Förkortad väglivslängd -Orsaker och kostnader Johan Granlund & Johan Lang Tanktransportdagen 2017-04-07
WSP expert vägteknik Krönikör Föreläsare Testförare Johan Granlund
Utredning om vägslitage från tunga lastbilsekipage Uppdragsgivare: Syfte: Öka förståelsen för orsaker till vägslitage. Mål: Klokare samhällsekonomisk bedömning. Utredning baserad på vetenskaplig metodik och praktiska insikter. Ursprunglig rapport 2016-05-23. Ny version, där kostnad för vägslitage delats upp per fordonstyp, daterad 2016-09-27. Publicerad på www.akeri.se
Innehåll Från vägslitage till beläggningens ålder samt förkortad väglivslängd. Förkortad väglivslängd p.g.a. trafiklast. Förkortad väglivslängd p.g.a. andra faktorer. Bruttovikter upp till 600 ton har inte skadat vägbanan. Fjärdepotensregeln anpassad för axel- och däckkonfiguration. Vägslitage från tung trafik kostar 0.91 Mdr/år. Referenskostnad för vägunderhåll: 0.11 kr/esal 10 *km. Resultat för 11 fordonskombinationer: 74-ton ekipage på välbyggd väg ger lägst vägslitagekostnad per ton*km. Vägslitaget vid fjärrtransport halveras om 40 tons EU-semitrailer bakom tvåaxlad dragbil byts mot 60-74 tons modulekipage. Viktigt vid beskattning av EU-semitrailerekipage! Vägslitaget från ekipage med axelgrupper är mycket lägre på rejält dimensionerade vägkonstruktioner, än på underdimensionerade vägar. Breddäck jämfört med tvillingdäck: Mängder av påståenden är FEL!
Från vägslitage till förkortad väglivslängd En väg som inte trafikeras är värdelös. Det är trafiknyttor som motiverar vägens existens. Vägen ska vara rätt dimensionerad, byggd och underhållen så att den inte slits onormalt snabbt av trafik och klimatpåkänningar. Vägslitage kan därmed ersättas med två mer relevanta begrepp: Vägbeläggningens ålder. Förkortad väglivslängd. Åldern är direkt proportionell mot normalt vägslitage. Fokus ska rimligtvis vara förebyggande av att vägbeläggningar behöver förnyas tidigare än normalt. Detta leder till nyckelbegreppet förkortad väglivslängd. Påstående: -De flesta orsaker till förkortad väglivslängd beror inte av trafiklast!
De flesta vägslitage-mekanismer beror inte av trafiklast Vägslitage innebär här "förkortad väglivslängd". Mekanismer som påverkar intervallet mellan beläggningunderhåll: A. Inte beroende av trafik: Underdimensionerad vägkonstruktion & fel valt vägmaterial. Byggfel av vägentreprenören. Felaktigt utfört underhåll av vägbeläggningen, ex. hoppat över planfräsning. Beläggningens bindemedel "åldrat" på grund av oxidation och ultraviolett ljus från solen. Det har blivit sprött och spricker, varvid stenar lossnar. Minskad bärighet på grund av otillräcklig dränering; tilltäppta diken osv. Guppiga deformationer på grund av tjäle eller sättningar i lös undergrund. Tjälsprickor, uppträder över hela vägbanan. Sprickor på grund av sättningar i lös undergrund, uppträder över hela vägbanan. B. Trafikberoende: Avnötning i hjulspåren från dubbade vinterdäck på personbilar. Permanent deformation i hjulspåren. Sprickbildning i hjulspåren; utmattning av gammal asfalt. C. Samverkan mellan A & B.
Separerad asfalt är vanligaste orsak till förkortad livslängd hos nylagd asfalt Det slarvas ofta vid tillverkning, lagring, transport, utläggning eller packning. Ett vanligt resultat är ett försvagat område mellan varje lastbilslass med asfaltmassa. Asfaltens livslängd förkortas från 20 år, ned till i värsta fall bara några enstaka år. "Vägslitage" inte orsakat av fordon! Förkortad väglivslängd är inbyggd redan från start. Ska någon annan än vägentreprenören betala för slarvet?
