Full Scale testování konstrukcí či prvků dopravních staveb

• Foto

Zaměříme-li se na sféru zkoušení, testování, pak lze konstatovat, že zatímco zkoušky in-situ poskytují nejvěrnější výsledky pro posuzování zvolené/vybrané konstrukce (ovšem jediné, jedinečné), modelové zkoušky mohou naopak řešit vybranou širší škálu materiálů v různé míře modelové (ne)podobnosti, v závislosti na měřítku. V případě možnosti zvětšování měřítka lze naopak dojít až k měřítku 1 : 1, kde už se bude chování konstrukce blížit skutečnému chování konstrukcí a materiálů v reálných podmínkách. V tomto případě hovoříme o full scale testech.

Zkušební zřízení – Full Scale testování

Tak zvané full scale testy, zkoušky v plném měřítku je možno provádět v Laboratorním geotechnickém zkušebním poli (LGZP), které bylo vybudováno v Centru dopravního výzkumu v Brně. Zkoušky jsou prováděny v hale, v betonové jámě rozměrů cca 9 × 3 × 2,2 m, dělitelné podle potřeby až na 6 vodotěsných částí (nádrží) 3 × 1,5 × 2,2 m – viz obr. 1.

Konkrétní konstrukce, například souvrství konstrukčních vrstev silnice, (nebo např. konstrukce modelového svršku železnice – viz obr. 2), je zde budována podobnými mechanizmy jako v praxi. V našem případě např. s využitím UNC (nakladač, či podkopová lžíce) – viz obr. 3, hutnění vibrační deskou či pěchem. Zkoušenými materiály jsou pak materiály podloží (zejména málo únosného), tedy jíly, spraše a materiály podkladních vrstev (ŠD, ŠP různých zrnitostí a s různým obsahem jemných částic), mj. v návaznosti na jejich vlhkost rozhodující o únosnosti vrstvy či souvrství. Pro manipulaci s břemeny (mj. např. badie k naskladňování a vyskladňování materiálů) lze využít v celém prostoru haly mostového jeřábu.

Možnost odzkoušet nové materiály, ve vrstvách či souvrstvích, či speciální řešení prvků, zabudovávaných do zeminového prostředí (řešenou úlohou bylo např. zkoušení prostorové úpravy geosyntetik – v rámci programu Gama „Inovace…“ [1], nebo těsnění okolo potrubí kanalizace k zamezení propojení zvodnělých a těsněných prostorů, patřily mezi zkoušky, které bylo možno uskutečnit bez dalších zařízení.

Následně ovšem bylo pro povýšení možností využitelnosti LGZP, v rámci využití prostředků programu TAČR “Centra kompetence…“ [2], v návaznosti na výše popsané Laboratorní geotechnické zkušební pole, zbudováno unikátní zařízení pro cyklické zatěžování – Hydraulický systém testování (HST), s jehož využitím je možno řešit i další, na problémy praxe navazující úlohy.

Dále byl v návaznosti na pole/nádrže (6 polí LGZP) navržen, zprovozněn a zbudován (rovněž za podpory z programu Gama [1]) Systém řízení hladin vody (SŘHV), ovládaný pomocí speciálního SW, který umožňuje modelovat účinky působení vody v konstrukci, což je zásadní faktor ovlivňující únosnost konstrukčních vrstev vozovek a jejich životnost.

Různé konstrukce silnic (vozovek) či železnic lze pak podrobovat cyklickému zatížení až do 150 kN s frekvencí až 15 Hz, a to dle potřeby současně ve zvolených režimech zavodňování (simulace účinků vody v konstrukci), a to v celé ploše/objemu LGZP, či pro jednotlivé nádrže odděleně.

Hydraulic System Test a Systém řízení hladiny vody – prvky a parametry nových testovacích zařízení

Pomocí těchto zařízení lze vyšetřovat mimo jiné účinky cyklického zatěžování, např. dynamické účinky průjezdu vozidel na prvky konstrukce vozovek, nebo i úlohy z oblasti železnic, např. zatěžování prvků drážního tělesa (v konkrétní úloze byly realizovány zkoušky příčného odporu pražce). Dále uvádíme popis uvedených testovacích zařízení.

Hydraulický systém testování

• hydromotor pro cyklické zatěžování (viz obr. 4),
• podélný pojezd rámu po kolejnicích – ruční,
• příčný pojezd hydromotoru na pojízdném rámu – ruční.

Části a parametry zatěžování:

• hydraulický agregát,
• hydromotor (nominální síla 150 kN, pohon hydraulickým agregátem vzduchem chlazeným),
• zatěžovací deska (∅ 300 mm),
• počet zatěžovacích kmitů v řádu do 10 mil. cyklů s volbou pulzních tvarů,
• dynamika pro kmit v tlaku 0 – 120 kN při max. frekvenci 25 Hz.

Nastavování a řízení průběhu zkoušky:

• je zajišťováno prostřednictvím digitální řídicí elektroniky,
• operátorský počítač s nainstalovaným software pro sledování a řízení průběhu zkoušky,
• zpracování dat a jejich ukládání do databáze přes datovou síť.

Systém řízení hladiny vody

Systém řízení hladiny vody je založen na zavodňování či odvodňování nádrží ve zvoleném režimu pomocí měrných válců (viz obr. 5).

• řízený pomocí programovatelného komunikačního modulu,
• odlaďování SW, řízení speciálně zpracovaným programem pro PC,
• ovládací panel zkoušky a nastavení jednotlivých komponent,
• systém prvků měření, řídí činnost napouštěcích a vypouštěcích ventilů, ventilu hadice, průtokoměrů, tlakových senzorů.

Schéma zapojení prvků měření/řízení hladiny vody:

• řízení se provádí prostřednictvím dotykového panelu/obrazovky (viz obr. 6),
• schematicky se zobrazuje stav měřicích prvků a hodnoty jednotlivých měřených veličin pro všechny nádrže (spojení nádrží, množství vody v zemině, hadicový přítok, požadovaná výška hladiny, aktuální výška hladiny ve válci, výška hladiny v zemině, odtok z nádrží, propojení nádrží a stupeň zabezpečení).

Uvedeným komplexem zařízení, a to v podobě ful scalle testování, lze řešit celou škálu úloh z oboru dopravního stavitelství, a to jak výzkumného charakteru, tak problematiky, problémů z praxe i jako komerční zakázky.

ODKAZ NA SOUVISEJÍCÍ PROJEKTY:
[1] CDV PLUS – Dopravní VaV centrum reg. č. CZ.1.05/2.1.00/03.0064
[2] Gama – Vynálezy v dopravě TG01010086

Full Scale Testing of (Ground) Road and Railway Structures
Besides in-situ testing mostly related to building a structure, model tests are carried out as well. Among these, full scale testing has a special position. These are more accurate tests that are not affected by model (dis)similarities. They may be carried out in Laboratory Geotechnical Testing Field that was built in Transport Research Centre in Brno. Laboratory Geotechnical Testing Field is complemented with a hydraulic system of cyclic testing and a water level control system.

Autor

• Ing. Zedník Petr