Skandinavien har en lång tradition att bygga vägar i asfalt framför att konstruera dem i betong. Examensarbetets syfte är att ta reda på om alternativet betong är mer lönsamt och miljövänligare ur ett livscykelperspektiv. Som jämförelse har en möjlig omläggning av Väg 97 i Norrbotten studerats. Programmen som använts för dimensionering och klimatanalys är PMS Objekt och Trafikverkets Klimatkalkyl. Rapporten har utrett hur beläggningsmaterialen asfalt och betong fungerar i ett subarktiskt klimat, där betongens styvhet kan vara en nackdel eftersom den är mer känslig för sprickbildning vid tjällyft i jämförelse med asfalt (men detta kan förändras om klimatet blir varmare). En fördel med betongen är dess livslängd på 40 år jämfört med asfaltens livslängd på 8 år. Asfalten behöver underhållas och bytas oftare samtidigt som kostnaden för bytet är mindre och enklare att genomföra jämfört med betongvägar. Därutöver har examensarbetet studerat tjälsprickor, hur de uppkommer, preventiva metoder och underhåll. Det sker även ett klargörs vad en Livscykelanalys är och hur den genomförs för att beräkna en teoretisk mängd koldioxid vid produktion av vägen. Resultatet har delats upp i tre fallstudier: tjällyft i PMS Object, handberäkningar av spänningar i betong och storlek på möjlig tjälspricka och CO2 som generas vid produktion av vägkropp i de två olika materialen. Betongen klarar av 20 mm tjällyft och det beräknas bli 6 mm medan asfalt klarar av upp till 50 mm och har en beräknat värde på 41 mm. Därutöver släpper asfalten bara 39 136 ton vilket är en mindre mängd än betongen. Asfalten vinner därför över betongen i det här fallet, men när vägarna blir mer trafikerade eller/och om tjälen blir mindre på grund av klimatförändringar kan detta förändras. En av de mest bidragande faktorerna till att asfalten vinner är att betongen klarar av mindre deformation på grund av sina styva egenskaper. När två fall studerades och jämfördes med betongens tryckhållfasthet klarades sig enbart det ena (spänningar på 10 kPa/m och 2,21 kPa/m uppstår i betongen på grund av temperaturskiftningar, detta jämfört med betongens tryckhållfasthet på 4,1 kPa/m). För det värsta fallet, där plattan beräknas spricka på mitten, har en teoretisk spricka beräknats till ca 0,3 mm. En felkälla vid dessa beräkningar är att det enbart tar hänsyn till 16 års tjällyft, trots att betongen är beräknad att ligga i 40 år. Vår rekommendation är därför att bygga vägen i asfalt eftersom det i dagsläget är för få trafikanter (<9000 ÅDT) och att beläggningen belastas av för mycket deformationer av temperaturskiftningar. Att betong även genererar mer koldioxid spelar även in, men vi misstänker att detta kan bero på att denna skillnad kan bero på för generella dimensioneringsprogram. Vi har resonerat kring möjliga merkostnader med att bygga med ett mer koldioxidgenererande material vilket kan orsaka stora kostnader för samhället på grund av dess inverkan på klimatförändringar i efterhand trots att den initiala kostnaden kan bli lägre. Dock är denna kostnad problematisk att beräkna på grund av många okända faktorer. Det som skulle vara intressant att studera vidare i framtida forskning är att med handberäkningar, alternativ skapa ett nytt program, som på ett mer rättvisande sätt kan beräkna de två olika materialen skillnader och styrkor. I dagsläget är det för många generaliseringar för att verkligen ställa de två materialen mot varandra. Däröver skulle det också vara intressant att se hur betong och asfalt kan användas tillsammans, i hybridvägar. Att till exempel använda asfalt på det generella vägnätet och betong i rondeller, korsningar, eller busshållplatser där belastningen på beläggningen är större (mer specifikt undersöka hur fogarna mellan dessa material skulle utformas). / Scandinavia has a long tradition of building roads in asphalt rather than constructing them in concrete. Therefore, this report's purpose is to find out which material would be more profitable in an environmentally perspective while building an extension of the regional Road 97 located in the subarctic county of Norrbotten. Software’s the industry use to design roads are, among others, PMS Object and Trafikverkets Klimatkalkyl. The report analyzes how asphalt and concrete differ in subarctic climate, and concludes that concrete has great disadvantage because it cannot deform sufficiently enough as needed to due to frost heaves, especially compared to asphalt. The concrete should last for 40 years compared with asphalts estimated lifespan of 8 years. This means that the asphalt needs a shorter maintenance plan and if something goes wrong in the production it’s not the same amount money wasted. The report concluded what frost cracks are, how they occur and are counteracted (during the construction phase and maintenance).  Furthermore it clarifies what a Life Cycle Analysis is and how it is implemented to calculate the amount of carbon dioxide in the production of a road. The result has been divided into three cases: 1. PMS Object Simulations of frost heaves, 2. hand calculations of tension in concrete resulting and the size of the formed frost cracks, 3. the amount of CO2 generated in the production. Those three cases gives the outcome that concrete has a frost heave capability of 20 mm and a calculated value of 6 mm thermal expansion while asphalt is able to handle 50 mm and have a calculated 41 mm expansion. The asphalt releases only 39 136 tons of CO2, which is less than the concrete. Asphalt therefore wins over the concrete, but the tables might turn if the roads get more traffic and frost heave reduces due to climate changes. The decisive factor in making asphalt the winner in this race is that the concrete can handle less deformation due to its stiffed properties.  