat), med recept på betong C50/40 och ABS 16 asfalt.

1.5 Frågeställning

Rapportens mål är att besvara följande forskningsfrågor:

Forskningsfråga 1: Hur skiljer sig beläggning i subarktiskt klimat idag och i framtiden? Här

för-klaras fördelar och nackdelar med asfalt och betong.

Forskningsfråga 2: Hur skiljer sig beläggningen åt i ett LCA perspektiv? Här kommer vi reda ut

(10)

3

2 Metod

För att besvara de två forskningsfrågorna används olika tillvägagångssätt.

Forskningsfråga 1 kommer att besvaras med en litteraturstudie där tidigare forskning och teori

kring de två olika materialen visas, samt en genomgång av vilka program som branschen använder sig av. Detta kommer sedan att används för att i fallstudier visa hur materialen skiljer sig när de är belastade av till exempel tjällyft.

Forskningsfråga 2 kommer att ges svar på genom att en gedigen litteraturstudie där det gås

ige-nom hur en livscykelanalys geige-nomförs och vilka program som kan användas för att utföra beräk-ningar på detta. Denna information kommer att nyttjas i fallstudier där Trafikverkets klimatkalkyl används för att beräkna hur mycket koldioxid som beläggningarna genererar.

Informationen till litteraturstudien och handledning i de olika branschprogramvarorna har till-kommit genom intervjuer med experter inom branschen, speciellt från Johan Ullberg på Trafik-verket, Tommy Edeskär på Luleå tekniska universitet och Patricia Heller på Tyréns. Därutöver kommer givetvis mycket information från forskningsrapporter. Utöver intervjuer med forskare har det även stort värde lagt på intervjuer och samtal med personal ute i produktionen, de som utför beläggningen, för att få en helhetsbild av problematiken. För att på ett professionellt och enkelt sätt analysera dessa intervjuer och samtal har inspelningsprogrammet ACR Recorder an-vänt vid majoriteten av fallen med god framgång.

Rapportens börjar med en litteraturstudie som berör den teoretiska bakgrunden benstommen i arbetet, och lägger stor vikt vid att förklara modellerna bakom Livscykelanalysen. Tillvägagångsätt för PMS Object och Trafikverkets Klimatkalkyl tas upp där varje steg gås igenom i kronologisk ordning. För att utföra dessa har mycket hjälp tagits från den akademiska världen samt näringsli-vet, speciellt från Johan Ullberg på Trafikverket, Tommy Edeskär på Luleå tekniska universitet och Patricia Heller på Tyréns.

Litteraturstudien tar även upp egenskaper och skillnader mellan asfalt och betong, samt hur var-för och hur sprickor uppkommer. Informationen till detta kommer från rapporter, böcker och intervjuer av experter inom detta område, där Roger Nilsson och Torbjörn Kronfeldt bidragit mycket. Det har även genomförts en rad intervjuer med personer med expertkunskap om olika utmaningar vid beläggning med de olika materialen för att få en helhetsbild av produktionen. En stor del av informationen som används vid examensarbetet kommer från intervjuer och för att på ett professionellt och enkelt sätt analysera dessa har inspelningsprogrammet ACR Recorder använt med god framgång.

Resultatet är uppdelat på tre stycken fallstudier som bygger vidare på fakta från den tidigare litte-raturstudien. PMS Object används för att simulera tjällyft för att med en metod som är godkänd av branschen dimensionera den tänkta vägkroppen. Det beräknade tjällyftet för betongen använ-des sedan för att beräkna nivån av spänningar i materialet och för de värsta fallet, när krafterna angriper vägkroppen med fem meter mellan varandra, beräknas de möjliga tjälsprickorna med trigonometriska samband. Den avslutande fallstudien använder vägkroppens material och kun-skaperna om Livscykelanalysen för att med hjälp av Trafikverkets Klimatkalkyl se vilket belägg-ningsmaterial som genererar mest koldioxid.

Företagsbeskrivning

(11)

4 Skanska

Skanska grundades 1887 i Malmö under namnet ”AB Skånska Cementgjuteri” och ändrande namnet till det mer internationellt klingande namnet 1984. Företaget är etablerat i Norra Europa och USA med nästan 43 000 anställda vilket gör det till det andra största byggföretaget i Sverige med strax under 34 miljarder kronor i omsättning. (Historien om Skanska, 2017)

Skanska är uppdelad i flera dotterföretag och det här arbetet är framförallt utfört åt Skanska Industrial Solutions i Luleå (före detta Asfalt och betong) som grundades 1975. Verksamheten fortsatte och 1995 när Skanska köpte upp JMs vägverksamhet i Norrbotten. Skanska har sedan dess tagit viktiga marknadsandelar i Norrbotten och ser fram emot en ljus framtid. (Grahn, 2018) Skanska har bidragit mycket med frågor vid litteraturstudien, där framförallt Torbjörn Kronfeldt, Roger Nilsson och Åsa Leandersson varit till stor hjälp.

VTI

Statens väg- och transportforskningsinstitut är ett forskningsinstitut belägget i Linköping, Göte-borg, Stockholm och Lund. Det grundades i sin första form redan 1923 som ”Statens Väg- och Transportforskningsinstitut”. När den svenska staten gick in och ändrade stadgarna för att un-derställas ” och Vattenbyggnadsstyrelsen” och namnet ändrades därför 1934 till ”Statens Väg-institut”. Efter en hopslagning med Statens trafiksäkerhetsråd och den nuvarande ”Statens väg- och transportforskningsinstitut” skapades. (Viktiga årtal i VTI:s historia, u.d.)

Mycket av forskningen som ligger bakom den här rapportens litteraturstudie är grundad i forsk-ningsrön och rapporter från detta institut. Framförallt Ellen Dolk har besvarat många av våra frågor om hur betong fungerar som beläggning på väg.

LTU

Luleå tekniska universitet, grundades 1971 med namnet ”Luleå tekniska högskola” och blev ett universitet år 1999 (LTUs historia, 2014). Examensarbetet är utfört i ett samarbete mellan Skanska och Luleå tekniska universitet. Arbetets handledare Thomas Olofsson och examinator Mats Emborg jobbar båda som professorer på universitetet och har agerat bollplank på många frågor kring betong och produktionsperspektivet genom arbetet.

Trafikverket

(12)

5

3 Litteraturstudie

Denna del av rapporten kommer samlar information att bygga vidare på i resultatdelen. Program-men PMS Object och Trafikverkets Klimatkalkyl kommer att gås igenom, materialegenskaper för asfalt och betong kommer att studeras, och metoden livscykelanalys kommer därefteratt förkla-ras.

3.1 PMS Object

PMS objekt är det program som används till att dimensionera överbyggnaden för vägkroppen samt spårdjupsslitaget för asfaltsslitlagret. Det är ett beräkningsprogram som är godkänt att an-vändas av trafikverket. Kunskapen är hämtad från Trafikverket (Ullberg, 2018) och Luleå tekniska universitet (Edeskär, 2018).

