Az ejtősúlyos behajlásmérésben rejlő lehetőségek korszerű pályaszerkezet diagnosztika Sik Csaba okleveles építőmérnök, laboratóriumvezető H-TPA Innovációs és Minőségvizsgáló Kft. Pályaszerkezet-vizsgáló Laboratórium 1 Előadás tartalma Nehézejtősúlyos berendezés által mért adatok alkalmazhatósága méretezéshez szabályozás FWD berendezés jellemzői (röviden) Behajlás teherbírás felületi modulus pályaszerkezet állapot (kötött nem kötött rétegek állapota, jellemzése) Állapotvizsgálat FWD-vel (pályaszerkezeti hibák feltárása FWD-vel) Összefoglalás 2
ÚT 2-1.202:2005 TERVEZTETÉSI Aszfaltburkolatú ÚTMUTATÓ útpályaszerkezetek Az országos méretezése közúthálózat és szolgáltatási megerősítése színvonalának megfeleltetése az EU 96/53/EK számú irányelvének a 2007-2015 közötti időszakban 2005, UKIG VI.: Technológia meghatározása és kapcsolódó felmérések fejezet: a behajlás-értékek meghatározását ( ) vagy kézi behajlásmérővel, vagy Lacroix deflektográffal kell elvégezni.!!! 3 ÚT 2-2.122 Útügyi Műszaki Előírás, illetve az ÚT 2-1.202:2005 Útügyi Műszaki Előírás 1. számú pótlapja Összefüggés a dinamikus és a statikus behajlás között 1,60 1,40 1,20 y = 1,1985x - 0,0826 R 2 = 0,9759 behajlás mm 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 s = 1,2* d 0-0,08 ahol: d 0 a korrigált tárcsaközépbehajlás [mm] 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 KUAB d mm 4
Átszámítás képletek idősora Dinamikus behajlásértékek átszámítása 6 5 4 átszámított statikus érték 3 2 1 1997 ("Boromissza: Aszfaltburkolatú útpályaszerkezetek. Méretezési praktikum" szerint) 2000 (ÚT 2-2.122 szerint) 2005 (ÚT 2-1.202 szerint) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5-1 dinamikus behajlásérték 5 Dinamikus-statikus eredmények félmerev szerkezeten 44 - es út Mért szakasz: 10+000-10+180 kmsz Billenőkar KUAB DYNATEST 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1. 3. 5. 7. 9. 11. Félmerev szerkezeten a 120 kn terhelőerő adta lehetőségek kihasználhatóak! 13. 15. 17. 19. 21. 23. 25. 27. 29. 31. 33. 35. 37. 6
Félmerev ap. szerkezet, FWD mérés gyakoriság 350 160 300 250 120 200 80 150 100 40 50 Hisztogram (jobb pálya, haladó sáv) sáv) dinamikus statikus s = 1,2 * d 0-0,08 120,00% 1,20 100,00% 1,00 80,00% 0,80 60,00% 0,60 40,00% 0,40 20,00% 0,20 0 0 0,00% 0,00 0,0000 0,0356 0,0094 0,0454 0,0188 0,0551 0,0281 0,0648 0,0745 0,0375 0,0843 0,0469 0,0940 0,0563 0,1037 0,0656 0,1134 0,0750 0,1232 0,0844 0,1329 0,0938 0,1426 0,1031 0,1523 0,1125 0,1621 0,1219 0,1718 7 Előadás tartalma Nehézejtősúlyos berendezés által mért adatok alkalmazhatósága méretezéshez szabályozás FWD berendezés jellemzői (röviden) Behajlás teherbírás felületi modulus pályaszerkezet állapot (kötött nem kötött rétegek állapota, jellemzése) Állapotvizsgálat FWD-vel (pályaszerkezeti hibák feltárása FWD-vel) Összefoglalás 8
Ejtősúlyos behajlásmérő berendezés (FWD) jellemzői 9 Dynatest FWD jellemzői Mérőberendezés alapparaméterei - Terhelési erő: 7-120 kn -Érzékelők: 9-15 darab behajlásmérő (geofon) 1 darab tárcsa alatti erőmérő cella 1 darab infravörös felületi hőmérsékletmérő - Terhelési idő: 25-30 ms - Tárcsa átmérője: 300 mm (szegmenses), 450 mm (merev) - Eredmény: behajlási (fél)teknő Kiegészítő berendezések - infravörös hőmérsékletmérő - automatikus levegőhőmérséklet mérő - távolságmérő egység DMI (Distance Measuring Unit) - mérési pontot megjelölő berendezés -GPS 10
