Increasing reliability and availability demands on railway track assets and the sustainable development goal concerning climate impact challenge infrastructure managers to implement a decision-support system for selecting an optimal track solution from a life cycle perspective. Experience has shown that track condition deterioration caused by train loads is the primary reason a track asset ceases to provide the required reliability and availability. Previous research shows that existing track deterioration models consider load and other track deterioration factors, which vary from model to model. Moreover, the response of existing track forms, namely the ballasted and ballastless track, to applied loads under specific operating conditions varies. Another interesting aspect that motivated infrastructure managers to rethink and reconsider the use of new solutions is the evolution of the design of track systems during recent decades. This development has made the new generation track forms more economical, reliable and environmentally friendly. 

Considering these issues, an in-depth study of the long-term behaviour of the track and the impact of different factors on its deterioration is of great interest in the industry. The knowledge from such research is necessary for the development of a practical decision support system for selecting the optimal track solution among ballasted track solutions, ballastless track solutions and combined track solutions (CTS), which consist of both forms. To this end, the current study addresses the root cause and mechanisms of track deterioration, the diversity of track deterioration factors and how the impact of deterioration factors varies in different track solutions. Furthermore, this study examines the effect of several track design and maintenance factors on climate, which was not adequately addressed in previous research. 

The methodology used in this research includes both qualitative and quantitative approaches. In the qualitative approach, a literature review was carried out to identify and describe the factors that deteriorate the condition and the long-term behaviour of track solutions. Furthermore, a conceptual framework was developed as the first stage for developing a decision support model for the design and selection of optimal railway track solutions The quantitative approach includes a case study on the climate impact of alternative tunnel-based track solutions in a railway tunnel. The result of this study includes a comprehensive framework of track deterioration factors and a climate model for estimating the carbon footprint of track solutions in tunnels with specific design and operational parameters.

The findings from the literature review on track deterioration factors are as follows: 

•  the factors with the most significant impact on track behaviour, according to literature, include: (i) number of load cycles, (ii) axle load, (iii) loading frequency, (iv) ballast pressure, (v) dynamic properties of the vehicle, (vi) the wavelength and amplitude of differential settlement and the elastic modulus of the track support, (vii) distribution of the curve radii along the line, (viii) number of freezing and thawing of water in the track structure, (ix) expose to chemical reactions and (x) the amplitude of temperature changes,
• previous research has not adequately addressed the following deterioration factors:(i) the design of the track forms and (ii) the properties of the analyzed track subsystems and track components, (iii) the deterioration factor specific to CTS, namely the design, location and quantity of track transitions, (iv), the elastic modulus of track support and the amplitude and the wavelength of differential settlement in the track support are the factors that vary in their range depending on the track solution; these factors must be adapted to assess the track deterioration in combined track solutions. 

The findings from the case study on the evaluation of climate impact of competing track solutions in a railway tunnel are as follows:

• the life cycle carbon dioxide equivalent CO2 e emissions by a ballastless track are 10 % lower than that of the ballasted track for the track and tunnel design under consideration. 
• the primary driver of the total emission for both track form solutions is the emissions generated for the manufacturing of rails. 
• the second important emission factor for the ballasted track solution is the emission from the renewal of the track form during its life cycle and concrete manufacturing for the ballastless track solution. 

This research has developed a comprehensive conceptual framework for designing and selecting optimal rail track solutions. The development of the final decision support model, which integrates life cycle cost, climate impact and other relevant decision perspectives, is a future work of this study. Another study suggested in continuation of this research is the implementation of the decision support model for suggesting design specifications and requirements of optimal track forms. 

Järnvägen står inför ökade krav på tillförlitlighet, tillgänglighet och hållbarhet. Den som förvaltar järnvägen behöver därför hitta spårtekniska lösningar som verkligen håller – både sett till funktionen över tid och sett utifrån ett klimatperspektiv. 

I denna studie fördjupar jag mig i grundorsakerna och mekanismerna för spårnedbrytning och mångfalden av nedbrytningsfaktorer, och i hur dessa faktorer varierar i olika spårtekniska lösningar. Vidare undersöks de olika spårlösningarnas klimatpåverkan. Syftet är att bygga upp kunskapen om hur man väljer den optimala spårtekniska lösningen bland ballastspår, ballastfria spår och en blandning av de båda spårtyperna. 

Studien omfattar en kvalitativ litteraturstudie för att identifiera och beskriva de faktorer som försämrar spårets kondition och påverkar det långsiktiga beteendet hos olika spårlösningar. Den omfattar också en kvantitativ fallstudie om klimatpåverkan hos olika spårlösningar i en järnvägstunnel. 

Resultatet av litteraturstudien visar att de faktorer som har störst inverkan på spårets nedbrytning är:

1.      antal belastningscykler

2.      axellast

3.      belastningsfrekvens

4.      ballasttryck

5.      fordonets dynamiska egenskaper

6.      våglängden och amplituden för differentialsättning och elasticitetsmodulen av banunderbyggnad och undergrund

7.      fördelning av kurvradier längs linjen

8.      antal gånger som vatten fryser och tinar i spårstrukturen 

9.      utsättning för kemiska reaktioner

10. amplituden av temperaturförändringar.

Resultatet visar också att forskningen behöver undersöka andra nedbrytningsfaktorer närmare. Sådana faktorer är spårens design och egenskaperna hos spårdelssystemen och spårkomponenterna. Det är också de specifika faktorerna i blandade spårtekniska lösningar, nämligen utformningen, läge och mängd av spårövergångar. Även elasticitetsmodulen för stödjande struktur och amplituden och våglängden för differentiell sättning i banunderbyggnaden och undergrunden behöver undersökas närmare. Detta är faktorer som varierar i räckvidd beroende på spårlösningen, och de måste anpassas för att bedöma spårförsämringen i blandade spårtekniska lösningar. 

Utvärderingen av klimatpåverkan från alternativa spårtekniska lösningar visar följande:

• Växthusgasutsläppen under livscykeln är 10 procent lägre för det ballastfria spåret än för ballastspåret, den aktuella spår- och tunnelkonstruktionen.
• Den största utsläppsposten för båda spårtekniska lösningarna är de utsläpp som genereras för tillverkning av räls.
• För ballastspårlösningen är den andra största utsläppsposten utsläppen från renovering av spåret under dess livscykel. För den ballastfria spårlösningen är det utsläppen från betongtillverkningen.

Den här studien har resulterat i ett omfattande konceptuellt ramverk för att designa och välja optimala spårtekniska lösningar. Att utveckla den slutliga beslutsstödsmodellen, som integrerar livscykelkostnad, klimatpåverkan och andra relevanta beslutsperspektiv, är ett framtida arbete. En annan studie som föreslås i fortsättningen av denna forskning är implementeringen av beslutsstödsmodellen för att föreslå designspecifikationer och krav på optimala spårformer.