Trots att programmet är godkänt för dimensionering av väg stämmer det ej överens med verklig-heten, det är dock ett verktyg som används när inget bättre alternativ finns att tillgå. Programmet dimensionerar efter att vägen ska klara av Trafikverkets utsatta minimikrav och den risken ligger i att vägen kan överdimensionerad. Detta genererar en kostnadsmässig risk och ej risk för att bärigheten dimensioneras för lågt av programmet. (Ullberg, 2018)

För att genomföra en beräkning med PMS Object går användaren igenom 5 steg: Steg 1. Vägtyp Steg 2. Klimatzon Steg 3. Årsdygnstrafik Steg 4. Vägkroppsuppbyggnad Steg 5. Tjällyftsberäkningar

Steg 1 Vägtyp

Användaren väljer vilken typ av väg som ska dimensioneras. Det som finns att välja på är flerfälts-väg (där det manuellt väljs hur många körfält som flerfälts-vägen dimensioneras för), motorflerfälts-väg, tunnel, 2+1, “Normal sektion” eller breda körfält.

Steg 2 Klimatzon

Det är viktigt att definiera vilken klimatzon som vägen är tänkt att ligga i. Sverige är uppdelad i fem kategorier där 1 är det mildaste i södra Sverige medan 5 är mer väderutsatt med höga tempe-raturskiftningar och extrem väderpåverkan, till exempel i Sveriges fjäll och de nordligaste delarna av landet. När en väg korsar två klimatzoner dimensioneras den efter den värre av de två zonerna eftersom en väg aldrig ska underdimensioneras.

För att bestämma en mer exakt temperatur/klimat på platsen där vägen ligger använder sig pro-grammet av klimatstationer som finns utplacerade på olika platser i landet.

Steg 3 Årsdygnstrafik

Årsdygnstrafik per körfält, ÅDTk, är också en faktor som påverkar och behöver anges innan di-mensionering av vägen kan påbörjas, andelen tunga fordon och den beräknade mängden stan-dardaxlar per tungt fordon skapar denna faktor.

(13)

6

Steg 4 Vägkroppsuppbyggnad

Användaren behöver välja hur vägen är uppbyggd, baserat på vilket slitlager som är aktuellt för vägen. De finns flera material och typer av uppbyggnad att välja mellan och valet beror på hur mycket trafik som ska framföras på vägen. De vanligaste valmöjligheterna som finns att tillgå är följande (Winnerholt, 2009), (Helmersson & Nestéus, 2013), (Kandiel, 2017):

Grusbitumenöverbyggnad (GBÖ) är bra vid lågtrafikerade vägar. Grusöverbyggnad (GÖ) fungerar på lågtrafikerade vägnät.

GBÖ med överbyggnad (GBÖb) är vanlig på högtrafikerade vägar.

Efter att användaren valt till exempel betong med slitlager (BÖ) eller bitumenbundet slitlager (GBÖ) hämtar programmet en typ överbyggnad med lagerföljd och tjocklek anpassat för detta slitlager.

Dessa lager kan sedan justeras i tjocklek samt att lager kan läggas till alternativt tas bort. Det går även att ställa in placering i regionen genom att programmet hämtar data från olika väderstationer som placerade i landet för att ge en mer rättvisande påverkan från just det området där vägen är tänkt att byggas. Uppgifterna från klimatstationerna ska dock tas med en nypa salt eftersom de kan vara lokala “köldhål” där temperaturen skiljer sig avsevärt från hur de ser ut på resterande sträcka. (Nilsson M. , 2006)

Steg 5 Tjällyftsberäkningar

Klarar överbyggnaden belastningen från trafiken blir nästa steg att gå vidare i programmet och beräkna tjällyften som vägen tros kunna utsättas för. Det är här som den stora skillnaden kommer in beroende på var i landet som vägen är tänkt att byggas. (Nilsson M. , 2006)

3.2 Tjälsprickor

Vid utläggningen av asfalt kan kvaliteten variera stort, till exempel kan kvaliteten sjunka i inter-vallet mellan två utlastningar av två olika asfaltsmassatransporter eftersom temperaturen på asfal-ten varierar mycket. Detta kan skapa en förändrad livslängd på asfalasfal-ten från 20 år till enbart ett par år, på lågtrafikerade vägar. (Granlund & Lang, 2016)

När sand och grus ersatts med vägsalt har asfalten fläckvis vittrat sönder eftersom saltet skapar ett högt osmotiskt tryck i ömtåliga asfaltspartier under vägkroppen. Saltet kan även ha en negativ inverkan på vägar som är mindre bra packade. (Granlund & Lang, 2016)

Dubbdäck påverkar asfalten och betongvägar mycket, men skapar samtidigt en minskad risk för olyckor eftersom det skapar bra fäste mot vägbanan. (Granlund & Lang, 2016)

Bärighetsförbättrande åtgärder på lågtrafikerade landsvägar, (Vilander A, Lunds tekniska Högs-kola, 2015)

Trafikverket förfogar över ungefär 100 000 km väg i Sverige och av dessa vägar uppskattas 75 % vara lågtrafikerade vilket är en väg med en ÅDT som är mindre än 1000 bilar. Dessa vägar är intressanta att studera eftersom de påverkas mindre och därför borde konstrueras (Vägbetong, 2012).

Lastfall

(14)

7

Figur 1. (Cloud Engineering software, u.d.)

De två stöden A och B ska föreställa två möjliga tjällyft i var sin ände av balken. Anledningen till att detta fall har valt är eftersom betongbalken åtnjuter störst belastning och deformation. Det är i detta fall som möjliga sprickor riskerar att bli störst och skapa mest skada på vägkroppen. Det andra fallet är när temperaturskiftningar i betongen skapar spänningar i betongen (på grund av att betongen krymper och expanderar beroende på den runtomkring liggande temperaturen). (Södergvist, 2006)

Dessa två fall för tjälsprickor kommer sedan att jämföras med betongens draghållfasthet på 4.1 kPa/m. (Eurokod 2: Dimensionering av betongkonstruktioner, 2008)

Materialegenskaper för asfalt och betong

Asfalt och betong är två material som skiljer sig mycket mellan varandra, men på grund av deras olika egenskaper kan de komplettera varandra vid vägbyggnationer (Nilsson R. , 2017-2018). Asfalt

Asfalt utmärker sig genom att vara ett material som klarar av höga deformationer eftersom det är relativt mjukt och bestående av oljebaserat bitumen. Beläggningen läggs i allmänhet ut varm och packas till godtyckligt hålrum (utläggningstemperaturen varierar mellan 150-180 °C). (Detta är asfalt, u.d.) (Kronfeldt, 2017-2018)

Det finns en rad olika typer av asfalter beroende på innehåll:

Asfaltbetong (AB) eller Asfaltbetong tät (ABT) vilket historiskt har varit en väldigt frekvent an-vänd asfaltsbeläggning. På senare år har Asfaltbetong stenrik (ABS) växt fram eftersom den bättre klarar av den ökande användningen av dubbdäck. (Detta är asfalt, u.d.) (Kronfeldt, 2017-2018) Efter asfaltens beteckning skrivs ett nummer som symboliserar storleken på ballasten i asfalten. Väg 97 har ABS 16. (Detta är asfalt, u.d.) (Kronfeldt, 2017-2018)

Betong

Betong är ett väldigt styvt material, med hög tryckhållfasthet men låg draghållfasthet (ungefär 10 % av tryckhållfastheten). På grund av dessa egenskaper armeras betong för att bättre klara av påverkan från dragkrafter. (Isaksson, Mårtensson, & Thelandersson, 2011) (Sandberg & Björnfot, 2004)

Betong består framförallt av cement, vatten och ballast. Betongens hållfasthet varierar beroende på vilket förhållande det är mellan vattnet och cementet, ”Vattencementtalet, samt vilken sten storlek ballasten har. (Isaksson, Mårtensson, & Thelandersson, 2011) (Malmström, 2018)

(15)