In order to show this phenomena two cases were studied and compared to the standardized compressive strength of the concrete (4,1 kPa/m for C50); the worst case scenario ended up with 10 kPa/m (and would crack) and the normal case created a tension of 2.21 kPa/m. The crack of the worst case scenario has about a 0,3 mm theoretical crack width. A source of error in these calculations is that it only takes into account the 16 seasons of frost heaves, despite that the concrete is estimated to last for 40 years. Our recommendation is therefore to build the road in asphalt since the current traffic on the road is below 9000 AADT and the pavement is greatly affected by frost heaves. Concrete would also increase release more carbon dioxide during its production, but we suspect this may be because of insufficient amount of critical factors in the design software. We have discussed the possible additional costs of building the road with a material that generates high amount carbon dioxide, and studied the future costs for the society due to its impact on climate change. However, this cost is problematic to calculate due to its many unknown factors. It would be interesting to do further research and determine what hand calculations should be used, or alternatively, create a new program that can calculate the differences between the two materials more accurately. At present, there are too many generalizations that makes it nearly impossible to compare the two materials against each other. Moreover, it would also be interesting to see how concrete and asphalt can be used together, in hybrid roads. For example, using asphalt on the general road network and concrete in roundabouts, intersections, or bus stops where the load on the pavement can be greater (more specifically, examine how the joints between these materials should be designed).

There are various distresses arising from traffic loads and the surrounding environment to whichan asphalt pavement is subjected during its life span. The environment-associated damages aremore severe during winter when abundant moisture and freezing temperature are presentsimultaneously. Damage caused by frost heave is one of the important winter-related damagesresulting in severe cracks and bumpy road surfaces. Since the frost heave-induced cracks areusually wide, they can make the pavement more prone to other types of damage by leaving theopen space for water and moisture penetration. Simulating the response of the pavement whenit is subjected to frost heave is the aim of this licentiate thesis. Attaining this objective requirescoupling a frost heave model with a damage model representing the mechanistic behavior ofthe asphalt material. With regard to the brittle behavior of the asphalt at cold temperatures, aviscoelastic damage model for asphalt material is coupled with a thermomechanical frost heavemodel. The thermomechanical approach couples the physical processes involved in frost actioninside the soil. To elucidate more, in this method the thermal and mechanical fields are coupledby the porosity evolution function which implicitly takes into account the effect of the hydraulicfield. On the other hand, the continuum viscoelastic damage model for asphalt material isdeveloped within the infinitesimal strain context by applying the thermodynamical restrictionsof irreversible processes. The suggested framework was employed in different finite elementmodels to simulate damages caused by frost heave in asphalt pavements. The results indicatethat it predicts the damage distribution and evolution in the asphalt. Furthermore, it was shownthat the uneven frost heave and physical processes taking place in the soil during frost actionsuch as cryogenic suction force creation, porosity evolution, ice formation, etc., can also besimulated. / Det finns olika typer av påfrestningar som uppstår från trafikbelastningar och den omgivandemiljön som en asfaltbeläggning utsätts för under sin livslängd. De miljörelaterade skadorna ärallvarligare under vintern när fukt och kalla temperaturer är närvarande samtidigt. Skadororsakade av tjällyft är en av de allvarliga vinterrelaterade skadorna som resulterar i sprickor ochskadade vägsytor. Eftersom de tjällyftsinducerade sprickorna vanligtvis är breda kan de görabeläggningen mer utsatt för andra typer av skador genom vatten- och fuktinträngning. Syftetmed denna licentiatavhandling är att simulera beläggningens reaktion när den utsätts för tjällyft.För att uppnå detta mål krävs att en tjällyftsmodell kopplas till en skademodell somrepresenterar asfaltmaterialets mekanistiska beteende. När det gäller asfaltens spröda beteendevid kalla temperaturer, är en viskoelastisk skademodell för asfaltmaterial kopplad till entermomekanisk tjällyftsmodell. Det termomekaniska tillvägagångssättet kopplar de fysiskaprocesserna som är involverade i frostverkan inuti jorden. För att klarlägga detta mer, är determiska och mekaniska fälten kopplade med porositetsutvecklingsfunktionen som implicit tarhänsyn till effekten av det hydrauliska fältet. Å andra sidan är den kontinuumviskoelastiskaskademodellen för asfaltmaterial utvecklad inom det oändliga töjningssammanhanget genomatt tillämpa de termodynamiska begränsningarna av irreversibla processer. Det föreslagnaramverket användes i olika finita elementmodeller för att simulera skador orsakade av tjällyft iasfaltbeläggningar. Resultaten indikerar att den förutsäger skadefördelningen och utvecklingeni asfalten. Dessutom har det visat sig att det ojämna tjällyft och fysiska processer som äger rumi marken under frostpåverkan, såsom skapande av kryogen sugkraft, porositetsutveckling,isbildning, etc., också kan simuleras. / <p>QC 20221124</p>