Vägslitage orsakat av bristande tjälsäkring Foto: J. Granlund Foto: J. Granlund
Vägslitage" på grund av olämpligt vägunderhåll Foto: O. Thelberg Vägkanten knäcktes, sedan vägren & dess sidostöd till vägen vårdslöst grävts bort vid dikesrensning utan markinlösen. Asfalt löses upp" fläckvis, sedan halkbekämpning med vintersand ersatts med vägsalt. Saltet skapar högt osmotiskt tryck i porösa asfaltlappar under vägytan. Dåligt packad justering av gamla deformationer förstörs av vägsaltet. Jfr E4 HögaKusten 1997-2001.
Nötning från dubbade vinterdäck på personbilar Foto: ROADEX Nötningsspår med spårvidd 1.56 m = personbilars spårvidd. Nötning kan förebyggas genom att tillverka slitlager av dubbtålig asfalt med ballast av bergarter med lika hög ritshårdhet som stål, t ex porfyr eller kvartsit. Obs: Dubbade vinterdäck på personbilar minskar olycksrisken även för lastbilar, genom retexturering av blanka ytor, dvs polerad eller blödande asfalt.
Tunga lastbilar sliter på 1/3 av motorvägens bredd Typsektion för svensk motorväg, enligt Trafikverkets anvisning för Vägars och Gators Utformning (VGU). Beprövad normalsektion för motorväg, enligt svenska BYA84 byggnadsteknisk anvisning, anno 1984. Det ordinarie körfältet - där de tunga lastbilarna kör - har tjockare bärlager av asfaltbundet grus (AG) än omkörningsfältet.
Gränser för vägslitage är satta för bilisters komfort Tung lastbilstrafik är hårt koncentrerad till högtrafikerade vägar. I Sverige sker 1/3 av lastbilstrafiken på välbyggda motorvägar, där lastbilarna trafikerar 1/3 av vägbredden. På dessa vägar är spårslitage från dubbade personbilsdäck den vanligaste trafikrelaterade orsaken till underhållsasfaltering. Gränsvärden för spårdjup är satt med hänsyn till bilisters känsla av säkerhet och komfort. Gränsvärdena för spår på högtrafikerade vägar är 13-18 mm, beroende på hastighetsgräns. Från lastbilstrafikens synvinkel, är det inte behov av renovering av asfalt vid ca 15 mm spårdjup. -Hur ska då kostnader för vägslitage fördelas rättvist mellan personbilar och tunga lastbilar?
Supertunga transporter redan på 1950-talet Under vattenkraftens utbyggnad kördes 180 tons transformatorer på Vattenfalls vagn, vilken drogs/sköts av tre fordon. Lastförmåga 200 t, tjänstevikt 80 t, fördelat på 16 axlar & 64 hjul => 4.4 t/hjul Transporterna skedde på asfalt, grusväg samt på vägar över svag myrmark. Innan transporterna förstärktes vägens bärförmåga, genom att bredda vägrenarna med 1 + 1 meter så att vägkanten fick stöttning i sidled. Transporterna gick bra. Inga bestående deformationer eller sprickor registrerades hos vägarna, se Odemark (1956).
Bruttovikter upp till 600 ton har inte skadat vägbanan Foto: Kraftdragarna Trafikverket har låtit laserskanna vägbanan före och efter supertunga dispenstransporter, ex.vis 600 ton från Horndal till Hedesunda. Hastighet lägre än vid normal lastbilstrafik. På avsnitt med undergrund av lösjord ger låg hastighet ökat porvattentryck och därmed ökar vägslitaget. Ändå har lasermätning inte registrerat vägslitage från transporter med upp till 600 ton bruttovikt på normalt byggda vägar. Lågt tryck mellan däck & väg!
AASHO-försöken 1958-1960 Provytorna lagades när de blev sönderkörda. 6 provbanor; många vägkonstruktioner. Från 25 mm till 354 mm ekvivalent asfalttjocklek (1 cm asfalt = 3 cm krossgrus). Medel 178 mm e.a., vilket motsvarar 80 mm asfalt på 300 mm obundet krossgrus. Tunnaste vägkropp i dagens BK1: 170 mm e.a. Alla lagningar i mars maj varje år: Vägens hållbarhet begränsad av tjäle och frys-/töcykler i vägkroppen och i undergrunden. Helt otrafikerad provbana Efter tjällossning nådde de trafikerade banorna full bärförmåga snabbare, samt gav lägre elastiska deflektioner, än den otrafikerade referensbanan. Vägkroppens bärförmåga mår sämre av att inte trafikeras, än av att vägen faktiskt används.
