Cycle paths’ degradation processes and surface condition assessment

Abstract

A shift in modal share from car driving to cycling has many benefits, both
from individual- and societal perspectives, e.g., better health from an
increase in physical activity, lower levels of pollution and congestion.
However, there are also some potential problems with such a shift. Cyclists
have a higher risk of traffic incidents per travelled kilometre than car
drivers. This risk needs to be minimized for an optimal transition to more
cycling. A smooth surface with good friction on the cycle path is not only
important for the traffic safety of the cyclists but also for their comfort and
level of service. Potholes, cracks, and bumps are frequent obstructions on
the cycle paths. These are all maintenance-related deficiencies associated
with the degradation of the structure. In general, the knowledge on
degradation of roads is good, as there is a long tradition of investigation
into the degradation factors. Cycle paths, even though constructed with
similar materials and techniques as the roads, are however not designed in
the same way as roads, mainly since they will not be subjected to the same
traffic load. Thus, one purpose of this licentiate thesis is to identify
degradation factors specific for cycle paths, through a state-of-the-art
literature study. This literature review is complemented by two papers,
where Paper A analyses the distress found on Swedish municipal cycle
paths and Paper B evaluates a novel method for condition assessments on
cycle paths related to cycling comfort—the Bicycle Measurement Trailer.
The review and papers are meant to act as the basis for the general aim of
the PhD-project, namely, to develop more knowledge on the degradation
of cycle paths. This knowledge is needed to improve the structural design
approaches and maintenance strategies for cycle paths and to give
guidance for preventive measures to inhibit degradation.
A literature search in the national and international transport research
databases was conducted, along with consultations in guidelines and
handbooks on cycle infrastructure, in particular the official guidelines of
Trafikverket (the Swedish Transport Administration). Paper A is based on
a state-of-practice survey in the Swedish municipalities where the stated
distress modes and causes were analysed with respect to climatic and population data. The most common distress modes on municipal cycle
paths in Sweden from previous studies—cracks, surface unevenness and
edge deformation—were confirmed. The municipalities with main urban
areas with a population of 60,000–120,000 habitants stand out from the
general trend in that they seem to have less distress on their cycle paths.
Further investigations are needed to find the main reasons behind this. For
Paper B, field tests were conducted to establish the accuracy and
repeatability of the proposed condition assessment tool, and the collected
data was used to assess five different metrics for longitudinal evenness of
cycle paths. The Bicycle Measurement Trailer was found to be a promising
technique for condition assessment on cycle paths as it shows a high
accuracy when compared to the standardized road measuring system,
Road Surface Tester. The repeatability is also high. More studies are
however needed to evaluate its ability to detect different distress modes.
Such studies should proceed from the Evenness Coefficient metric.
The conclusions of the thesis suggest that the structural design principles
for cycle paths in present guidelines are insufficient for the optimization of
the construction of cycle paths. They appear to be an adaptation of the
structural design principles of low-traffic car roads rather than being
developed specifically for cycle paths. The empirical-based models to
calculate the estimated traffic load compared to the permitted traffic load
are not accurate for structures with thin asphalt pavements (<75mm).
Models that better describe the behaviour of thin asphalt structures,
especially with respect to climate, should be developed. It should also be
further investigated if the maximum load criterion is optimal with respect
to the heavy vehicles that exert this load. The risk of damage to the
structure from such extreme loads is at its highest when the load bearing
capacity of the structure is at its lowest, i.e., the spring thawing period.
More studies need to be conducted to determine the load bearing capacity
of cycle path structures with different runoff and drainage conditions in
this period of the year. The condition assessment manual Bära eller brista
should also be updated with a section on root infiltration of cycle paths.

Abstract (Swedish)

