Tiepäällysteiden ylläpitostrategioiden vertailu simulointimallilla
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2011
Department
Major/Subject
Sovellettu matematiikka
Mcode
Mat-2
Degree programme
Language
fi
Pages
74
Series
Abstract
Increasing traffic volume and decreasing maintenance budget force road agencies to develop new strategies for the road maintenance. This thesis studies road pavement maintenance strategies by mathematical modeling. Modeling focuses on high traffic volume main roads where pavement rutting is the main reason for resurfacing. Rutting is an inhomogeneous phenomenon, so that rut depth may vary considerably within a road section even if the age of the pavement and traffic volume were the same. This thesis compares road pavement maintenance strategies on high traffic volume roads. One strategy is patching which means that worst rutted spots are patched to wait for the actual resurfacing. Another strategy is to increase maximum rut depth allowed on the roads. The aim is to decrease the maintenance cost by delaying the actual resurfacing. This thesis develops a new approach to the research of road pavement maintenance strategies. A simulation model is built to model rutting and pavement maintenance. Strategies are compared using the model without field tests on roads. A rutting model to produce realistic inhomogeneous rut depth profiles is developed for the simulation model. The strategies are converted to decision rules related to rut depth. The simulation model executes maintenance to a virtual road based on the decision rules. The model features a new condition-based criterion to stop the simulation run. This new criterion helps to provide more comparable information about the annual maintenance costs of different strategies than using a fixed number of simulation years. Strategies are compared based on the results from the simulation model which gives an extensive amount of information about the effects of different strategies. New methods and tools as well as new information about the effects of different strategies to the maintenance costs and pavement condition are obtained as the result of this thesis. Increasing the average rut depth of resurfacing sites by one millimeter generates average savings of about 10 percent in annual maintenance cost. About 15 percentage savings are reached by patching. Combination of patching and increased average rut depth generates about 20 percent savings. A disadvantage is that the service level experienced by road user decreases due to patches and increased rut depth. The results of this thesis can be used by the Finnish Transport Agency to update the maintenance policy and by road districts to support maintenance programming.Kasvavat liikennemäärät yhdistyneenä tienpidon vähentyneeseen rahoitukseen pakottavat soveltamaan uusia strategioita tiepäällysteiden ylläpitoon. Tässä työssä tutkitaan tiepäällysteiden ylläpitostrategioita matemaattisen mallintamisen keinoin. Mallinnuksen kohteena ovat vilkkaasti liikennöidyt tiet, joilla päällysteen uusimistarpeen aiheuttaa urautuminen eli ajourien syntyminen päällysteeseen. Urautuminen johtuu pääosin nastarenkaiden aiheuttamasta kulumisesta, ja se on epähomogeeninen ilmiö, eli urasyvyys saattaa vaihdella voimakkaasti jopa samaan aikaan päällystetyn ja yhtä vilkkaasti liikennöidyn tieosuuden sisällä. Tässä työssä vertaillaan vilkkaasti liikennöidyn tieverkon päällystysstrategioiden vaikutuksia. Eräs strategia on väliaikaispaikkaus, jolla tarkoitetaan pahimmin urautuneiden kohtien urien paikkaamista odottamaan varsinaista uudelleenpäällystystä. Toinen strategia on toimenpiderajojen nostaminen, jolloin tiellä sallitaan syvemmät urat ennen uudelleenpäällystystä. Molemmissa on tavoitteena ylläpitokustannusten pienentäminen päällysteen uusimista lykkäämällä. Päällysteiden ylläpitostrategioiden tutkimiseen sovelletaan uutta lähestymistapaa. Työssä rakennetaan simulointimalli, joka mallintaa urautuvan tien päällysteen ylläpitoa. Mallilla strategioita voidaan vertailla keskenään toteuttamatta toimenpiteitä todellisille teille. Simulointimallia varten kehitetään urauttamismalli, joka tuottaa todenmukaisia, epähomogeenisia uraprofiileja. Ylläpitostrategiat muokataan urasyvyyttä koskeviksi suoraviivaisiksi päätössäännöiksi, joiden perusteella malli valitsee päällystyskohteet. Simulointimalliin toteutetaan lopetusehdoksi kuntokriteeri, joka lopettaa simuloinnin määrättyyn keskimääräiseen urasyvyyteen. Kuntokriteerin avulla saadaan vertailukelpoisempaa tietoa strategioiden vuosikustannuksista kuin kiinteää simulointiaikaa käyttämällä. Strategioita vertaillaan keskenään simulointitulosten pohjalta, jolloin saadaan uutta monipuolista tietoa niiden vaikutuksista. Työ tuottaa uusia menetelmiä ja työkaluja infrastruktuurin ylläpidon mallinnukseen sekä uutta tietoa strategioiden vaikutuksista ylläpitokustannuksiin ja tiestön tilaan. Simulointitulosten perusteella voidaan todeta, että lisäämällä päällystyskohteiden keskimääräistä urasyvyyttä yhdellä millimetrillä voidaan saavuttaa keskimäärin noin 10 prosentin säästöt ylläpitokustannuksiin. Väliaikaispaikkauksella on mahdollista säästää noin 15 prosenttia, ja yhdistämällä väliaikaispaikkaus ja päällystyskohteiden urasyvyyden lisäys voidaan saada noin 20 prosentin säästöt. Haittapuolena on tienkäyttäjän kokeman palvelutason heikkeneminen paikkojen ja urasyvyyden kasvun myötä. Työn tuloksia voidaan hyödyntää toimintalinjojen päivittämisessä Liikennevirastossa, ja sitä kautta ne tukevat myös päällystysohjelmointia elinkeino-, liikenne- ja ympäristökeskuksissa.Description
Supervisor
Salo, AhtiThesis advisor
Mild, PekkaKeywords
modeling, mallintaminen, simulation, simulointi, maintenance strategy, ylläpitostrategia, road pavements, tiepäällysteet, rutting, urautuminen
