(Foto: Jan Tomas Espedal / Aftenposten / NTB Scanpix)
(Foto: Jan Tomas Espedal / Aftenposten / NTB Scanpix)

Telehiv og teleløsning:
Hvordan oppstår det og hva kan gjøres?

POPULÆRVITENSKAP: Våren er kommet, men vinterens kulde gir fortsatt noen etterdønninger. Ikke minst gjelder dette for vegene våre – hvem har ikke kjørt på veger med telehiv og på grusveger som kan være bløte og vanskelige i teleløsninga? Hva er årsakene til miseren, og hva kan vi gjøre for å unngå problemene?

Publisert

For å svare på dette må vi gå tilbake til høsten. Når gradestokken kryper under null, vil frosten begynne å trenge ned i bakken. Nedkjølinga skjer ved at den oppmagasinerte varmen gjennom sommerhalvåret strømmer opp mot overflata. Denne prosessen går imidlertid nokså sakte – faktisk er det stabil temperatur i 10-15 meter dybde. Årsaken er at årstidsvekslingene ikke er langvarige nok til at temperaturendringene kan trenge dypere ned.

Etter hvert som frosten trenger ned, vil vanninnholdet i jorda fryse. Når vann fryser, frigis store mengder med varme som gjør at frostnedtrengninga går saktere. Dette kan vi særlig se i torvmyrer der frosten sjelden går dypere ned enn noen få desimeter.

Telehiv på E6 i Trøndelag. (Foto: Knut Opeide / Statens vegvesen)
Telehiv på E6 i Trøndelag. (Foto: Knut Opeide / Statens vegvesen)

Hvorfor får vi telehiv?

Som kjent utvider vann seg med om lag 9 prosent når det fryser. Men hvor kommer alt vannet fra?

I et jordprofil er det i hovedsak to kilder til vann som skaper telehiv. Den ene kilden er det vannet som er til stede i jordmaterialet om høsten før frosten setter inn. Den andre kilden, og den er som regel den største, er at frostfronten har evnen til å trekke til seg vann fra underliggende lag. Det er kompliserte mekanismer som ligger bak dette fenomenet, men det kan kanskje best forstås som en uttørkingsprosess. Når vannet fryser, blir jordmaterialet «tørt» og får dermed en stor evne til å suge til seg vann fra de ennå ufrosne laga ved hjelp av kapillære krefter. Dermed får jorda et mye større vanninnhold, eller isinnhold om du vil, enn det som opprinnelig var til stede da frostsesongen startet.

Det vannet som var til stede i jordprofilet om høsten, vil øke sitt volum med ca. 9 prosent når det fryser. Vannet som trekkes opp til frostfronten, vil bidra med sitt eget volum med tillegg av utvidelsen på 9 prosent når det fryser. Derfor blir ofte dette siste bidraget det største. Til sammen utgjør disse to komponentene det totale telehivet.

For å få telehiv må vi ha frost og vi må ha vann. Men hva med egenskapene til jordmaterialet? Siden vi forutsetter at jordmaterialet kan holde på og suge opp vann kapillært, må jorda inneholde en del finstoff. I Norge regner vi gjerne at dersom det er mer enn 3 prosent materiale som er mindre enn 0,020 millimeter i korndiameter, så er materialet det vi kaller telefarlig – det vil si at det har evnen til å skape problemer både med telehiving og med oppbløting i teleløsninga. Andelen regnes av det materialet som er mindre enn 22,4 millimeter . Silt, som er en jordart med korndiameter i området 0,002-0,060 millimeter , regnes derfor som en meget telefarlig jordart. Grovere jordartsfraksjoner som sand og grus, vil ikke være telefarlige. Pussig nok er leire, som pr. definisjon har mer enn 30 prosent andel av korn mindre enn 0,002 millimeter , ikke like telefarlig som silt. Forklaringen er at leire er et veldig tett materiale, så selv om den har evnen til å skape et svært stort kapillært sug, så er evnen til å transportere vann begrenset.

De største telehivene kommer gjerne på slutten av frostsesongen. Årsaken til dette er at det tar litt tid for frosten å trenge ned gjennom vegen og til telefarlig undergrunn. I tillegg er gjerne vanntilgangen bedre jo dypere ned man kommer.

Ujevne telehiv – en klassisk problemstilling f.eks. ved stikkrenner – oppstår når det er variasjoner i materialbruk eller i vanntilgang. Da vil vegen få vesentlig større telehiv på ett bestemt sted enn bare noen få meter unna. Botemiddelet er gjerne å sørge for så jevne overganger fra ett materiale til det neste at det ujevne telehivet ikke merkes så godt. På tvers av vegen er gjerne telehivet størst på midten – dette kommer av at snøen på sidene har en viss isolerende effekt.