8

Tryckhållfastheten tas fram genom laborationer genom cylindertester. Betongcylindrar av olika typer av betong gjuts med höjden 300 mm och diametern 150 mm och testas sedan för brott. Resultatet presenteras i [cylindertryckhållfasthet]/[kubhållfasthet] i MPa. För vägbetong: C32/40 – C60/75. (Isaksson, Mårtensson, & Thelandersson, 2011)

Figur 2 (Eurokod 2: Dimensionering av betongkonstruktioner, 2008)

Jämförelse

Rent praktiskt är det bindemedlet som skiljer asfalt och betong åt, det petroleumbaserade binde-medlet bitumen används i asfalt medan betongen använder sig av cement. Resultatet blir att asfalt är mer plastiskt och betongen mer styv och klarar högre belastning. (Detta är asfalt, u.d.) (Isaksson, Mårtensson, & Thelandersson, 2011)

(16)

9

Det finns flera tillvägagångssätt för att ta fram stålarmering och den metoden som används mest är när stål från förbrukade artiklar, som till exempel bilar, cyklar eller kylskåp (Armering, 2009). Majoriteten av all armering som skapas på detta sätt görs med hjälp av el som kommer från för-nyelsebara källor. (Sandberg & Björnfot, 2004)

Därutöver behöver vidhäftningen mellan asfalten och stålnätsarmeringen analyseras. Ett test från Technische Universität, München, genomfördes för att ta reda på hur detta gör bäst genom att placera en stång i mitten av ett asfaltsprov som belastades med en given kraft. Det varierar bero-ende på vilken typ av armering som används (vilket skikt som armeringen har mot asfalten). (Sandberg & Björnfot, 2004)

Region Norr har genomfört en rad olika försök för att bestämma vilken typ av armering som lämpar sig bäst för att minska risken för tjälsprickor. Tester har genomfört med flera olika typer av mattor, som till exempel glasfibernät och geotextil och det visade sig att stålarmering var den mest kostnadseffektiva eftersom det enbart kostade 10-20 % av den kostnaden för att utföra trad-itionell lagning vid tjälsprickor. (Andersson, 2012)

Det kan även uppkomma problematik vid dimensioneringen av en vägkropp eftersom det maxi-malt tillåtna hjulaxeltrycket kan öka, vilket är uppe till diskussion där det föreslagits att lastbilar ska få väga uppemot 74 ton. (Sandberg & Björnfot, 2004)

3.3 Livscykelanalys (LCA)

Det är en metod som går ut på att data från till exempel en produktionsmetod analyseras i syfte att undersöka vilken miljöpåverkan den genererar genom att kontrollera hur delprocesser påver-kar helheten.

Metoden genomförs med att hitta gemensamma nämnare mellan olika metoder och sedan jäm-föra dessa för att hitta den lämpligaste.

För att genomföra en livscykelanalys behövs fem faktorer utredas: 1. Funktionell enhet 2. Livslängd 3. Användningsområden 4. Systemgränser 5. Avgränsningar

Funktionell enhet

Vid planeringsskedet av en tillverkningsprocess är det väsentligt att kunna jämföra olika typer av tillvägagångssätt för att ha möjlighet att välja den mest lämpliga. För att åstadkomma detta krävs det framförallt att finna gemensamma nämnare, i LCA-sammanhang kallade för funktionell en-het (FE). (Tillman & Baumann, 2004)

Ett exempel är vid tillverkning av en låda i olika material som rymmer x kubikenheter, den funkt-ionella enheten – eller den gemensamma nämnaren - är med andra ord funktionen “att rymma x kubikenheter”. Det går därefter att jämföra vilket material som påverkar miljön minst vid pro-duktionen genom att undersöka hela propro-duktionens olika komponenter. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

(17)

10

olika produkter som har samma lösning kan ställas mot varandra. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Livslängd

Processens livslängd och hållbarhet definieras, till exempel uppgifter som konstruktionen ska vara vattentät eller hålla en belastning av 100 kg. Vid denna definiering är det väsentligt att skilja på den tekniska och den verkliga livslängden. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Tekniska livslängd (TL) är den livslängden som produkten teoretiskt kan fungera och fortfarande utföra sitt syfte. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Verkliga livslängd (VL) är den tiden som brukaren väljer att använda produkten, till exempel att en mobiltelefon blir daterad och omodern. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Det har även betydelse i utsträckning produkten används, ett par engångstofflor kan vara mer miljövänliga än ett par tofflor som är tänkt att hålla i flera år men som endast har använts ett fåtal gånger när de slängs. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Denna rapport kommer den verkliga livslängden att studeras samtidigt som miljöpåverkan per gång som produkten används kommer att beaktas. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Till exempel är den tekniska livslängden för slitlagret, innan det maximala spårdjupet på 13 mm uppkommit, 4 år enligt PMS Object. I verkligheten kommer vägen ej att läggas om efter 4 år enligt Trafikverket (Ullberg, 2018). Detta kan både bero på att programmets beräkning ej stäm-mer överens med verkligheten eller att det finns en stor risk att spårdjupet överstiger 13 mm innan den läggs om, vilket kan betyda att den verkliga livslängden i detta fall är längre än den tekniska.

Användningsområden

Andra produkter kan helt eller delvis ha flera användningsområden än de ursprungligen är av-sedda för. Till exempel kan ett verktyg med den primära funktionen att belysa ett valt område även fungera som en uppvärmningskälla. Det ges därför en möjlighet att tillgodoräkna den värme som belysningen utstrålar i rummet och ersätta kostnaden för en produkt som enbart är till för att skapa värme. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Ett krav för att utföra den här typen av tillgodoräknande och kunna använda den som en funkt-ionella enhet vid LCA är att ändra beteckningen. Vid ovanstående exempel skrivs belysning i 20 m2 rum i 15 år om till belysning samt uppvärmning av 20 m2 rum i 15 år. Därefter krävs det även att specificeras den önskad temperatur som rummet ska ha. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) Efter detta definieras även övriga faktorer, beroende på vad som studeras, bland annat driftsäker-het, pris, användarvänlighet samt estetik. Det finns processer inom de avgränsningar som denna rapport berör som har flera användningsområden, dessa kommer inte att beaktas i beräkningarna men kommer att tas upp i diskussionsavsnittet. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Systemgränser

När en livscykelanalys genomförs blir det lätt mycket information, det är därför essentiellt att ha metoder för att rangordna och prioritera det viktigaste med hjälp av systemgränser. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) För att genomföra detta används följande faktorer:

(18)

11

vilken data som ska tas fram, för att sedan gallra bort oviktigt och lägga fokus på det som påverkar slutresultatet i störst utsträckning. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Parametrar är i det flesta fallen några fåtal vilka utgör en stor del av slutresultat och bör därmed prioriteras högst. En användbar tumregel är att ungefär 20 % av parametrarna står för 80 procent av variationen, till exempel kan 20 procent av en process aktiviteter stå för 80 procent av utsläp-pen. Detta fenomen kallas Paretoprinciutsläp-pen. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Cut-off värde När den detaljerade beräkningen ska påbörjas för processen är det lämpligt att ha en gräns för att arbetet inte ska bli för tidskrävande eller omfattande samtidigt som slutresultatet inte ska påverkas nämnvärt. Denna gräns kallas för ett ”Cut-off värde”, ett exempel på detta är när materialvikten i en viss delprocess understiger ett värde och därför inte tas med i beräkning-arna eftersom resultatet inte skiljer sig nämnvärt från det exakta. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Avgränsningar