AASHO-försöken gav fjärdepotensregeln I utredningen har vi utgått från en version av fjärdepotensregeln som fastställts av danska Vejdirektoratet och använts i tiotals år för alla dispenstransporter. Denna beprövade version beaktar utöver axellaster även axel- och däckkonfigurationers inverkan på vägslitaget. ESAL 10 = Antal 10 tons standardaxlar för fordonet, i aktuellt hjulspår. P ij = Last [ton] per hjul på axel nr ij. n = antal axelgrupper hos ekipaget. m i = antal axlar i axelgrupp nr i. A i är en faktor som tar hänsyn till både antal axlar i axelgrupp nr i och avståndet mellan axlarna inom axelgruppen. B ij är en faktor som beaktar däckkonfigurationen på axel nr ij. C i är en faktor som beaktar typen av fjädringssystem hos axelgrupp nr i. D ij är en faktor som beaktar lufttrycket i däcken på axel nr ij.
Vägslitage från tung trafik kostar 0.91 Mdr/år Trafikverkets årsrapport genomfört vägunderhåll 2015 Delvis trafiklastberoende kostnadsposter: Underhåll belagd väg 3.42 Mdr. Underhåll grusvägar 0.35 Mdr. Åtgärdande av skador 0.27 Mdr. Avgår dubbdäcksslitage 0.40 Mdr. Netto: 3.64 Mdr/år Vägd andel tidsberoende kostnader (klimat, dränering mm) enligt Vägverket (2000): 75 %. Vägslitage från tung trafik därmed max 0.91 Mdr på statliga landsvägar.
Referenskostnad för vägunderhåll: 0.11 kr/esal 10 *km Data från Trafikverket ger referenskostnad för vägunderhåll p.g.a. lastbilar: Vägslitage från tung trafik på statliga vägar kostade år 2015 max 0.91 Mdr. Tunga fordon medför vägslitage motsvarande 1.3 st tiotons standardaxlar. Tunga lastbilar > 3.5 ton utför ett trafikarbete på ca 6.5 miljarder fordonskilometer på statliga vägar (Trafikverket, 2014). Referenskostnaden för tunga lastbilar generellt, är därmed 0.91*10 9 / (1.3*6.5*10 9 ) = 0.11 kr/esal 10 *km.
Vägslitage per lastbilstyp Undersökt 11 fordonskombinationer: 74-ton ekipage på välbyggd väg ger lägst vägslitage per ton. Vägslitaget vid viktbegränsad fjärrtransport halveras om 40 tons EUsemitrailer bakom tvåaxlad dragbil byts mot 60-74 tons modulekipage. Viktigt vid beskattning av EU-semitrailerekipage! Vägslitaget ökar kraftigt på underdimensionerade vägar, jämfört med på rejält dimensionerade vägkonstruktioner.
Axel-/boggilast viktigare än däckkonfiguration Inverkan på underhållskostnad för underdimensionerad väg Marginell skillnad i vägunderhåll mellan breddäck & pardäck, jämfört med olika axel-/boggilast.
Axel-/boggilast viktigare än däckkonfiguration (2) Inverkan på underhållskostnad för rätt dimensionerad väg På välbyggda vägar minskar den marginella skillnaden i vägunderhåll mellan breddäck & pardäck.
Ogrundad oro för tyngre lastbilar (1) Trafikverkets studie utgår felaktigt från antagandet att vägslitaget ökar med större högkapacitetsfordon (HCV), särskilt på svag länsväg. I verkligheten har de 4300 km svagaste länsvägarna nedsatt bärighetsklass (BK). 3575 km svaga vägar är i BK2, där max 51.4 t bruttovikt tillåts: Traditionellt ekipage med 7 axlar => 7.3 t/axel är referens. HCV med 9 axlar => 5.7 t/axel. HCV med 11 axlar => 4.7 t/axel. De 725 km allra svagaste vägarna är i BK3, där max 37.5 t tillåts: Traditionellt ekipage med 7 axlar => 5.4 t/axel är referens. HCV med 9 axlar => 4.2 t/axel. HCV med 11 axlar => 3.4 t/axel. HCV byggda för att fördela ut 74 ton till lågt marktryck ger radikalt lägre vägslitage på de länsvägar som har allra lägst bärighet (BK).
