Tjäle - en litteraturstudie med särskilt fokus på tjällossning

• Denna forskningsrapport är en litteraturgenomgång av en del av allt som finns skrivet om tjälprocessen och de problem tjälen skapar. Rapportens övergripande fokus ligger till en början på att ge en överblick över tjälprocessen och presentera grunderna i denna. Efter hand glider fokus över mot tjällossningen och de problem som förknippas med tjällossning. En allmän presentation av frusen jord, jord med en temperatur under 0°C, och en överblick över tjälforskningens historia från år 1765 och Beskow till mer nutida forskningsrön presenteras allra först i rapporten. Jordens termiska egenskaper är essentiell för tjälprocessen och beskrivs med hjälp av begrepp såsom termisk konduktivitet (värmeledningstalet λ), värmekapacitet (c), termisk diffusivitet (α) och latent värme (L). Temperaturprofilen beskrivs i termer av geotermisk gradient, whiplashkurva och aktivt område. Med aktivt område menas det område som tinar respektive fryser i permafrost och säsongstjäle.Tjälnedträngningen som orsakas av negativa varaktiga temperaturer vid markytan beskrivs i rapporten. Negativa yttemperaturer skapar ett värmeflöde från marken. Marken kyls ned i och med värmeavgången och bildandet av islinser i jorden inleds. Vattentransporten till tjälfronten som påverkar bildandet av islinser är komplex och fenomenet är än inte helt utrett. De två huvudspåren kapillärt sug och att vattentransporten beror av fysisk-kemiska egenskaper hos jorden presenteras. Vattentransporten till islinsen sker via en vattenfilm av ofruset vatten, den ofrusna vattenkvoten betecknas wu. Den hydrauliska konduktiviteten minskar med negativa temperaturer på grund av att vattentransporten sker i den ofrusna delen av vattnet, och wu minskar med negativa temperaturer. Beräkning av tjäldjup presenteras genom en härledning av Stefans formel, en presentation av Stefans modifierade formel och en förklaring av köldmängdsbegreppet. Modifierad Stefans formel som tar hänsyn till jordens värmekapacitet presenteras också. Förutom lufttemperaturen bestäms tjäldjupet i en jordprofil främst av jordmaterialets värmetekniska egenskaper. Tjällyftning och bestämning av tjällyftets storlek med segregation potential theory behandlas. Fenomenet vid tjällossning beskrivs samt problemen vid tjällossningen presenteras. För bärighetsproblem vid tjällossningen är dräneringen av vägkonstruktionen kritisk eftersom de ökade portrycken innebär minskade effektivspänningar och minskad skjuvhållfasthet. Dräneringsförmågan inverkar främst om urtjälningshastigheten är hög, mycket is övergår till vatten på kort tid. Sättningar på grund av tjällossning styrs främst av mängden is i jorden. Tjälfarlighetsklassificeringssystemen använda i Sverige, Norge, Finland och USA beskrivs och en jämförelse mellan dessa görs. Två jordar klassificeras utifrån kornfördelningskurvorna, för en grusig sand ger ländernas system samma svar, ej tjälfarlig. Även för den andra jorden, en sandig siltig lermorän klassificeras jorden som tjälfarlig, dock i olika grad. Hur vägar påverkas av tjälnedtränging (höjd hållfasthet, lägre hydraulisk konduktivitet), tjällyftning och tjällossning (bärighetsminskning, tjälskott med mera) beskrivs. Vägverkets system för väderdata VViS presenteras. Med hjälp av väderdata kan modeller för införandet av lastrestriktioner skapas. CTI-fordon har fördelar vid bärighetsnedsättningar. Sverige använder enbart visuella observationer vid införandet av lastrestriktioner på grund av bärighetsnedsättningar vid tjällossning. Flera andra länder och stater i USA använder mer sofistikerade metoder. I Minnesota används väderdata i form av frys- (FI) och töindex (TI) tillsammans med en referenstemperatur för att förutse när lastrestriktioner bör införas. Kanske är "Minnesotamodellen" något för Sverige.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Geoteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Geotechnical Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

Soil Mechanics

Geoteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)