Livscykelanalysen är avgränsad med 7 faktorer: Avgränsning av Natursystem

Att se produkten från vaggan till graven, för en träprodukt är det till exempel från huggning av trädet eller från de att marken bereds för sådd. Detta kan verka enklare än vad det är eftersom när en produkt studeras från vagga till grav kan detta skilja sig beroende på avgränsningen. Till exempel om förädling av ett träd studeras uppstår frågan om detta se från den tidpunkt när trädet huggs ner, forslas bort eller är de räknat från det att marken har beretts, blivit gödslad, eller påbörjas det hela ännu tidigare? Allt ska med i LCA och det kan därför bli högst problematiskt att se hela produktionsledet. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Avgränsning av andra produkters livscykler

Det finns flera produkter i processen som har egna livscykelanalyser, dessa kallas subsystem och kan till exempel beröra kemikalier. En annan aspekt är livscykeln för en maskin som till exempel tillverkar förpackningar till mjölk är att undersökta längre bort i kedjan och studera livscykeln för den maskin som tillverkar delar till maskinen som tillverkar förpackningarna. Produktsystemet blir en hierarkisk struktur av subsystem som teoretiskt kan bli omfattande om inte avgränsningar görs. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Subsystemen kan bli omfattande och därför avgränsas dessa oftast vid att inte ta med de maskiner som tillverkar maskinerna som tillverkar produkterna som ingår i systemet. Detsamma gäller de personliga ekologiska fotavtrycken från till exempel de som arbetarna skapar vid transporter av sig själva till och från arbetsplats. Rapporten kommer även att avgränsa bort de händelser som är svåra att uppskatta men kan ge stora avvikelser från den normala driften i systemet, till exempel naturkatastrofer eller andra oförutsägbara händelser. Därutöver kommer även sociala och ekono-miska aspekter hos en produkts livscykel inte att beaktas i denna rapport eftersom det finns mer passande analysmetoder för bedömning av dessa aspekter. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) Geografiska avgränsningar

(19)

12

Det kan också bero på tekniken som används för att transportera produkten och på avståndet till plasten där naturresursen hämtas ifrån. Exempel vid remixasfaltläggning används gasol eller eld-ningsolja och beroende på vilken metod som används avviker utsläppen en hel del (Kemireinen, 2018). Maskinerna, som används vid utläggning eller underhåll, finns att få tag på och därmed vilken sträcka de måste transporteras och hur (Björkman, 2018). (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Tidsmässiga avgränsningar

Avgränsningar som görs i tid är beroende på flera faktorer. De bör vara kopplade till de sorters utsläpp som processen skapar samt beakta möjligheten för utveckling av processen inom området. Om testerna är gjorda på en produkt som utvecklas mycket och som använder teknik som för-ändras relativt snabbt krävs mer omfattande analyser. Det krävs med andra ord att faktorn tid är med vid beräkningen. För att till exempel studera i vilken utsträckning material byts ut eller se vilken påverkan en förändrad produktionsmetoder har på klimatet krävs det att dessa studeras över ett valt tidsintervall. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Avgränsning av jämförande analyser

En del ämnen har stor miljöpåverkan även vid små mängder, som vissa tungmetaller och väldigt stabila organiska kedjor som tar lång tid för naturen att bryta ner. Dessa ämnen har med andra ord en stor inverkan även vid små mängder och behöver såldes tas med i LCA beräkningen även om de understiger det tidigare nämnda Cut-off värdet. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) Avgränsning sett på datakvalitet

Kvaliteten på ingångsdata är avgörande för hur bra studien kommer att överensstämma med verk-ligenheten. Det är därför av hög vikt att livscykelanalys studien består av data av nog hög kvalitet för att kunna uppnå målet med analysen. För att säkerställa att studiens data håller en hög kvalitet har tre krav tagits fram: tidsrelaterad, geografisk samt teknologisk täckning. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Tidsrelaterad Det är väsentligt det data som används i studien fortfarande är tillförlitlig ur ett tidsperspektiv, därför bör en tidsrelaterad gräns sättas på hur gammal indata maximalt får vara. Under hur lång tidsperiod den har samlats in samt hur utvecklad teknologin är bakom den stu-derade processen. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Geografisk Var avgränsningen ska ligga för det geografiska området som data samlas in bör också beaktas. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Teknologisk Hur statusen är för den teknik som används för att skapa delprodukterna i det stu-derade systemet. Till exempel den uppskattade framtida prestandan på en viss teknik. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Avgränsning från insamling och inventering

(20)

13

De kategorier som beaktas ska utgöra en signifikant miljöpåverkan, vilket i detta arbete skulle kunna vara material som innehåller fossila material (petroleumprodukter, som asfalt) jämte material som inte innehåller fossila bränslen som betong. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) Kvaliteten på studiens insamlade data ska noteras, hur den är insamlad, i vilken mån den är komplett, hur gammal informationen är, hur väl studiens data täcker av det geografiska område som studeras, hur pålitlig uppgifternas källa är samt den tekniska korrelationen. Det kan handla om informationen är hämtad från aktuellt företag, liknande företag eller om den bara är hämtad från en liknande process. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Om informationen som används är verifierad av mätningar eller om den är baserad på antag-ningar samt om dessa antagantag-ningar är kvalificerade eller ej. Det viktiga är att det är hög kvalitet på den insamlade informationen, framförallt det data som ligger bakom studiens mest påver-kande parametrar. Är data bakom de mest påverpåver-kande parametrar baserad på antagningar eller på annat vis osäker blir hela LCA studiens resultat osäkert. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

LCA- livscykelinventeringens följd av miljöpåverkansbedömning

Vid Fall 3, där Trafikverkets klimatkalkyl används för att göra en LCA kommer följande fall användas: “underlag där ett fordon kan framföras på i en kilometer med aktuella krav från Tra-fikverket”. Detta kommer sedan att ligga till grund för en jämförelse mellan olika metoderna som detta går att genomföra på. Arbete kommer därutöver att fokusera på hur de olika metodernas koldioxidsproduktion skiljer sig mellan de olika materialen.

Det finns olika gaser och utsläpp som leder till varierande problem, till exempel Koldioxid (CO2) och Metan (CH4) bidrar till den globala uppvärmningen, till skillnad mot Ammoniak (NH3) eller Kväveoxider (NOx) som inte har samma inverkan på klimatet. Trots gasernas olika inverkan ana-lyseras de ur ett LCA perspektiv eftersom de senare, trots att de inte skapar en globalt uppvär-mande effekt, kan bidra till övergödning, försurning av skog, mark och vatten samt att kväveoxi-derna har negativa hälsoeffekter på andningsorganen. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002) Dessa utsläpp mäts i kilogram som sedan multipliceras med en karakteriseringsfaktor för att kunna få ut ett totalvärde som sedan kan jämföras mot en annan produkt eller process. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Det kan uppstå fel vid jämförelse mellan olika livscykelanalyser på grund av olika grader av säker-het och antagningar mellan analyser. Detta leder till att de är svårt att jämföra resultat från LCA beräkningar på olika produkter och därför har standardiseringar tagit fram. Genom att identifiera vilka metoder som liknar varandra har olika standardiseringar tagits fram, till exempel ISO 14040 som är en kvalitetsstämpel som ska återspegla resultatet av olika LCA på ett uppriktigt vis. Detta sker genom att trycka på vikten av källor till indata samt att antaganden ska vara transparenta och enkla att följa. (Guinée, 2001)

