Kontrola průhybu nových asfaltových vozovek deflektometrem FWD

Problémem posuzování únosnosti starých vozovek určených k opravě bývá nehomogenita daná proměnlivým složením i různým stupněm porušení konstrukčních vrstev vozovky. Teoretické předpoklady výpočtových metod (teorie pružnosti, isotropie, konstantní tloušťky vrstev, atd.) se odlišují od reálných vlastností a výsledné reologie zkoumaného prostředí. Parametr aktuální únosnosti zůstane vždy důležitým, ale z výše uvedených příčin nemůže zůstat jediným hodnotícím kritériem.

Obr. 1 – FWD CarlBro PRI2100

U vozovek nových a opravených se kontrolují standardními postupy vlastnosti vrstev i hotového díla. Použití deflektometru při kontrole vrstvy bylo zatím zavedeno jako další možnost ke statické zatěžovací zkoušce a lehké dynamické desce v TP162 pro recyklaci za studena na místě s použitím cementu a asfaltového pojiva. V tomto příspěvku se popisují přípravné práce ke zpracování předpisu pro kontrolu průhybu nových asfaltových vozovek deflektometrem FWD.

Obr. 2 – FWD Dynatest 8000

SROVNÁVACÍ MĚŘENÍ
Od 1. dubna 2004 nesmí být měřící zařízení (kromě FWD i pákový průhyboměr a deflektograf), která nevlastní oprávnění k měření průhybu vozovek pozemních komunikací k těmto účelům užívána. Cílem srovnávacích měření je ověřit, zda jednotlivá zařízení pro měření průhybů vozovek plní podmínky opakovatelnosti a reprodukovatelnosti, která jsou nastavena následovně:

kde: s_y je odchylka průhybu na každém snímači/nejméně v pěti bodech průhybové nebo příčinkové čáry od střední hodnoty průhybů naměřených nejméně třemi zařízeními stejného principu měření po vyloučení odlehlých hodnot (ČSN ISO 5725-2), _y je hodnota průhybu v mm v hodnoceném bodě průhybové nebo příčinkové čáry.

Tabulka 1 – Parametry průhybové čáry

Výsledky srovnávacích měření konstatovaly dobrou shodu v měřených průhybech, ale významné rozdíly v návrhu zesílení. Každý provozovatel FWD používá jiný systém pro vyhodnocení naměřených průhybových čar. Různé výpočtové programy se liší v systému modelování konstrukce vozovky, v počtu a druhu vstupních údajů pro zpětný výpočet, ve struktuře výstupních parametrů. Z důvodu ujednocení výpočtu tloušťky zesílení a zbytkové životnosti vozovky měl být zaveden jednotný software (zpětný výpočtový program) DG Laymed, který ovšem praktického rozšíření nedosáhl.

Obr. 3 – Ukázka dialogového okna vstupních dat programu LAYEPS – typ výpočtu 1 pro katalogovou
konstrukci D0-N-2-II a podloží PII.


Obr. 4 – Srovnání naměřené průhybové čáry s vypočtenými
pro danou konstrukci vozovky.

METODY VYHODNOCENÍ MĚŘENÝCH PRŮHYBŮ
Průhybová čára a její pořadnice v místech snímačů deflektometru vypovídají o výsledné odolnosti zkoušeného prostředí, tj. vrstevnaté ho poloprostoru vozovky a podloží. Je nepochybné, že nejvíce sofistikovaný postup při vyhodnocení je iterační metoda „zpětného výpočtu“. Vozovka se charakterizuje moduly pružnosti vrstev a podloží s cílem přiblížení naměřené a vypočtené průhybové čáry. Neshoda a případně i neporovnatelnost dílčích výsledků z různých FWD při srovnávacích měřeních ve spojení s téměř nemožnou detekcí příčin vedou k úvahám o zjednodušení vyhodnocení měřených průhybů. Způsoby vyhodnocení je možno rozdělit do několika okruhů.

Katalogová vozovka – D0-N-1 – TDZ – S

VYHODNOCENÍ MAXIMÁLNÍ NEBO JEDNÉ POŘADNICE PRŮHYBOVÉ ČÁRY
Průhyb naměřený v ose zatížení (Y1 nebo d₀) bývá u netuhých vozovek maximální pořadnicí průhybové čáry. Charakterizuje konstrukci vozovky jako celek, ovšem bez možnosti určení podílu jednotlivých vrstev na dosažené únosnosti. Upravuje se na vliv teploty, tlaku. Mezi vyhodnocení tohoto typu patří i vzorec pro stanovení rázových modulů pružnosti v ČSN 73 6192 a ekvivalentních modulů pružnosti. Přímý modul v ekvivalentní hloubce rovnající se vzdálenosti od středu zatížení se vypočte obdobně s užitím patřičné pořadnice průhybové čáry.

Katalogová vozovka – D0-N-1 – TDZ – I

STANOVENÍ PARAMETRŮ PRŮHYBOVÉ ČÁRY
V tabulce 1 se uvádí možné parametry, které lze jednoduchou transparentní metodou získat z naměřených průhybových čar. Nevýhodou je malé rozšíření v praxi a nenastavení mezních parametrů pro jednotlivé konstrukce vozovek.