Att ersätta bilresor med cykelresor har många fördelar, både ur ett individ- och samhällsperspektiv, t.ex. bättre hälsa genom ökad fysisk aktivitet, lägre
nivåer av föroreningar och trängsel. Det finns dock vissa potentiella
problem med en sådan förändring. Cyklister löper exempelvis högre risk
för trafikolyckor per fordonskilometer än bilförare. Denna risk måste
minimeras för en optimal övergång till mer cykling. En slät yta, med god
friktion, på cykelbanan är inte bara viktig för cyklisternas trafiksäkerhet,
utan för deras komfort och framkomlighet. Potthål, sprickor och
ojämnheter är vanliga hinder på cykelvägarna. Dessa underhållsrelaterade
brister är direkt kopplade till nedbrytningen av cykelvägarna. Generellt
sett är kunskapen om nedbrytning av vägar god då det finns en lång
tradition av forskning kring nedbrytningsprocesserna. Cykelvägar, även
om de är byggda med liknande material och tekniker som vägarna, är dock
inte dimensionerade på samma sätt som vägar då de inte utsätts för samma
trafikbelastning. Ett syfte med denna licentiatuppsats är således att
identifiera nedbrytningsfaktorer som är specifika för cykelvägar. En ”stateof-the-art” litteraturstudie kompletteras av två artiklar, där Paper A
analyserar de skador som återfinns på svenska kommunala cykelvägar och
Paper B utvärderar en ny metod, Cykelmätvagnen, för
tillståndsbedömningar på cykelvägar, relaterat till cykelkomfort.
Litteraturstudien och artiklarna är tänkta att ligga till grund för
doktorandprojektets övergripande syfte, nämligen att utveckla mer
kunskap om cykelvägars nedbrytning. Denna kunskap behövs för att
förbättra de strukturella dimensioneringsprinciperna och
underhållsstrategierna för cykelvägar och ge vägledning för förebyggande
åtgärder som motverkar deras nedbrytning.
En litteratursökning har genomförts i de nationella och internationella
transportforskningsdatabaserna kring ämnet nedbrytning av cykelvägar,
tillsammans med råd i Riktlinjer och handböcker om cykelinfrastruktur,
särskilt Trafikverkets officiella riktlinjer. Paper A bygger på en
enkätundersökning om cykelvägars tillstånd i svenska kommuner där de
angivna skadorna och bakomliggande orsakerna analyserats med hänsyn till klimat- och befolkningsdata. De vanligaste skadetyperna på
kommunala cykelvägar i Sverige från tidigare studier – sprickor,
ytojämnheter och kantdeformation – bekräftades. Kommunerna med
huvudorter med en befolkning på 60 000–120 000 invånare skiljer sig från
den generella trenden genom att de verkar ha mindre skador på sina
cykelvägar. Ytterligare utredningar behövs för att hitta de huvudsakliga
orsakerna bakom detta. För Paper B utfördes fälttester för att fastställa
noggrannheten och repeterbarheten för det föreslagna mätsystemet, och
insamlade data användes för att beräkna fem olika mätvärden för
längsgående jämnhet av cykelvägar. Cykelmätvagnen visade sig vara en
lovande teknik för tillståndsbedömning på cykelvägar eftersom den
uppvisar en hög noggrannhet jämfört med det standardiserade
vägmätsystemet, Road Surface Tester. Repeterbarheten är också hög. Fler
studier behövs dock för att utvärdera dess förmåga att upptäcka olika
skador. Sådana studier bör utgå från jämnhetskoefficienten (Evenness
coefficient).
Slutsatserna från avhandlingen pekar på att de strukturella
dimensioneringsprinciperna för cykelvägar i nuvarande riktlinjer är
otillräckliga för en optimal konstruktion av cykelvägar. De förefaller vara
en anpassning av de strukturella dimensioneringsprinciperna för bilvägar
med låg trafik snarare än att ha utvecklats specifikt för cykelvägar. De
empiriskt baserade modellerna för att beräkna den uppskattade
trafikbelastningen jämfört med den tillåtna trafikbelastningen är inte
korrekta för konstruktioner med tunna asfaltbeläggningar (<75 mm).
Modeller som bättre beskriver beteendet hos tunna asfaltkonstruktioner,
särskilt med hänsyn till klimatet, bör utvecklas. Det bör också undersökas
ytterligare om maxlastkriteriet är optimalt med hänsyn till de tunga fordon
som ger denna last. Risken för skador på konstruktionen, från sådana
extrema belastningar, är som störst när konstruktionens bärförmåga är
som lägst, d.v.s. under tjällossningsperioden. Fler studier behövs därför för
att bestämma bärförmågan hos cykelvägskonstruktioner med olika
avrinnings- och dräneringsförhållanden under denna period av året.
Tillståndsbedömningsmanualen Bära eller brista bör också uppdateras
med ett avsnitt om rotinträngning på cykelvägar.

• author: Larsson, Martin
• supervisor: Sigurdur I. Erlingsson; Anna Niska
• alternative title: Cykelvägars nedbrytningsprocesser och tillståndsbedömning av vägytan
• publishing date: 2023-02-27
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Transport Systems and Logistics; Infrastructure Engineering
• keywords: Cykelvägar, nedbrytning, tillståndsbedömning, Cycle paths, degradation, surface condition assessment
• pages: 95 pages
• ISBN: 978-91-8040-510-2
• language: English
• LU publication?: no
• id: 9b4aa8a1-6c4d-4bd8-82d3-0dcb15f30c55
• alternative location: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1739248/FULLTEXT01.pdf
• date added to LUP: 2025-09-22 13:17:32
• date last changed: 2025-09-25 10:43:10