Med LCA kan ovan miljöpåverkanskategorier studeras, men andra vanliga är även de som bidrar till marknära ozon, förtunning av ozonskiktet, utsläpp som är giftiga för människan respektive djur och växter samt utarmning av abiotiska resurser i form av metaller och fossila bränslen. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

(21)

14

LCA modeller har standardiserats för att olika produkter med samma syfte, lösning på ett pro-blem (funktion), ska kunna jämföras. LCA beräkningar baseras dock ofta på data med olika sä-kerhet samt antagningar där data ej hittats. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Allokering

De är väldigt få processer vilka har ett linjärt flöde mellan råmaterial till produkt. Från råolja skapas inte enbart bensin eller plast, utan det är ett flertal andra produkter vilka också kan generar ur detta fossila bränsle, vilket skapar allokeringsproblem vid LCA beräkningar. Det inte finns ett tydligt samband mellan utsläpp och flödet vilket studeras och därför uppstår allokeringsproblem. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Det kan handla om hur stor del av utsläppen från utvinningen av råolja som den studerade pro-dukten skapar. Är det bara ett fåtal produkter som tas fram ur den aktuella processen är chansen större att den blir korrekt, en del metoder får en relativt rättvis fördelning av utsläppen till re-spektive produkt. Processerna blir mer komplicerade och det är allt fler produkters om utvinns ur samma råmaterial eller får fler förädlingssteg. Detta skapar en obalanserad belastning och gör det svårare att studerade flödet rättvist. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Dessa problem uppkommer i andra steg i processen än vid hanteringen av råmaterial, till exempel vid frakt av produkter. Om en vara transporteras med fartyg en viss sträcka kommer detta med hög sannolikhet inte vara den enda produkten som transporteras och därmed kan inte produkten ta hela belastningen från fartygets utsläpp. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

På grund av denna problematik vid beräkningar av allokering har en ISO-standard tagits fram, ISO14041 (ISO 14041, 1998). Standarden startar med utgångsläget att inte utföra någon alloke-ring överhuvudtaget och jobbar sig därefter upp efter olika kriterier. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Den första frågan som ställs är när beräkningarna stöter på ett potentiellt allokeringsproblem är om processen kommer göra signifikant skillnad för analysens totala resultat. Om den inte gör det behöver allokeringen inte beaktas eftersom det enbart skapar extra jobb och tidsåtgång för en process som trots detta inte påverkar slutresultatet nämnvärt. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

EPD

Environmental Product Declaration (EPD) eller miljövarudeklaration tas fram till företag från en oberoende part som gör en kortfattad LCA på företagets produkt eller process. I denna rapport har EPD:er använts för att göra beräkning av betong genom olika steg, bland annan cementfram-ställning och kross av bergmaterial. Miljövarudeklarationerna är framtagna efter en viss standard och det står redovisat tydlig i rapporterna var de olika miljöbelastningarna kommer ifrån proces-sen av tillverkning, eller transport, av en produkt. Det är även noterat vilka delar från resursut-vinning till slutet av livscykeln som är beaktade i deklarationen. Många gånger handlar det om resursutvinning till ”port”,”Cradle-to-gate”, det vill säga från det att resurser hämtas till det att den färdiga produkten lämnar fabriken. Det är även noterat hur stort koldioxidutsläpp för ener-giförbrukningen som det är räknat med. Detta är väsentligt eftersom stora skillnader kan uppstå, i koldioxidutsläpp, om det är en energikrävande process och elen som försörjer den kommer från kolkraft respektive vattenkraft.

(22)

15

Människan påverkar miljön och klimatet på jorden i allt större utsträckning, men den totala kli-matförändringar som sker på jorden kan inte enbart skyllas på människan utan det finns en na-turlig växthuseffekt på jorden. Denna generar klimatcykler där jorden pendlar mellan istid och varmare klimat och denna pendling kan manipuleras av människan vilken kan skapa förödande konsekvenser. (Rummukainen, 2005)

Det vill säga att människan, genom utsläpp, förstärker den naturliga växthuseffekten och skapar rubbning energibalansen på jorden. Förenklat handlar energibalansen om inkommande solstrål-ning och utgående värmestrålsolstrål-ning, men även om andra faktorer som till exempel vattnets cirku-lation samt kolets kretslopp ingår. Av den inkommande solstrålningen når ungefär hälften jordy-tan där den absorberas, övrig strålning reflekteras av bland annat moln och gasmolekyler och påverkar således ej klimatet. För att en energibalans ska ske måste jorden göra av med lika mycket energi som absorberas, detta genom värmestrålning från jordens yta. (Rummukainen, 2005) Den naturliga växthuseffekten sker genom de naturliga mängder växthusgaser, bland annat kol-dioxid, och vattenånga som finns i atmosfären. Ett ökandet utsläpp växthusgaser påskyndar och ökar växthuseffekten genom en rubbning av energibalansen. Växthuseffekten sker genom att dessa gaser låter solstrålningen passera relativt fritt in, medan en del av den utgående värmestrål-ningen hindras att flöda ut. Detta ska självklart ske i en viss omfattning för att jorden ska kunna ha ett stabilare klimat över dygnet. En onaturlig ökning av växthusgaser leder dock till klimatför-ändringar som sker för att återställa strålningsbalansen. I och med ökande halter växthusgaser minskar atmosfärens förmåga att låta utgående värmestrålning passera, medan de inkommande solstrålningen inte påverkas nämnvärt av en ökande halt växthusgaser. (Rummukainen, 2005) Det är med andra ord återstrålningen av värmestrålningen, den ökande mängd som reflekteras tillbaka till jordens yta som påverkar strålningsbalansen negativt. Ett strålningsöverskott skapas vid jordytan och för att jämna ut denna energibalans skickar jordytan ut en större mängd värmee-nergi till evärmee-nergibalans skapats, till följden att temperaturen höjs. Den ökande temperaturen lagras delvis i vattnet, vilket leder till en ökning av medeltemperaturen i haven. Därutöver kommer en ökning av utgående värmestrålning på de högre nivåerna i atmosfären leder till lokal avkylning. (Rummukainen, 2005)

Avdunstning av vatten och cirkulationsmönster i vind och vatten ändras. Klimatförändringar som ändringar i nederbörd, havsnivåer samt cirkulationsmönster förändras. Förenklat förklarat att en ökande mängd solstrålning som inkommer jämfört med den värmestrålning som utgår leder till att temperaturen stiger, och tvärtom. (Rummukainen, 2005)

Den nuvarande ökningen av växthuseffekten beror i största del av det ökande utsläppen av kol-dioxid genom förbränning av fossila bränslen som olja och kol, men även utsläpp av andra gaser (Rummukainen, 2005).

Den största anledningen till att förbränningen av fossila bränslen är den största bidragande fak-torn är att koldioxiden som frigörs ej finns i det naturliga kretsloppet av koldioxid, till skillnad från den koldioxid som frigörs vid eldning av ved eller biobränslen. Detta eftersom koldioxiden från till exempel träd trots allt skulle frigöras till atmosfären genom förmultning inom en snar framtid, även om den inte förbränts. Till skillnad från fossila bränsle som lagrats i jorden i mil-jontals år inte skulle ha frigjorts som koldioxid till atmosfären, om det inte vore för att människan tagit upp den och förbränt den, och därmed kommer ett tillskott av koldioxid in i det naturliga kretsloppet (Björsell, 2017).