Ogrundad oro för tyngre lastbilar (2) Verkligheten är att HCV ger sänkt axellast på vägar även i såväl BK4 som BK1: Dagens 64 t på traditionellt ekipage med 7 axlar => 9.1 t/axel är referens. 74 (64) ton på HCV lastbil med släpvagn, 9 axlar => 8.2 (7.1) t/axel. 74 (64) ton på HCV dragbil m dubbeltrailer, 11 axlar => 6.7 (5.8) t/axel. TRV rapport behöver omarbetas att beakta axellaster enligt ovan. TRV bör verka för att åkarna köper 74 tons ekipage. 74 tons ekipage minskar såväl slitage i alla vägklasser, som kostnader och klimatutsläpp vid masstransporter för Trafikverkets egna byggen av vägar och järnvägar. Ett sätt för Trafikverket att stimulera investering i 74 tons ekipage, är att klassa upp fler vägar till 74 ton (BK4).
Enkelmonterade breddäck jämfört med tvillingdäck, Bakgrund, EU-projektet COST 334 I Europa domineras fjärrtransporterna fullständigt av EU-semitrailers med kort tvåaxlig dragbil. Breddäck slog igenom på 1980-talet. Detta sedan max bruttovikt för EU-semitrailerekipage höjts från 38 till 40 ton. Typfallet: Två st 10-tonsaxlar med parmonterade däck ersatt med tre st 8-tonsaxlar med enkelmonterade breddäck på semitrailern. Ett vanligt fel bland vägtekniker är att jämföra vägpåkänning från breddäck och parmonterade däck vid 10 ton axellast: -Breda däck bär regelmässigt 1-2 ton lägre axellast!
Enkelmonterade breddäck jämfört med tvillingdäck: Etablerad kunskap Lönsamhetsanalys för övergång från parmonterade däck till breddäck. Från Vos, Wide base tyres and heavy vehicles outlines of a cost/benefit analysis Enkelmonterade breddäck ger en rad fördelar vid fjärrtransport. Lägre rullmotstånd ger 2-5 % minskad drivmedelsförbrukning, samt lägre utsläpp av CO 2 & NOx. Minskad däckkostnad. Sänkt tjänstevikt. Enkelmonterade breddäck ger lägre ofjädrad massa: fordon byggs med 25 % mjukare dämpning (skonar förare, fordon och vägkropp), ökad lastkapacitet; färre lastbilar på vägen. Vissa fordon kan byggas med lägre tyngdpunkt och bredare effektiv spårvidd, vilket ger minskat antal livsfarliga vältolyckor.
Singelmonterade breddäck förebygger livsfarliga vältolyckor Lastbilschaufför var 2016 Sveriges dödligaste yrke. 24 % av alla som dog på jobbet var lastbilsförare. Hälften av förare som dött under körning, har vält. Mest vältbenäget är släp. Breddäck ger släpen ökad effektiv spårvidd. Ökad spårvidd ger ökad vältstabilitet. Breddäck ger rejält förbättrad vältstabilitet; +9.6 % verifierat av Volvo Lastvagnar. +9.6 % Volvo Engineering Report 664247
Enkelmonterade breddäck jämfört med tvillingdäck: -Etablerad kunskap (2) Enkelmonterade breddäck ger ökade påkänningar högt uppe i vägkroppen; i slitlager och bärlager. Vägskador förebyggs med ett skjuvtåligt bindlager typ ABb samt med s k gummiasfalt. Långt ned i vägkroppen, i förstärkningslager och undergrund avgörs påkänningarna i betydligt högre grad av axellast, än av däckens typ (St Venant s princip).