Helyszíni mérőprogram adattartalma 11 Előadás tartalma Nehézejtősúlyos berendezés által mért adatok alkalmazhatósága méretezéshez szabályozás FWD berendezés jellemzői (röviden) Behajlás teherbírás felületi modulus pályaszerkezet állapot (kötött nem kötött rétegek állapota, jellemzése) Állapotvizsgálat FWD-vel (pályaszerkezeti hibák feltárása FWD-vel) Összefoglalás 12
Jellemző szenzorkiosztás pályaszerkezet függvényében változhat Terhelés: akár 120 kn! L akár 2,4 m (félmerev...) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 X=0 tárcsaközép X=200 X=300 X=450 X=600 X=900 X=1200 X=1500 X=1800 X=-200 X=-300 X=0 Y=300 X=0 Y=-300 13 FWD által rögzített behajlási (fél)teknő Geofonok távolsága változtatható, oldalra is elhelyezhetőek ellenőrzés! 14
a behajlás gyenge helyettesítője a teherbíróképességnek 3P σ z = ( 1+ v)( 3 2v) P ( 1+ v)( 3 2v) 2 ε z = d 2πz 2 z = 2π ze 2πz a Boussinesq féle egyenlet alapján is látható, hogy a behajlás fordítottan arányos a mélységgel, a feszültség és az általa létrehozott alakváltozás fordítottan arányos a mélység négyzetével E P 15 FWD mérés, a behajlási teknő paraméterei D0 tárcsaközép behajlás E0 felületi modulus E földmű földmű modulus Görbületi index SCI = d 0 d 300 (Felületi Görbületi Index, Surface Curvatore Index) BDI = d 300 d 600 (Alap Romlási Index, Base Damage Index) BCI = d 600 d 900 (Alap Görbületi Index, Base Curvatore Index) Területindexek Alaktényezők F1 = (d 0 -d 1 )/d 1 F2 = (d 1 -d 3 )/d 2 CBF = (d0-d1)/d0 16
Felületi görbületi index - SCI Behajlási görbe alakja, alaktényezői meghatározzák a pályaszerkezet jellemzőket (kötött nem kötött réteg jellemzőket) 17 E = Egyenértékű felületi modulus E0 f 2 ( 1 v ) d 0 σ a 0 E 35 F = (0) c d0 Dr. Adorjányi 18
A felületi modulusok a terhelő lemez tengelyében, z mélységben: E = 2 ( 1 v ) r d Felületi modulusok σ a 0 0 () r 2 19 Földmű modulus Minél jobban távolodunk a terhelés tengelyétől annál mélyebben fekvő rétegek E-modulusáról kapunk információkat! E (0) z = 2,62 F c d z e z Dr. Adorjányi 20
Hothan Schaefer féle felosztás kötött nem kötött (földmű) rétegek megfelelősége Felületi modulus EO r = p*a 2 *(1-µ 2 )/r*d r Curvature Basin Factor CBF r = (d 0 -d r )/d 0 EO 1200 =0,707*150 2 *(1-0,4 2 )/1200*d 1200 = 11,13525/d 1200 CBF 200 = (d 0 -d 200 )/d 0 EO 1200,határ = 40-60 N/mm 2 - változhat CBF 200,határ = 0,04*E0 0,4 1200 21 M5 autópálya felújítás példa a kötött nem kötött rétegek állapotváltozására 0,45 0,4 0,35 CBF(200) 0,3 0,25 0,2 0,15 meglevo hatar_meglevo megerositett megerositett_hatar 0,1 100 150 200 250 300 350 400 EO(1200) 22
Hátralévő élettartam számítása FWD mérések alapján A mechanikai méretezés konvenciói szerint a következő mértékadó igénybevételek határozhatóak meg: Aszfaltrétegek esetében az aszfaltréteg alsó szálában keletkező megnyúlás Hidraulikusan kötött rétegekben a réteg alsó szálában keletkező húzófeszültség Szemcsés rétegekben és a földműben a réteg tetején keletkező függőleges összenyomódás 23 logε a = -1.06755 + 0.56178logh 1 + 0.03233logd 1800 + 0.47462logSCI 300 + 1.15612logBDI 0.68266logBCI Ahol: ε a vízszintes megnyúlás az aszfaltréteg alján (μm/m) h 1 aszfaltréteg vastagsága (mm) d x mért behajlás x mm távolságra a tárcsaközéptől (μm) SCI 300 d 0 -d 300 (μm) BDI d 300 -d 600 (μm) BCI d 600 -d 900 (μm) Hátralévő élettartam számítása: εszámított / εmegengedett = [N/10 6 ] m Molenaar, Van Gurp összefüggés, modellkísérletek alapján 24
Előadás tartalma Nehézejtősúlyos berendezés által mért adatok alkalmazhatósága méretezéshez szabályozás FWD berendezés jellemzői (röviden) Behajlás teherbírás felületi modulus pályaszerkezet állapot (kötött nem kötött rétegek állapota, jellemzése) Állapotvizsgálat FWD-vel (pályaszerkezeti hibák feltárása FWD-vel) Összefoglalás 25 Esettanulmány Új építésű autópálya pályaszerkezet homogenitásának vizsgálata Műszaki specifikáció előírja - alaprétegen 26