(23)

16

fossila resurser. Markanvändningen bidrar framförallt till högre koncentrationer av växthusga-serna metan och kväve då en ökad markanvändning minskar den vegetabiliska arean på jorden. (Vitousek, 1993)

Flertalet av växterna kan öka sin fotosyntes genom de högre halterna av koldioxid som finns i luften. Studier visar att detta sker genom att växter kan känna av den förhöjda koldioxidhalten i luften och börjar därmed tillverka mer vävnad. En del av växter svarar bra på detta och börjar tillverka mer vävnad med ett högre näringsinnehåll, förutsatt att det ej finns begränsningar av näring i området. Dock svarar vissa arter mindre bra på detta till följd av en lägre koncentration av näringsämnen i vävnaden som den skapar, vilket i sin tur leder till att djur som lever av dessa växter måste äta en större mängd för att få i sig samma mängd näringsämnen. Detta leder i sin tur till att djuren i fråga löper risk att inte få i sig den näringsmängd som tidigare och till följd av detta generellt växer långsammare samt lider av en högre dödlighet. Den näringsfattiga vävnaden och problemen med den fortsätter ner i kedjan för asätare och maskar och kan påverka hela det ekosystemet. (Vitousek, 1993)

Till största del drivs växthuseffekten av den ökade mänskliga populationen samt den höga kon-sumtionen av resurser, och då framförallt de fossila bränslena (Vitousek, 1993).

Det är inte bara marklevande system som påverkas eftersom ungefär en tredjedel av alla utsläpp av koldioxid lagras i haven. De stora barriärreven och all växtlighet som finns i haven absorberar effektivt stora delar av världens koldioxidutsläpp. (Vitousek, 1993)

Miljöeffekter och miljöproblem

Miljöeffekter är de flöden i naturen som människan påverkar i en tillräckligt hög utsträckning att hastigheten på flöden ökat. Detta resulterar i att vissa arter ej hinner utvecklas och anpassas efter de nya miljöerna som uppstår. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Exempelvis vattenlevande djur som ej kan kontrollera sin kroppstemperatur, de förflyttar sig till svalare delar för att överleva och kommer möta problem när jorden blir varmare än tidigare (Fors, 2011).

Miljöproblem är de som problem som uppstått av mänsklig påverkan av miljön som påverkar människan negativt på något sätt. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Miljöeffekterna som den studerade processen skapar brukar delas in tre olika geografiska katego-rier. Lokala, regionala samt globala miljöeffekter.

Lokala definieras som den närmast omgivande miljön, det vill säga att tillräckligt från källan där utsläppet skapas sker ingen sådan miljöpåverkan. Utsläpp från trafik som, förutom koldioxid utsläpp, bidrar till marknära ozon är (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002):

(24)

17

Figur 3. Smog Foto: Alex Gindin

Lokala utsläpp i sjöar eller vattendrag från fabriker, gruvbrytning och industrier kan skapa pro-blem eftersom det kan ökade halten av tungmetaller i mark och vattendrag. Dessa propro-blem kan kopplas direkt till avståndet från källan. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

De lokala miljöeffekternas problem är oftast relativt lätta att identifiera vilket leder till att de är lättare att rätta till problemet, något som samhället ofta har varit bra på. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Regionala skiljer sig från de lokala miljöeffekterna eftersom de påverkar på ett större avstånd från källan och problemen blir därför mer diffusa och svårlokaliserade. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

Till följd av detta blir det svårare att avgöra exakt vad de är för källa som skapar utsläppen eller att de är flera mindre källor, och därmed blir det svårare att sätta in åtgärder för att minska de regionala miljöproblemen. Utsläpp av bland annat svaveldioxid bidrar till försurning av skog och kan vara ett exempel på ett regionalt problem då de ofta finns flera källor samt att avståndet från källan är inom den geografiska avgränsningen. (Rydh, Lindahl, & Tingström, 2002)

(25)

18

3.4 Trafikverkets Klimatkalkyl 6.0

Trafikverkets klimatkalkyl är ett verktyg för att beräkna och ta fram en klimatkalkyl för ett objekt under en specificerad livslängd. Informationen till detta kommer från Tyréns (Heller, 2018). De finns olika kategorier för programmets olika byggdelar. Detsom går att specificeras, är begrän-sat till vägbyggnation, tunnlar samt järnväg med tillhörande signal, tele och ban. Utöver detta finns även miljöåtgärder i form av olika sorters bulleråtgärder samt underhållsåtgärder.

Begränsningen med programmet är att det finns för få valmöjligheter för olika typer av material, till exempel för betongslitlagret vilket det helt saknas schablonvärden för både i byggdelar och underhållsåtgärder. Detta medför att det är omöjligt att göra en fullständig jämförelse mellan olika typer av vägkroppsuppbyggnader.

Vid tillämpning av programmet går användaren igenom 5 steg: Steg 1. Val av kalkylnivå

Steg 2. Kalkyluppgifter Steg 3. Byggdelar Steg 4. Typåtgärder Steg 5. Sammanställning

Steg 1 Val av kalkylnivå och ingång

Användaren väljer ingång för klimatkalkylen, vilket innebär alla olika startpunkter för program-met. Det finns tre olika ingångar för programmet, A, B och C.

Ingång A används för projekt som ligger i ett tidigt skede, den behandlar investeringsobjekt i tidiga planeringsstadiet. Ingången hanterar information som anges i denna modell i form av typåt-gärder, till exempel 1 km ”2+2”-väg. (Heller, 2018)

Ingång B behandlar senare skeden och klimatdeklaration, det innebär att istället för typåtgärder hanteras byggdelar i programmet med mängder som efter inmatning multipliceras med schablon-värden som finns inlagda i programmet. Även egna energideklarationer kan matas in för att skapa en personlig klimatdeklaration för objektet som byggts i modellen. (Heller, 2018)

Ingång C är en mer flexibel ingång som är en kombination av ingång A och B. Det går med andra ord både att behandla objektet med typåtgärder samt byggdelar. (Heller, 2018)

(26)

19

Fallstudie 2 bygger vidare med indata från Fallstudie 1 (från dimensioneringsprogrammet PMS Object), denna studie kommer därför att använda sig av Ingång B eftersom mängder kommer att hanteras för att upprätta kalkylerna.

Steg 2 Kalkyluppgifter

Denna post tar upp grundinställningar för projektet, se figur 4. Underhållsdistrikt ger direkt på-verkan på underhållsposten där schablonvärden för underhållet skiljer sig beroende på det di-strikt som valts.

(27)

20

Steg 3 Byggdelar

Därefter väljs byggdelar som är aktuella för projektet. Den aktuella mängden skrivs in för respek-tive byggdel och programmet räknar sedan ut den klimatbelastningen, sett i koldioxidutsläpp samt energimängd som skapas för varje byggdel. Detta steg upprepas för samtliga delar som ob-jektet består av.

Steg 4 Typåtgärder – Drift och underhåll

När modellen har all information som behövs för att beräkna den totala klimatpåverkan vid bygg-nation av objektet behandlas underhållet.

Jämfört med ”Steg 3 Byggdelar” har underhållsdelen betydligt färre valmöjligheter, detta ger där-för färre chanser till djuplodande och detaljerade beräkningar. De val som finns är vilken vägtyp som den aktuella vägen är utformad för, till exempel motorväg eller ”2+2”-väg. De finns flest val för asfaltsväg där det finns många varianter av schabloner och möjligheten att justera egna värden är dessvärre begränsat.

Informationen för underhållet av vägen matas i form av mäng kvadratmeter asfaltsväg. När detta sedan ska justeras är detta begränsat till att enbart förändra ÅDT som är kopplad till samtliga schablonvärden. I denna underhållspost ingår både vinterunderhåll och lagning av vägen, kopplat till det aktuella distriktet som valdes i ”Steg 2 Kalkyluppgifter”.

