Långtidsprestanda av permeabla vägytor: dränerande asfalt och gräsarmerad betong - Fältförsök -

Transkript

1 Långtidsprestanda av permeabla vägytor: dränerande asfalt och gräsarmerad betong - Fältförsök - Sökande Godecke Blecken, tekn dr., forskarassistent Stadens vattensystem, Inst. f samhällsbyggnad och naturresurser Luleå Tekniska Universitet Luleå Telefon , Mail godble@ltu.se För genomförandet av projektet Långtidsprestanda av permeabla vägytor har kr beviljats från Nordiskt vägforum. Sökanden tackar för stödet. 1 Bakgrund Dagvattenutsläpp från hårdgjorda ytor (t ex vägar, parkeringar mm) har under de senaste decennierna uppmärksammats som ett problem för recipienter. En hög andel hårdgjorda ytor medför en ökad direktavrinning vilket t ex ökar översvämningsrisken (risk för människorna) eller orsakar erosion mm. i recipienten (miljörisk). För att minska översvämningsrisken och recipientpåverkan av dagvattenutsläpp kommer en minskning av dagvattenflödena att få ökat betydelse. Olika tekniker har utvecklats för en hållbar dagvattenhantering, en av dessa är olika typer av infiltrationsanläggningar. En teknik som minimerar dagvattenflöden direkt vid källan (dvs direkt vid den hårdgjorda ytan) är permeabla ytbeläggningar på t ex vägar eller parkeringar. I Sverige används vanligtvis gräsarmerad betong och dränerande asfalt. Ytavrinningen och därmed dagvattenflödena minskas eftersom ytbeläggningen tillåter infiltration av dagvattnet genom dem gräsbevuxna öppningar i betongen eller genom porerna i asfalten samtidigt som stabiliteten av ytbeläggningen bibehålls. Trots att både dränerande betong och gräsarmerad betong används i ganska stor utsträckning i hela Sverige är en osäkerhetsfaktor deras långtidsprestanda. Igensättning av porerna med fina partiklar (sand, sediment mm) är ett vanligt förekommande problem På grund av de svenska klimatförhållandena är det ännu mera sannolikt att fina partiklar sätter igen de dränerande ytorna

2 eftersom det ofta används fin sand eller grus för halkbekämpning under vintern. Även vägslitage på grund av dubbdäck bidrar till bildandet av fint material som sätter igen porerna. Igensättning av dessa permeabla ytor betyder ett stort problem eftersom dessa vägar och parkeringar saknar dagvattenledningssystem. Vid kraftiga regn finns därför ingen möjlighet att kontrollerat avleda vattnet; översvämningsrisken är därför mycket stor. På grund av detta är underhållet av dränerande ytor av högsta betydelse både för att upprätthålla infiltrationen samt för att återskapa den i fall igensättning har skett. 2 Syfte Syftet med denna studie var att undersöka den hydrauliska långtidsprestandan av olika typer av permeabla ytbeläggningar (dränerande asfalt, gräsarmerad betong) som är olika gamla (mellan 25 år och nyproduktion). Dessutom har det undersökts om underhållsåtgärder som t ex vakuumsugning kan återskapa en tillräckligt bra infiltrationskapacitet. Figur: Permeabel asfalt, gräsarmerad betong, munksten 3 Metod Anläggningar Följande anläggningar med permeabla ytbeläggningar har undersökts: Dränerande asfalt i Luleå, en anläggning, 18 år gammal, regelbunden vakuumsugning, Dränerande asfalt i Haparanda, en anläggning, 24 år gammal, inga underhållsåtgärdar, Infiltrationsdiken i Växjö, 2 anläggningar, 9 och 14 år gamla, inga underhållsåtgärdar Gräsarmerad betong i Växjö, 6 anläggningar, 7-14 år gamla, inga underhållsåtgärdar Munksten i Växjö, 2 anläggningar, 1 och 6 år gamla, inga underhållsåtgärdar Munksten i Växjö, 1 anläggning, nybyggd, referensanläggning

3 Figur: Undersökta anläggningar: permeabel asfalt i Luleå, Infiltrationsdike i Växjö, Gräsarmerad betong i Växjö, munksten i Växjö. Asfalten i Luleå och Haparanda har undersökts i olika studier (Stenmark, 1995, Bäckström, 1999, Gyllefjord and Kangas, 1989). Detta möjliggör att jämföra de ursprungliga infiltrationskapaciteterna med de aktuella värdena. I Växjö har inga studier utförts förut. Dock möjliggör den nybyggda referensanläggningen att mäta den ursprungliga infiltrationskapaciteten av en ny anläggning. Efter mätningarna har de igensatta ytor i Luleå och Haparanda vakuumsugits. Hypotesen var att detta (åtminstone delvis) kan återskapa infiltrationsförmågan, vad som skulle möjliggöra fortsatt användning av dessa ytor. I Växjö kunde anläggningarna inte vakuumsugas pga brist på plats för maskiner. Infiltrationsmätningar På alla ytor har infiltrationskapaciteten mätts med dubbelring-infiltrometer. Med dessa kan på ett ganska enkelt sätt infiltrationskapaciteten mätas på plats. Fördelen med detta är att det inte är nödvändigt att såga ut provbitar för att mäta infiltrationskapaciteten. Därför kan t ex infiltrationen mätas på exakt samma plats före och efter vakuumsugning.