Homogenitás vizsgálat MSZ 2509-4-1989 Lacroix mérőkocsival Eszköz alkalmassága Homogenitás kritérium megfelelősége. 27 Homogenitás vizsgálat új építésű autópálya burkolaton Lacroix féle kvázistatikus behajlásmérés 0,60 kumulatív szumma Lacroix-féle behajlásmérés 0,5 Érték (mm) 0,50 0,40 0,30 0,20 görgetett behajlás (mm) 73+040 73+058 73+077 73+095 73+114 73+133 0 73+040-0,5-1 -1,5-2 73+151-2,5 73+073 73+106 73+140 73+174 73+207 73+241 73+274 73+170 73+188 73+207 73+226 73+244 73+263 73+282 73+300 73+319 73+338 73+356 73+375 73+395 73+415 73+433 73+308 73+341 73+375 73+411 73+445 73+479 73+513 73+551 73+585 73+452 73+471 Km szelvény km szelvény 73+490 73+509 73+528 73+551 73+570 73+588 73+607 73+626 73+619 73+652 73+686 73+728 73+762 73+807 73+841 szélesítés 73+645 73+664 73+683 73+709 73+728 szélesítés Lineáris (szélesítés) 73+747 73+766 73+784 73+815 73+833 Átlag: 0,38 mm, s:0,048, ν: 0,127 látszólag homogén, de 28
Homogenitás vizsgálat új építésű autópálya burkolaton Dynatest FWD-vel végzett dinamikus behajlásmérés Dinamikus Kumulatív tárcsközép-behajlás szumma görgetett behajlás [mikron] behajlás [mm, 10-3 ] 0,60 0 73 73,1 73,2 73,3 73,4 73,5 73,6 73,7 73,8 73,9-500 0,50-1000 0,40 0,30-1500 0,20-2000 0,10-2500 szélesítés 0,00 szélesítés -3000 73 73,1 73,2 73,3 73,4 73,5 73,6 73,7 73,8 73,9 km km szelvény 29 Teknőparaméterek vizsgálata, mi okozza az inhomogenitást? Felületi BDI BCI görbületi értékek index változása változása 120 160 80 140 70 100 120 60 80 100 50 BCI SCI BDI 80 60 40 60 30 40 BDI_alapréteg SCI_alapréteg BCI_alapréteg BDI_kötőréteg SCI_kötőréteg BCI_kötőréteg BDI_kopóréteg SCI_kopóréteg BCI_kopóréteg 40 20 20 20 10 0 73,04 73,04 73,04 73,07 73,07 73,07 73,1 73,1 73,1 73,13 73,13 73,13 73,16 73,16 73,16 73,19 73,19 73,19 73,22 73,22 73,22 73,25 73,25 73,25 73,28 73,28 73,28 73,31 73,31 73,31 73,34 73,34 73,34 73,37 73,37 73,37 km sz. km sz. 73,4 73,4 73,4 73,43 73,43 73,43 73,46 73,46 73,46 73,49 73,49 73,49 73,52 73,52 73,52 73,55 73,55 73,55 73,58 73,58 73,58 73,61 73,61 73,61 73,64 73,64 73,64 73,67 73,67 73,67 73,7 73,7 73,7 73,73 73,73 73,73 73,76 73,76 73,76 73,79 73,79 73,79 30
Felületi modulusok értékelése E0 felületi modulus (d0) és d300-as modulus E0 felületi modulus (d0), d300-as és d450-es modulus 31 Hothan Schaefer féle felosztás új építésű autópálya burkolaton Kötött - nem kötött rétegek értékelése aszfalt alaprétegen mérve 0,400 0,350 0,300 CBF 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 73+550-73+810 0,000 73+000-73+550 100 120 140 160 180 200 220 240 260-0,050 E0_1200 CBF200_I CBF200_Határ_I. CBF200_II. CBF200_Határ_II. 32
Összefoglalás Statikus módszerekkel szemben a dinamikus teherbírásmérés során sokkal több információ áll rendelkezésünkre - teknőparaméterek Pályaszerkezet diagnosztika állapotváltozás nyomonkövetése (földmű és pályaszerkezeti rétegek is) Felületi modulus alapja lehet egy méretezési rendszernek (nem behajlás alapú, anyagtulajdonságok a fáradási összefüggések alapján figyelembe vehetők, alternatív szerkezetek összehasonlíthatóak ) Jól megválasztott teknőparatméter új építésű szerkezetek minősítő paramétere lehetne FWD mérés gyors, ismételhető, összehasonlítható, megbízható, költséghatékony 33 Köszönöm a figyelmet! E-mail: csaba.sik@tpaqi.com Web: www.htpa.hu Tel.: 00 36 30 677 0220 34