Steg 5 Sammanställning

(28)

21

4 Fallstudier

Arbetets resultat är samlat under tre varandra följande fallstudier i vilka rapportens litteraturstu-dier kommer byggas vidare på. Dessa fallstulitteraturstu-dier är följande:

Fallstudie 1 Tjällyft i PMS Object

Fallstudie 2 Handberäkningar på betongspänningar och tjälsprickor Fallstudie 3 Koldioxidutsläpp i Trafikverkets Klimatkalkyl

4.1

Fallstudie 1, Tjällyft i PMS Object

Vid beräkningen av tjällyftet har PMS Object använts. Dessa beräkningar erfordrar flera anta-ganden och bakgrunden till dessa har förklarats löpande i den följande fallstudiegenom-gången. För att förenkla uppställning har de grundläggande inställningarna gåtts igenom följt av fördjupning i hur förfarandet skiljer sig åt mellan de två olika materialen.

Figur 6. Vy över grundinställningar i PMS Object.

Fallet som beräknas i denna rapport är en flerfältsväg där det manuellt väljs “fyra körfält”. Väg 97 mellan Luleå-Boden ligger i klimatzon 5, samt i “Norrbotten”, för närmare specificering av klimatzon väljs en närbelägen klimatzon. (Nilsson M. , 2006)

Av den totala trafikmängden beräknas 90 % av trafiken ske i det högra körfältet, samt i princip allt av den tunga trafiken, det högra körfältet står med andra ord för störts deformationspåverkan. Årlig trafikförändring behöver beräknas, för både tung- och personbilstrafik. Hur mycket belast-ningsökning som påverkar vägkroppen per år. För att utföra dessa beräknar används data från Trafikverket som menar att tung trafik ökar med 2 % och personbilar med 1 % (per år) med en initial ÅDT på 8250. (Ullberg, 2018)

(29)

22

Figur 7. Konstruktionens uppbyggnad, asfalt

(30)

23

Fall 1. Asfalt

Figur 8. Konstruktionen uppbyggnad, asfalt.

(31)

24

Figur 9. Bärighetsberäkningar, de inringade trafikljusen signalerar om antagandena är godkända.

(32)

25

Figur 10. Beräkningar av bärighet på vägkroppen i asfalt

(33)

26

Figur 11. Vy över tjällberäkningar i asfalt, observera beräknat lyft och maximalt tillåtna.

Överbyggnaden i sitt grundutförande för den klimatzon som vägen är tänkt att ligga i klarar inte kraven på tjällyft. Programmet erbjuder två valmöjligheter att gå till väga för att minska vägens utsatthet för tjällyftet.

(34)

27

Figur 12. Illustration över tjäll lyftet för asfalt, det maximalt tillåtna tjällyftet till vänster och det beräknade tjällyftet till höger.

(35)

28

Figur 13. Säsongsöversikt för de olika tjällyften i asfalt.

(36)

29

Figur 14. Beräkning av beläggningsslitage

Spårdjupsslitage beräkningar, dock endast applicerbart på ABT beläggning, är gjorda. Denna be-räkning visades för Trafikverket bekräftade att det givna indata stämmer. Det påpekandets att trots att beräkningarna visade att vägens livslängd är satt till 4 år i teorin kommer den läggas om efter ca 8 år (trots att värdet överstiger Trafikverkets krav på max 13 mm tillåtet spårdjup). (Ullberg, 2018)

8 år livslängd ger fem stycken omläggningar på den 40 årsperiod som beräknas. Detta leder till att utsliten asfalt fräses bort (per omgång) enligt:

16 𝑚 ∗ 30 000 𝑚 = 480 000 𝑚2 (1)

(37)

30

Figur 15. Vägkroppens uppbyggnad (Definitioner ABEL07, ABRÖR08, ABSF09 och ABAVA11, 2017)

Vägen uppbyggnad är beräknad med en släntlutning på 1:3 vilket gör att de olika lagren ökar i bredd med denna faktor desto djupare de ligger. Utöver bredden på slitlagret läggs en stödremsa på 0,25 på respektive sida om vägen vilket skapar en bredd på totalt 16,5m.

Beräkning av asfaltsslitlagret, ABT, sker genom att tjockleken av lagret multipliceras med längd samt bredd av vägen för den aktuella sträckan.

𝐴𝐵𝑇: 16 𝑚 ∗ 0,050 𝑚 ∗ 30 0000 𝑚 ∗ 2,45𝑡𝑜𝑛𝑚3 = 248 160 𝑡𝑜𝑛 (2)

Stödremsan, SR, beräknas för hela längden av vägen samt med en bredd på 0,25 m på var sida om vägen. Den antas ha samma tjocklek som slitlagret.

𝑆𝑅𝑎: 0,25 𝑚 ∗ 0,050 𝑚 ∗ 2 ∗ 30 0000 = 750 𝑚3 (3)

Det bitumenbundna bärlagret bestående av asfaltsgrus, AG, beräknas på samma sätt som tidigare men släntlutningen beaktas genom att tjockleken på lagret multipliceras med faktor 3 för att beakta den ökade bredden på lagertjockleken som blir på grund av släntlutningen. Trafikverkets klimatkalkyl, som studeras i fallstudie 2, hanterar byggdelens mängd av AG i betong därför mul-tipliceras mängden även med densiteten för materialet.

𝐴𝐺𝑎: (16 𝑚 + 0,5 + 0,190 𝑚 ∗ 3)0,190 ∗ 30 0000 𝑚 ∗ 2,2𝑡𝑜𝑛𝑚3 = 207 788 𝑡𝑜𝑛 (4)

Det obundna bärlagret, OB, som består av ett 0/30 krossmaterial beräknas på samma sätt som beskrivet ovan.

𝑂𝐵𝑎: (16,57 + (0,08 ∗ 3)) 𝑚 ∗ 0,08 𝑚 ∗ 30 0000 𝑚 = 41 904 𝑚3 (5)

Förstärkningslager, FL, består av ett krossat material med kornstorlek 0/80 och mängdberäknas på samma vis som ovan.

𝐹𝐿𝑎: (16,81 𝑚 + (0,420 𝑚 ∗ 3)) ∗ 0,420 𝑚 ∗ 30 0000 = 227 682𝑚3 (6)

Skyddslagret, SL, är det lagret som justerats i tjocklek för att minska tjällyftningen. Det består av en grövre, och billigare, fraktion än förstärkningslagret då det inte har samma krav som förstärk-ningslagret och mängden beräknas på samma sätt som de övriga lager.

(38)

31

Fall 2. Betong

Figur 16. Vägkroppens uppbyggnad i betong.

(39)

32

Figur 17. Resultat av bärighetsberäkningar i betong.

(40)

33

Figur 18. Inställningsvy över tjälberäkning, observera beräknat och maximalt tillåtet lyft.

(41)

34

Figur 19. Tjällyftsberäkningar för betong, maximalt tillåtet tjällyft till vänster och beräknat lyft till höger.

(42)

35

Figur 20. Säsongsöversikt över aktuella tjällyft i betongbeläggningen.