Enkelmonterade breddäck jämfört med tvillingdäck: -Etablerad kunskap (3) Studie av svenska ekipage, n = 447: -Över 1.3 kg/cm 2 tryckskillnad mellan inner- & ytterdäck hos vart 10:e par tvillingdäck! Josephsson & Svensson, Chalmers Olika tryck i inre & yttre däck Hjulspåret ojämnt i sidled Många dubbelmonterade hjul har ojämnt däcktryck; inre ventilen svår att nå. Vid dubbelmontage får yttre däcket vara blankslitet till dess korden syns. Samtidigt krävs 5 mm mönsterdjup på det inre däcket. TSFS 2009:19 Däck, 4. Detta ger systematisk skillnad i profilhöjd och därmed i marktryck. Körning med dubbelmonterade däck ökar vägslitaget på spårig & ojämn väg.
Rekommendationer för hållbara lågtrafikerade vägar Säkerställ att vägkroppen är väldränerad (rensa igensatta diken och vägtrummor, etc.). Förstärk vägkonstruktionen med mer bärlagergrus och tjockare beläggning. Reparera vägojämnheter (med upp till 30 m våglängd), så att lågfrekventa dynamiska belastningar förebyggs. Förhindra körning med alltför höga däcktryck.
WSP:s slutsatser om bästa däckkonfiguration -Begränsa inte åkarens möjlighet välja optimal däckkonfiguration! Gamla sanningar" från TFK:s rapport Optimalt däckval (1989) kvarstår. Vägtransporterna är koncentrerade till det högtrafikerade vägnätet som har tjock asfaltbeläggning. Där ger singelmonterade breddäck överlägset bäst samhällsekonomi. De flesta ekipage som trafikerar svaga lågtrafikerade vägar, kör övervägande på större välbyggda vägar. Restriktioner för breddäck innebär bristande helhetssyn.
Sammanfattning Från vägslitage till beläggningens ålder samt förkortad väglivslängd. Förkortad väglivslängd p.g.a. trafiklast. Förkortad väglivslängd p.g.a. andra faktorer. Bruttovikter upp till 600 ton har inte skadat vägbanan. Fjärdepotensregeln anpassad för axel- och däckkonfiguration. Referenskostnad för vägunderhåll: 0.11 kr/esal 10 *km. Resultat för 11 fordonskombinationer: 74-ton ekipage på välbyggd väg ger lägst vägslitagekostnad per ton*km. Vägslitaget vid fjärrtransport halveras om 40 tons EU-semitrailer bakom tvåaxlad dragbil byts mot 60-74 tons modulekipage. Viktigt vid beskattning av EU-semitrailerekipage! Vägslitaget från ekipage med axelgrupper är mycket lägre på rejält dimensionerade vägkonstruktioner, än på underdimensionerade vägar. Breddäck jämfört med tvillingdäck: Mängder av påståenden är FEL!
Till sist: Åkaren som blev extra glad över tvillingdäck Klokt utformade väg- & broräcken gör skillnad. Speciellt i trafikfarligt feldoserade ytterkurvor.
Fördjupningsbilder
Andel [%] av överlaster bland fordon med bruttovikt > 35 t Ett vanligt överlastproblem: -Höga axellaster. Resultat från vägning av tunga lastbilar, Weigh In Motion (WIM), på 14 svenska broar. Källa: Trafikverket, HVTT11
Hur man överlastar en lagligt lastad tvåaxlad dragbil: -Lossa gods från semitrailern! När gods längst bak lossas, ändras semitrailerns tyngdpunkt så att mer vikt belastar dragbilens drivaxel. Resultatet är olaglig axelöverlast. Lösningar: Kör med boggiaxlad dragbil, eller lasta om allt gods.
Ett utbrett problem: -Överlastad drivaxel på EU-trailers med tvåaxlad dragbil. Överlaster Ett dygns Weigh-In-Motion data för 5-axlade semitrailerekipage på E4 vid Mjölby. Källa: Trafikverket. Vägslitage från lastbilar kan beskrivas med Fjärdepotensregeln. Sambandet visar att en EU-trailerdragbil med 15 ton på drivaxeln orsakar lika mycket vägslitage som fem standardaxlar med 10 ton. Ett helt 74-tons ekipage ger under två standardaxlar. 74-tonnaren fraktar dessutom betydligt mer last.