Teleløsning på fylkesveg i Budal, Trøndelag (Foto: Statens vegvesen)
Teleløsning på fylkesveg i Budal, Trøndelag (Foto: Statens vegvesen)

Når telen går

Når våren kommer med sol og varme, vil den frosne jorda begynne å tine. Jordvarmen i dybden under frostfronten vil også bidra her. Finstoffholdig materiale som tiner fra oversiden, vil få et veldig høyt vanninnhold fordi smeltevann fra isdanninga ikke har noe sted å gå siden drenasjen blir sperret av underliggende, frosne lag. Med mye vann til stede i finkornige jordarter, vil evnen vegen har til å bære last – bæreevnen – avta. Dette har sin årsak i at under et bilhjul vil trykket i vannfasen øke, noe som reduserer kontakttrykket mellom mineralkorna. Når dette kontaktrykket blir mindre, blir også friksjonen mellom korna mindre, og dermed greier ikke vegen å bære lasta fra bilene like godt som under tørre forhold. Resultatet blir at bilhjula synker dypere ned i vegen.

Hvordan skal vi unngå teleproblemer?

Som nevnt over, må vi ha frost, tilgang på vann og telefarlig jord for å få telehiv. Været kan vi ikke gjøre noe med, men vi kan isolere vegen slik at frosten ikke når ned i materialer som er telefarlige. Dette er også gjort noen steder, men vil noen ganger være en relativt kostbar løsning. Å hindre tilgangen på vann ved å sørge for god drenering er viktig, men erfaring tilsier at dette alene ikke vil løse teleproblemene. Vi står derfor igjen med å gjøre noe med det telefarlige materialet.

Det som er dagens praksis i store trekk, er derfor å fjerne telefarlig materiale i tilstrekkelig dybde og erstatte disse massene med materialer som har liten eller ingen telefare. De materialene vi benytter da, vil typisk være grovkornige, knuste bergmasser med moderate mengder finstoff. I Norge kan vi gå så dypt som ned til 2,4 meter regnet fra overflata av asfaltdekket for å unngå telehiv på de viktigste og mest trafikkerte vegene. Ved å bygge på denne måten, har vi i stor grad unngått problemer med tele i Norge, men det er ennå mange eldre veger som er bygd med til dels svært mangelfull frostsikring. I enkelte områder, som f.eks. på det indre Østlandet, er selv dybden på 2,4 m utilstrekkelig for helt å unngå telehiv. Det er likevel slik at telehivet blir noe begrenset på grunn av vekta av selve vegen.

Et paradoks når vi erstatter finkornige, telefarlige materialer med grovere, telesikre materialer er at frosten gjerne trenger dypere ned i grove materialer. Dels kommer dette av at varmeledningen (og dermed «kuldeledningen»!) går lettere gjennom «hel ved» som i større grad er tilgjengelig i form av større steiner i slike grovkornige materialer. Det største bidraget er likevel at vanninnholdet er lavere, og dette fører til at frostfronten trenger hurtigere ned siden det er mindre frysevarme som frigis. Men siden bæreevnen til grove materialer er vesentlig bedre, regner vi likevel at denne løsninga er god for funksjonen til vegen gjennom årstidene.

Som alternativ til å unngå telehiv, kunne man tenkt seg at man i stedet sørger for jevne telehiv. Dersom hele vegen hevet seg jevnt, ville det ikke vært noe problem, og vi kunne unngått kostbar frostsikring. I praksis er dette vanskelig å få til, grunnforholda og vanntilgangen kan være sterkt varierende, og det ville krevd omfattende undersøkelser og detaljert prosjektering for å få til dette. Anleggsteknisk ville dette også blitt komplisert og kostbart med varierende lagtykkelser over korte avstander. I beste fall kan denne måten å tenke på være ei løsning der telehivet er lite – erfaring tilsier at de ujevne telehivene blir større jo større de totale telehivene er.

Selv om det verden over, og også i Norge, forskes på frost og tele, så vil det også i uoverskuelig framtid være utfordringer knyttet til frostsikring og de ekstra kostnadene dette innebærer. I Statens vegvesen arbeider vi for tida med problemstillinger innen frost og telehiv i FoU-programmet «Analytisk dimensjonering av vegkonstruksjoner». Dette programmet ventes å være ferdig i 2022.

Vil du lese mer om telehiv og vegteknologi?

Statens vegvesen: Vegbygging. Håndbok N200. Vegdirektoratet, Oslo 2018.

Statens vegvesen: Lærebok vegteknologi. Rapport nr. 626. Vegdirektoratet, Trondheim 2016.