A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
Assessment of three mitigation techniques for permafrost protection:Roads and airfields in the Arctic
Tilstedeværelsen og udbredelsen af permafrost er et vigtigt aspekt, som bør nøje overvejes i forbindelse med anlægsarbejder i arktiske egne. Opførelsen af et anlægsprojekt, som f.eks. veje og lufthavnsområder, vil ændre jordens termiske forhold, hvilket kan føre til optøning af den underliggende og/eller omkringliggende permafrost. Dette problem er i de seneste årtier blevet forstærket af den globale opvarmning, hvilket har medført betydelige klimaændringer i de arktiske egne. Opførelsen af en vejkasse vil ofte føre til en stigning i den årlige gennemsnits overfladetemperatur, hvilket vil resultere i en øget optøning af den underliggende permafrost og øge risikoen for sætningsskader i vejkassen. For at minimere mængden af sætningsskader er en række af forebyggende metoder blevet udviklet. Denne afhandling omhandler laboratorieundersøgelser og feltundersøgelser af tre metoder: konvektionskøling (air convection embankment), varme udtræk (heat drain) og reflekterende overflader (reflektive surfaces). Hovedformålet har været at undersøge de tre ovennævnte metoder, for at vurdere deres potentiale til at minimere problemerne med sætningsskader i vejkasser i områder med permafrost. To af de forebyggende teknikker, konvektionskøling (air convection embankment) og varme udtrækning (heat drain), er blevet testet for en mulig implementering i skulderkonstruktionen af vejkasser og lufthavnskonstruktioner. Begge metoder vil gøre det muligt for kold luft at trænge ind i bunden af konstruktionerne, mens varm luft vil blive presset ud i toppen. Resultaterne fra teststrækningen i Tasiujaq Lufthavn (Nunavik, Québec, Canada) har vist, at begge metoder reducerer den årlige gennemsnitstemperatur i bunden af landingsbanens skulder, hvilket vil minimere eller måske helt forhindre optøning af den underliggende permafrost. Georadarmetoden (GPR) er blevet anvendt til at undersøge effektiviteten af en reflekterende overflade og dennes indvirkning på dybden til frostspejlet gennem en hel tø-frys periode i Kangerlussuaq Lufthavn (Grønland). Resultaterne har vist, at brugen af en reflekterende overflade (i dette tilfælde hvid maling) vil reducere tykkelsen af aktivlaget og dermed forebygge optøning af permafrost under konstruktionen. Dette bør fremme interessen for udvikling og øget anvendelse af lysere belægningsmaterialer. ; The presence of permafrost is an important aspect in civil engineering in arctic regions. The construction of engineering structures, such as road and airfield embankments, will change the thermal regime of the ground, and may lead to permafrost degradation under or adjacent to such structures. This problem, has in the last decades, been amplified by the climate warming, which has been most evident in the arctic regions. The construction of a road embankment usually results in an increased mean annual surface temperature, which will increase the thawing of permafrost and expose the road embankment to thaw settlements. To avoid or at least minimize the damages caused by thaw settlements, different mitigation techniques have been developed. This thesis concerns laboratory tests and field studies of three mitigation techniques: air convection embankment, heat drain and reflective surfaces. The main objective has been to study the three above-mentioned techniques and evaluate their potential for minimizing the problems with thaw settlements in permafrost areas. The air convection embankment and heat drain techniques have been tested for the implementation in the shoulders of road and airfield embankments. Both methods will allow cold air to penetrate the embankment from the bottom, while warm air is dissipated at the top. The results from the test-site at Tasiujaq Airport (Nunavik, Québec, Canada) showed that both techniques will cause a decrease in the mean annual temperature at the sub-grade level, which will minimize permafrost degradation underneath the embankments. Ground Penetrating-Radar (GPR) has been used to study the effectiveness of the use of reflective surfaces on the depth of the frost table throughout a complete thaw-freeze season in Kangerlussuaq Airport (Greenland). The results showed that the use of a reflective surface (white paint) will reduce the thickness of the active layer and avoid permafrost degradation underneath the embankment. This should promote the interest in the development and use of light-colored asphalt pavement materials.