4 Figur 7: Dubbelring-infiltrometer Resultat Alla anläggningar visade en betydligt lägre infiltrationskapacitet än efter nybyggnationen. Vakuumsugningen kunde delsvist återskapa infiltrationskapaciteten av den 18 år gamla permeable asfalten, medans det inte påverkade infiltrationskapaciteten av den 24 åriga asfalten. Anläggning Ålder Infiltrationskapacitet mm/min Ursprunglig infiltrationskapacitet /referensvärde mm/min Infiltrationskapacitet efter underhåll mm/min Återkomsttid av ett regn som fortfarande kan infiltreras Infiltrations Gräsarmerad betong > > Munksten Permeabel asfalt * *** ** 0,1 0,0 -- *** *: Stenmark, C. (1995). An alternative road construction for stormwater management in cold climates. Water Sci. Technol., 32(1), **: Gyllefjord, A., and Kangas, J. (1989). Infiltrationsmätning på permeabel asfalt i labbmiljö, examensarbete, Luleå tekniska universitet. *** efter vakuumsugning Orsaken till den minskade infiltrationskapaciteten skiljer mellan anläggningarna:

5 o De permeabla asfalterna i Haparanda och Luleå saknar underhåll. I Haparanda används sand 0-6 mm för halkbekämpning under vintern; denna innehåller mycket fina fraktioner vilka bidrar till igensättningen. Detta är mest sannolikt huvudorsaken till att asfalten i praktiken var helt igensatt. I Luleå däremot används grus 4/8 mm utan finkorniga fraktioner för halkbekämpning. Den mindre fortskridna igensättningen i Luleå gjorde det möjligt att delvist återskapa infiltrationskapaciteten genom vakuumsugning. I Haparanda däremot ar det för sent. o I Växjö visade det sig att orsaken till de låga infiltrationskapaciteterna var att (1) fel fyllnadsmaterial används (0/8 mm i stället för 4/8 mm; dvs en högre andel fina fraktioner vilka minskar infiltrationskapaciteten) samt att (2) sediment från halkbekämpningen minskad infiltrationen ytterligare. Följande slutsatser kan dras från resultaten Trots delvist betydande igensättning kan en del av anläggningarna fortfarande infiltrera intensiva regn >5 år återkomstintervall. Vakuumsugning kan upprätthålla och (om igensättningen inte fortskridit för långt) återskapa infiltrationskapaciteten. Halkbekämpning ska ske så sällan som möjligt samt med material som inte innehåller fina fraktioner vilka leder till ökad igensättning. Kontroll av anläggningarna efter byggnationen. Detta har inte gjorts för de flesta anläggningarna i Växjö där fel material har används av entreprenören (mest sannolikt eftersom denne inte förstår att det var infiltrationsanläggningar utan vanliga grässtråk längs gatorna). Kostnadssammanställning Mätutrustning/annat material: Resekostnader Summa kr kr kr I ansökan har lönekostnader budgeterats. Lönekostnaderna för Godecke Blecken (handledning, projektledning) har dock finansierats av andra projekt. Eftersom fler resor till Växjö än planerat fick genomföras har däremot resekostnaderna varit högre än i budgeten. Publikationer Resultaten publiceras i två vetenskapliga artiklar: Al-Rubaei, A. M., Stenglein, A. L., Viklander, M., & Blecken, G. T. (2013). Long-term hydraulic performance of porous asphalt pavements in northern sweden. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(6), Al-Rubaei, A. M., Stenglein, A. L., Viklander, M., & Blecken, G. T. (submitted). Long-term hydraulic performance of stormwater infiltration systems. Submitted to Urban Water Journal. Revised with minor revision. Dessutom har resultaten presenterats på tre konferenser: 1. NordIWA Nordic waste water conference. November 2011, Helsingfors, Finland.

6 2. 7th International Conference on Water Sensitive Urban Design: Building the Water Sensitive Community. Feb 2012, Melbourne, Australien 3. NOVATECH conference. Juni 2013, Lyon, Frankrike. Resultaten ingår dessutom i Ahmed Al-Rubaeis doktorsavhandling.