HODNOCENÍ PRŮHYBOVÉ ČÁRY
Stanovit „srovnávací“ průhybovou čáru u porušených starých vozovek nemá smysl. Jiná situace je u nových konstrukcí. Výsledky výzkumného programu SHRP (Strategic Highway Research Program) prokázaly použitelnost FWD během výstavby při novostavbách, rekonstrukcích a zásadních opravách vozovek. Téměř všechny experimentální sekce netuhých i tuhých vozovek zahrnuté v podprogramu LTPP (Long Term Pavement Performance) byly podrobeny rázovým zkouškám na každé vrstvě a opakovaně na hotové vozovce. Průhyby lze odvozovat vliv téměř všech návrhových parametrů. Ne každá silniční správa může převzít a používat tak rozsáhlou databázi průhybových čar jako uživatelé LTPP, ale při nejasnostech okolo zpětných výpočtů může být práce s průhybovými čarami z FWD (systematické pořizování, definované hodnocení, archivace pro další využití, apod.) dočasným řešením.

ZPĚTNÉ VÝPOČTOVÉ PROGRAMY
Existuje mnoho tzv. „backcalculation“ programů (např. Elmod, Evercalc, Backlay, Canuv, Modulus, RoSy PMS, atd.). Pravděpodobně každý vlastník FWD je vybaven jedním z takových programů. Zásadní význam má pre- a postprocessing vstupních a výstupních dat, který zdaleka není sjednocen, nehledě na odlišnosti v samotném software. V EU není v současné době připravována jednotná metoda navrhování vozovek. Analogicky nelze očekávat ani rychlou harmonizaci v problematice zpětných výpočtových programů.

Katalogová vozovka – D0-N-1 – TDZ – II

KONTROLA PRŮHYBŮ PODLE STANOVENÝCH PRŮHYBOVÝCH ČAR
V českém předpise pro navrhování vozovek [10] lze postupovat podle Části A – Katalogu vozovek nebo Části B – Návrhové metody. Pro vlastní návrh vozovky bez katalogu se používají programy LAYMED a LAYEPS (typ výpočtu 3 a 4). Typ výpočtu 1 vypočte veličiny napětí, relativních přetvoření a průhybů v požadovaných výpočtových bodech. Jednotlivé vrstvy se definují modulem pružnosti, tloušťkou, Poissonovým číslem a případně spolupůsobením. Ukázka dialogového okna je na Obr.3. Účinek dynamického zatížení u FWD již není patrný ve větší hloubce než 3 m pod povrchem, kdežto výpočet je založen na principu superpozice stlačení podloží. Tento rozdíl lze vyrovnat snížením tloušťky podloží a vložením tuhé vrstvy v hloubce cca 3 m. Na Obr.4 je zobrazena červeně na konkrétní nově vybudované vozovce měřená průhybová čára a modře jsou vykresleny vypočtené s neomezeným podložím (vyp-np) a s podložím do hloubky 3 m na tuhé vrstvě o modulu 10 000 MPa (vyp-tv). Je zřejmé, že rozdíly na snímačích charakterizujících vlastnosti podloží nelze bez simulace „tuhé vrstvy“ akceptovat.
V připravovaném technickém předpise pro kontrolu únosnosti bude pro každou konstrukci vozovky uvedenou v [10] Část A – Katalog vozovek vypočtena průhybová čára (viz ukázka výše pro vozovky D0-N-1 a TDZ S, I a II). Pro konstrukce „nekatalogové“, případně i s nestandardními vrstvami se stanoví postup pro výpočet průhybové čáry. Speciální postup bude předepsán u opravených vozovek nebo pro kontrolu v průběhu výstavby. Průměrná hodnota průhybu měřená ve středu zatěžovací desky po přepočtu na jednotné zatížení a teplotu vozovky by měla být menší než vypočtená. Obdobně budou uvedeny srovnávací hodnoty rázových modulů pružnosti a další parametry odvozované z průhybové čáry, jako např. indexy křivosti nebo poměry pořadnic průhybové čáry. Dále se určí: požadavky na zkušební zařízení, lokalizaci míst k provedení rázových zkoušek, podmínky k provedení zkoušek (teplotní omezení, doba od dokončení vozovky), metoda statického vyhodnocení, oprava průhybových čar na srovnávací teplotu, oprava průhybů na jednotný tlak, vstupní parametry k výpočtu průhybových čar, test k porovnání očekávané a měřené průhybové čáry, test pro kontrolu homogenity únosnosti vozovky, atd.

ZÁVĚR
Současným trendem u asfaltových vozovek je zvýšení doby jejich životnosti. Rozšiřují se možnosti provádění funkčních zkoušek asfaltových úprav (tuhost, únava atd.) nejen v laboratorních podmínkách, ale také na staveništi. Deflektometry musí splňovat přísná kritéria a měřené průhyby mají velmi dobrou vazbu na většinu návrhových parametrů. Kontrolou vrstev při výstavbě lze odhalit případné nedostatky v provádění nebo potvrdit požadovanou kvalitu.V připravovaném technickém předpise bude stanoveno jak postupovat při kontrole nových vozovek pomocí FWD. Cílem není pouhé změření průhybů a kontrola prací. Zavedení databáze zkoušek na nových vozovkách může při systematickém vyhodnocování přispět ke zlepšení znalostí o navrhování, materiálech a především k predikci stavu po dobu životnosti a tím i k efektivnějšímu hospodaření s vozovkou.

Tento článek naleznete v časopisu SILNICE ŽELEZNICE 1/2008. Možnost předplatného ZDE.

Autor

• (red)