Ny forskning från Luleå tekniska universitet visar att trummor, som används för dränering i vägkonstruktioner, kan förvärra tjälskador på vägar. Karina Tommik har studerat hur luftflöde och temperaturförhållanden i trummor påverkar tjäldjupet och spridningen i den omgivande jorden.
Enligt studien spelar luftflödet genom trummorna en central roll i tjälens inträngningsdjup. När trummorna är öppna och luft kan flöda genom dem, leder det till djupare tjälinträngning jämfört med områden utan trummor. Fältundersökningar vid flera trummor nära Luleå har visat att faktorer som snötäcke och vind påverkar temperaturen inuti trummorna, vilket i sin tur påverkar tjäldjupet.
– Vår forskning visar att luftflödet genom trummor spelar en avgörande roll för tjälens djup. När trummorna är öppna och luft kan flöda genom dem, leder det till djupare tjälinträngning jämfört med områden utan trummor, förklarar Karina Tommik.
Under den tidiga frysperioden, när det inte finns tillräckligt med snö för att blockera kulvertarnas ändar, gör luftflödet att inre temperaturer följer de yttre lufttemperaturerna. När kulverten blockeras av snö stabiliseras de inre temperaturerna och påverkas mindre av yttre förhållanden.
– Det är viktigt att förstå dessa processer för att kunna utforma vägar som kan motstå frostskador. Vårt arbete ger nya insikter som kan bidra till att förbättra vägbyggen i kalla klimat, säger Karina Tommik.
För att bättre förstå dessa termiska förhållanden utvecklades en ny modell med hjälp av COMSOL Multiphysics. Modellen kopplar samman luftflöde och värmeöverföring för att simulera termiska förhållanden inuti kulverten. Den baseras på fältundersökningar och delar upp scenarier som representerar både oblockerade och snöblockerade kulvertar. Data om tjäldjup användes för att validera modellens gränsvillkor, som sedan användes för att genomföra en parametrisk studie om kulvertstorlekar och deras inverkan på tjäldjupet.
Slutsatsen av studien är att en icke-isotermisk flödesmodell effektivt kan fastställa termiska gränsvillkor i kulvertar och bedöma luftflödets inverkan på tjäldjupet. Förekomsten av luftflöde i kulverten under frysperioden leder till ökad frostpenetration, vilket ökar med större kulvertstorlekar. Ett tillräckligt tjockt snötäcke kan dock hindra ytterligare frostdjup.
Källa: Luleå tekniska universitet