PMS Object hanterar ej beläggningsslitage för betongen slitlager därför beräknas detta genom att anta att slipning på grund av spårdjupsbildning görs efter 20 år. (Dolk, Betongvägar, 2018) Enligt Johan Silfwerbrand bildas ett spårdjup av 15 mm efter 15-20 år på betongvägar. Mätningar och tester visat att för en betongväg sker det ett spårdjupsslitage på 2-3 mm första året sedan minskar detta till 0,5-1 mm per år (Silfwerbrand, 2013). Det värsta scenariot blir därför:

3 𝑚𝑚 + 1 𝑚𝑚 ∗ 19 å𝑟 = 22 𝑚𝑚 (8)

Jämför med det mest gynnsamma scenariot:

2 𝑚𝑚 + 0,5 𝑚𝑚 ∗ 19 å𝑟 = 11,5 𝑚𝑚 (9)

VTI menar att många av betongvägarna som byggt i Sverige har haft stort slitage, men att det även finns lyckade projekt. Ett av dessa lyckade projekt är Arlandavägen som vid mätningar 2000 vi-sade på enbart 0,6 mm slitage efter 10 års bruk. (Dolk, Betongvägar, 2018) (Hultqvist & Carlsson, Betongvägen vid Arlanda, 2002)

Slipning av vägen sker endast på det högra körfältet eftersom det är där som spårdjupet bildas, dock behöver halva det vänstra körfältet också slipas ner för att det ej ska bildas en kant. Det är därför enbart ¾ av vägen som behöver slipas enligt följande (Dolk, Betongvägar, 2018):

(43)

36

Figur 21. Vägkroppens uppbyggnad (Definitioner ABEL07, ABRÖR08, ABSF09 och ABAVA11, 2017)

Mängdning av de olika lagren sker enligt nedan:

Betong överbyggnaden, BÖ, beräknas genom att tjockleken från PMS multipliceras med längden samt bredden för den aktuella vägsträckan.

𝐵Ö: 16 𝑚 ∗ 0,22 𝑚 ∗ 30 0000 = 105 600 𝑚2∗ 2,35𝑡𝑜𝑛

𝑚2 = 248 160 𝑡𝑜𝑛 (11)

Stödremsan, SR, beräknas för hela längden av vägsträckan och antas ha en bredd på 0,25 m på var sida om vägen med samma tjocklek som slitlagret.

𝑆𝑅𝑏: 0,25 𝑚 ∗ 0,22 𝑚 ∗ 2 ∗ 30 0000 = 3 300 𝑚3 (12)

Det bitumenbundna bärlagret bestående av asfaltsgrus, AG, beräknas på samma sätt som ovan men släntlutningen på vägkroppen beaktas. Detta sker genom att tjockleken på lagret multiplice-ras med faktor 3 för att beakta den ökade bredden på lagertjockleken som blir på grund av slänt-lutningen. Trafikverkets klimatkalkyl, som studeras i fallstudie 2, hanterar byggdelens mängd av AG i betong därför multipliceras mängden även med densiteten för materialet.

𝐴𝐺𝑏: (16 𝑚 + 0,5 + 0,22 𝑚 ∗ 3) ∗ 0,1 ∗ 30 0000 = 51480 𝑚3∗ 2,2𝑡𝑜𝑛

𝑚2 = 113 256 𝑡𝑜𝑛 (13)

Det obundna bärlagret, OB, som består av ett 0/30 krossmaterial beräknas på samma sätt som beskrivet ovan.

𝑂𝐵𝑏: (16,5 𝑚 + (0,22 ∗ 3) + 0,08 ∗ 30 0000 = 41 904 𝑚3 (14)

Förstärkningslager, FL, består av ett okrossat material, tillskillnad från förstärkningslagret i as-faltsöverbyggnaden, men mängdberäknas på samma vis som ovan.

𝐹𝐿𝑏: (16,8 𝑚 + (0,22 𝑚 ∗ 3) + (0,08 ∗ 3)) ∗ 0,22 𝑚 ∗ 30 0000 = 116 820 𝑚3 (15)

Skyddslagret, SL, är det lagret som justerats i tjocklek för att minska tjällyftningen. Det består av en grövre, och billigare, fraktion än förstärkningslagret då det inte har samma krav som förstärk-ningslagret och mängden beräknas på samma sätt som de övriga lager.

𝑆𝐿𝑏: (17,7 𝑚 + (0,22 𝑚 ∗ 3)) ∗ 1,5 ∗ 30 0000 = 826 200 𝑚3 (16)

4.2 Fallstudie 2, tjälsprickor i betong

(44)

37

Utförande

Genomförandet av dessa beräkningar kommer genomgå följande 4 steg: Steg 1. Utbredd last

Steg 2. Tvärkraft Steg 3. Moment Steg 4. Tjälsprickor

Figur 22. beskrivning av hur den utbredda lasten är distribuerad över betongsektionen, (Cloud Engineering software, u.d.)

Steg 1. Utbredd last

Den utbredda lasten, qk, genereras av betongblocket mot marken beräknas genom att ta kroppens dimensioner, längden, L, djupet, d, och multiplicera dessa med densiteten, ρb, och gravitations-kraften, G. Betongblockets dimensioner beräknas enligt följande (Ulfberg, 2018):

𝐿 = 5 𝑚 (16)

𝑑 = 0,22 𝑚 (17)

𝐴 = 𝐿 ∗ 𝑑 = 5 𝑚 ∗ 0,22 𝑚 = 1,1 𝑚2 (18)

Denna area multipliceras sedan med betongens densitet i syfte att få fram vikten, mb:

𝜌𝑏 = 2,4𝑡𝑜𝑛𝑚3 (19)

𝑚𝑏 = 𝜌𝑏∗ 𝐴 = 2,4 𝑡𝑜𝑛𝑚3 ∗ 1,11 𝑚2 = 2,64 𝑡𝑜𝑛

𝑚 (20)

Vikten multipliceras med gravitationskonstanten, G, som i Sverige ligger på ungefär 9,82 m/s2: 𝑞𝑘= 𝑚𝑏∗ 𝐺 = 2,64𝑡𝑜𝑛𝑚 ∗ 9,82𝑠𝑚2 = 25,9 𝑘𝑁/𝑚 (21)

Den utbredda lasten över betongsektione illustreras därför:

Figur 23. Utredd last (Cloud Engineering software, u.d.)

References

Related documents

Därefter kommer den att kompletteras med andra källor för att kunna ge den teoretiska bakgrund som behövs för att förstå resultatet i form av hur dessa

Tänk på at inte lägga ut mat till fåglar på balkongen eller fönsterblecket Fåglarna är vackra att se på.. men tyvärr skräpar de ner en

Figur 2 Partikelstorleksfördelning för ingående material (feed) och grova partiklar som funktion av hastigheten på huvudfläkten.. Partikelstorleksfördelningen i den färdiga

1 § andra stycket i den nya vägtra- fikskattelagen att för vissa personbilar samt lätta bussar och lätta lastbilar skall fordonsskatt inte betalas e nligt denna lag utan i stället

Införande av en fossilbaserad COZ-skatt på drivmedel kan leda till att det framtida bilvalet styrs över till fordonstyper som ger ökade utsläpp av andra reglerade ämnen (HC, C0

Under denna fas bör tillståndsbaserat underhåll ske för att göra det möjligt att planera renovering eller utbyte av komponenter för att hindertiden ska bli

När det kommer till personalflöde och själva inflödet av medarbetare så anser HR- chefen att myndighet A inte arbetar så strategiskt som de skulle kunna göra,

Bärlagrets tjocklek skall väljas med hänsyn till förekomsten av markisolering och dennas utformning för att hindra tjäl- inträngning i terrassen.. Vid den markisolering som valts