Professor Mahdi Kioumarsi er hovudrettleiar, og prosjektet vert gjennomført i samarbeid med Iowa State University og norske jernbanepartnarar. Midlane kjem frå Jernbanedirektoratet.
Kvifor UHPC-sviller?
Dagens tre- og betongsviller møter ofte utfordringar som tidleg nedbryting, slitasje under skinnefeste, utmattingssprekkar og frost/tine-skadar, problem som vert forsterka i kaldt klima med høg trafikkbelastning.
UHPC har svært høg trykk- og strekkfastleik, tett mikrostruktur og låg permeabilitet, og er særleg motstandskraftig mot mekanisk slitasje. Dette gjer materialet godt eigna for sviller som må tole gjentekne lastsyklusar, abrasjon i skinnefeste og tøffe miljøpåkjenningar.
Instituttleiar Yonas Zewdu Ayele seier at tildelinga frå Jernbanedirektoratet er ei stadfesting på at BE er i rett fagleg posisjon, i skjeringspunktet mellom materialteknologi, strukturell ingeniørvitskap og berekraftig infrastruktur.
– For instituttet inneber dette prosjektet meir enn ei ph.d.-stilling. Det markerer starten på ei målretta satsing innan jernbaneforsking og samarbeid med Jernbanedirektoratet og Bane NOR.
Professor Mahdi Kioumarsi og instituttleiar Yonas Zewdu Ayele legg vekt på at dette er praksisnær forsking nært knytt til behova i norsk jernbane. Foto: Olav-Johan Øye
Slik skal prosjektet gjennomførast
Prosjektet skal følgje ei stegvis løype frå laboratorium til felt:
- Materialutvikling og optimalisering (OsloMet): Utvikling og utveljing av UHPC-blandingar med eigna tilslag, bindemiddel og fiberløysingar, vurdert på støypeevne, styrke, svinn og permeabilitet.
- Haldbarheitstesting (OsloMet): Måling av vassopptak, kloridinntrenging, frost-/tineresistens og abrasjon, særleg ved slitasje under skinnefeste, der konvensjonelle sviller ofte sviktar.
- Fullskalatesting (Iowa State University): Produksjon og testing av UHPC-sviller under statisk og syklisk last for å dokumentere last–nedbøying, sprekkutvikling, deformasjonsevne, utmattingsmotstand, energidissipasjon og heft. Målretta FEM-modellering skal støtte tolkinga av testresultata.
- Livsløp, kost–nytte og berekraft (OsloMet): Samanlikning med konvensjonelle sviller når det gjeld produksjon, installasjon, forventa levetid, vedlikehald, utskiftingsintervall, kostnad og klimaavtrykk.
- Pilot i Noreg: Instrumenterte UHPC-sviller skal leggjast side om side med vanlege forspente betongsviller i utvalde parti av Ofotbanen–Malmbanen-korridoren, med om lag eitt års overvaking under reell tungtrafikk. Resultata vert omsette til implementeringsråd for sektoren.
– Prosjektet vil byggje opp spesialisert kompetanse innan UHPC-design og -optimalisering og miljøhaldbarheitstesting, det vil seie frost–tining, kloridinntrenging og abrasjon. Det byggjer òg kompetanse i finitt element-modellering av jernbanekomponentar og livsløpsanalyse, seier Ayele.
– Dette er kompetanse OsloMet i dag ikkje har i stor skala, og som vil kome heile fagmiljøet til gode.
Meir robuste sviller
Ein viktig gevinst ved prosjektet kan bli meir robuste sviller med redusert vedlikehaldsbehov, færre driftsavbrot og forlenga levetid under arktiske og subarktiske forhold.
Ei balansert livsløpsvurdering av UHPC-sviller og høgare materialintensitet i produksjonen kan vegast opp av lengre levetid og mindre vedlikehald.
Implementeringa vil omfatte praktiske retningsliner og tilrådingar for innfasing av UHPC-sviller i norsk jernbane.
Har mykje å seie for norsk jernbane
– Norsk jernbane står overfor ei dobbel utfordring: forelda infrastruktur og eit klima som er blant dei tøffaste i Europa for betongelement. Konvensjonelle sviller vert slitte, sprekk og må bytast ut ofte, dette gjev kostnader, driftsavbrot og utfordringar langs strategisk viktige godstrasear som Ofotbanen, seier Ayele.
– Eit UHPC-sviller-konsept som er vitskapleg validert under norske forhold, kan gje bransjen eit reelt alternativ med lengre levetid og lågare vedlikehaldsbehov.
– For OsloMet ligg dette i kjernen av samfunnsoppdraget: praksisnær forsking som løyser reelle utfordringar for offentleg sektor og infrastruktureigarar.
– At vi gjer dette i tett samarbeid med Jernbanedirektoratet, og at resultata er planlagt implementerte i norsk jernbane, gjer prosjektets samfunnsrelevans handgripeleg og dokumenterbar. Det er nettopp den typen bidrag OsloMet skal levere.
Internasjonal forankring
Prosjektet vert leia vitskapleg av OsloMet, med fullskala laboratorietestar ved Iowa State University, som er verdsleiande innan UHPC og fullskala konstruksjonstesting.
Samarbeidet byggjer vidare på internasjonale partnarskap etablert gjennom Net-Zero Future, eit prosjekt finansiert gjennom INTPART-programmet, som fremjar langsiktig forskings- og utdanningssamarbeid mellom OsloMet og internasjonale partnarar.
Den norske piloten vert gjennomført i tett dialog med Jernbanedirektoratet og relevante etats- og industripartnarar.
Professor Mahdi Kioumarsi understrekar at prosjektet er utvikla for å knyte saman avansert betongteknologi med dei praktiske behova i norsk jernbaneinfrastruktur.
Han peikar på at jernbanesviller i Noreg vert utsette for ein krevjande kombinasjon av frost–tine-syklusar, tung godstrafikk, abrasjon i skinnefestesonen og gjentekne dynamiske belastningar, noko som kan akselerere nedbrytinga av konvensjonelle svillesystem.
Gjennom samarbeidet med Iowa State University, som er internasjonalt anerkjend for si ekspertise innan UHPC og fullskala konstruksjonstesting, vil prosjektet kombinere materialoptimalisering, storskala statiske og sykliske testar, finitte element-analysar og feltmonitorering i Noreg.
Ifølgje Kioumarsi er ambisjonen å gå utover laboratorieutvikling og å etablere eit teknisk validert grunnlag for meir robuste, pålitelege og berekraftige jernbanekomponentar under norske driftsforhold.
Prosjektløp
Prosjektet er planlagt som eit fireårig ph.d.-løp med stegvis progresjon frå material- og haldbarheitstestar via fullskala verifikasjon til norsk pilot. Ein konsentrert forskingsperiode ved Iowa State University inngår i fullskalafasen.
Fakta om prosjektet
- Tittel: Design, fabrikasjon og fullskalatesting av UHPC-jernbanesviller
- Varigheit: 4 år, nærings-ph.d.
- Finansiering: 4 000 000 kroner frå Jernbanedirektoratet
- Hovudrettleiar: Professor Mahdi Kioumarsi
- Partnarar: OsloMet – material/haldbarheit, LCA, Iowa State University – fullskalatesting, norsk pilot i Ofotbanen–Malmbanen-korridoren
- Forventa leveransar: Optimalisert UHPC-blanding, validerte designanbefalingar, livsløps- og berekraftsanalyse, pilotdata og implementeringsrettleiing