Assessment of three mitigation techniques for permafrost protection:Roads and airfields in the Arctic
Tilstedeværelsen og udbredelsen af permafrost er et vigtigt aspekt, som bør nøje overvejes i forbindelse med anlægsarbejder i arktiske egne. Opførelsen af et anlægsprojekt, som f.eks. veje og lufthavnsområder, vil ændre jordens termiske forhold, hvilket kan føre til optøning af den underliggende og/eller omkringliggende permafrost. Dette problem er i de seneste årtier blevet forstærket af den globale opvarmning, hvilket har medført betydelige klimaændringer i de arktiske egne. Opførelsen af en vejkasse vil ofte føre til en stigning i den årlige gennemsnits overfladetemperatur, hvilket vil resultere i en øget optøning af den underliggende permafrost og øge risikoen for sætningsskader i vejkassen. For at minimere mængden af sætningsskader er en række af forebyggende metoder blevet udviklet. Denne afhandling omhandler laboratorieundersøgelser og feltundersøgelser af tre metoder: konvektionskøling (air convection embankment), varme udtræk (heat drain) og reflekterende overflader (reflektive surfaces). Hovedformålet har været at undersøge de tre ovennævnte metoder, for at vurdere deres potentiale til at minimere problemerne med sætningsskader i vejkasser i områder med permafrost. To af de forebyggende teknikker, konvektionskøling (air convection embankment) og varme udtrækning (heat drain), er blevet testet for en mulig implementering i skulderkonstruktionen af vejkasser og lufthavnskonstruktioner. Begge metoder vil gøre det muligt for kold luft at trænge ind i bunden af konstruktionerne, mens varm luft vil blive presset ud i toppen. Resultaterne fra teststrækningen i Tasiujaq Lufthavn (Nunavik, Québec, Canada) har vist, at begge metoder reducerer den årlige gennemsnitstemperatur i bunden af landingsbanens skulder, hvilket vil minimere eller måske helt forhindre optøning af den underliggende permafrost. Georadarmetoden (GPR) er blevet anvendt til at undersøge effektiviteten af en reflekterende overflade og dennes indvirkning på dybden til frostspejlet gennem en hel tø-frys periode i Kangerlussuaq Lufthavn (Grønland). Resultaterne har vist, at brugen af en reflekterende overflade (i dette tilfælde hvid maling) vil reducere tykkelsen af aktivlaget og dermed forebygge optøning af permafrost under konstruktionen. Dette bør fremme interessen for udvikling og øget anvendelse af lysere belægningsmaterialer. ; The presence of permafrost is an important aspect in civil engineering in arctic regions. The construction of engineering structures, such as road and airfield embankments, will change the thermal regime of the ground, and may lead to permafrost degradation under or adjacent to such structures. This problem, has in the last decades, been amplified by the climate warming, which has been most evident in the arctic regions. The construction of a road embankment usually results in an increased mean annual surface temperature, which will increase the thawing of permafrost and expose the road embankment to thaw settlements. To avoid or at least minimize the damages caused by thaw settlements, different mitigation techniques have been developed. This thesis concerns laboratory tests and field studies of three mitigation techniques: air convection embankment, heat drain and reflective surfaces. The main objective has been to study the three above-mentioned techniques and evaluate their potential for minimizing the problems with thaw settlements in permafrost areas. The air convection embankment and heat drain techniques have been tested for the implementation in the shoulders of road and airfield embankments. Both methods will allow cold air to penetrate the embankment from the bottom, while warm air is dissipated at the top. The results from the test-site at Tasiujaq Airport (Nunavik, Québec, Canada) showed that both techniques will cause a decrease in the mean annual temperature at the sub-grade level, which will minimize permafrost degradation underneath the embankments. Ground Penetrating-Radar (GPR) has been used to study the effectiveness of the use of reflective surfaces on the depth of the frost table throughout a complete thaw-freeze season in Kangerlussuaq Airport (Greenland). The results showed that the use of a reflective surface (white paint) will reduce the thickness of the active layer and avoid permafrost degradation underneath the embankment. This should promote the interest in the development and use of light-colored asphalt pavement materials.
Assessment of three mitigation techniques for permafrost protection:Roads and airfields in the Arctic
Jørgensen, Anders Stuhr (author)
2009-05-01
Jørgensen , A S 2009 , Assessment of three mitigation techniques for permafrost protection : Roads and airfields in the Arctic . Technical University of Denmark , Kgs. Lyngby, Denmark .
Book
Electronic Resource
English
DDC:
621
NTIS | 1956
|Engineering Index Backfile | 1942
Climate Change Impacts to Arctic Airfields
ASCE | 2024
|Engineering Index Backfile | 1956
|British Library Conference Proceedings | 2006
|