BADANIE NOŚNOŚCI NAWIERZCHNI DROGOWYCH METODĄ UGIĘĆ SPRĘŻYSTYCH

Transkrypt

1 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 1 GENERALNA DYREKCJA DRÓG KRAJOWYCH I AUTOSTRAD OGÓLNE SPECYFIKACJE TECHNICZNE D-??.??.?? BADANIE NOŚNOŚCI NAWIERZCHNI DROGOWYCH METODĄ UGIĘĆ SPRĘŻYSTYCH Warszawa 2012

2 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 2 SPIS TREŚCI 1. WSTĘP MATERIAŁY SPRZĘT TRANSPORT WYKONANIE POMIARÓW KONTROLA JAKOŚCI WYKONANIA POMIARÓW OBMIAR ROBÓT ODBIÓR ROBÓT PODSTAWA PŁATNOŚCI PRZEPISY ZWIĄZANE... 12

3 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 3 1. WSTĘP 1.1. Przedmiot OST Przedmiotem niniejszej ogólnej specyfikacji technicznej (OST) są wymagania dotyczące wykonania badań nośności nawierzchni drogowych podatnych i półsztywnych metodą ugięć sprężystych urządzeniem FWD [1] Zakres stosowania OST Ogólna specyfikacja techniczna (OST) stanowi obowiązującą podstawę opracowania szczegółowej specyfikacji technicznej (SST) stosowanej, jako dokument przetargowy i kontraktowy przy zlecaniu i realizacji robót na drogach krajowych w celu oceny jakości wykonanych robót. Zaleca się wykorzystanie OST przy zlecaniu robót na drogach wojewódzkich, powiatowych i gminnych Zakres prac objętych OST Ustalenia zawarte w niniejszej specyfikacji dotyczą zasad prowadzenia prac związanych z badaniami i oceną nośności nawierzchni drogowych podatnych i półsztywnych metodą pomiaru ugięć sprężystych urządzeniem FWD 1.4. Określenia podstawowe Nośność nawierzchni zdolność do przenoszenia obciążeń od ruchu drogowego bez wywołania nadmiernych ugięć nawierzchni, powodujących trwałe odkształcenia strukturalne lub inicjację spękań warstw asfaltowych lub związanych spoiwem hydraulicznym Aparat FWD ugięciomierz dynamiczny typu Falling Weight Deflectometer, w którym obciążenie testowe jest przekazywane na nawierzchnie w sposób udarowy, symulujący przejazd pojazdu ciężkiego Czasza ugięcia zestaw ugięć nawierzchni zarejestrowanych w centrum oraz w określonych odległościach od osi działania obciążenia testowego Ugięcie standaryzowane - ugięcie maksymalne czaszy ugięcia (w osi obciążenia) sprowadzone do standardowych warunków nacisku 50 kn na kołowej powierzchni o średnicy 30 cm przy temperaturze warstw bitumicznych 20 C, uwzględniające sezon i rodzaj materiału podbudowy Pomiar ugięć nawierzchni ustalony sposób pomiaru ugięć nawierzchni pod znanym obciążeniem, z zachowaniem wymagań, wynikających z instrukcji obsługi urządzenia pomiarowego oraz odpowiednich procedur pomiarowych Temperatura warstw asfaltowych T [ C] temperatura pakietu warstw asfaltowych mierzona w połowie jego grubości podczas pomiaru ugięć nawierzchni metodą FWD Pozostałe określenia podstawowe są zgodne z odpowiednimi polskimi normami i przepisami. 2. MATERIAŁY Nie dotyczy. 3. SPRZĘT

4 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych Opis ogólny Do wykonywania badań nośności nawierzchni drogowych należy stosować metodę pomiaru ugięć sprężystych z wykorzystaniem urządzenia FWD (Falling Weight Deflectometer). W wyniku działania obciążenia konstrukcja nawierzchni oraz podłoże ulegają odkształceniu sprężystemu na pewnym obszarze (czaszy ugięcia), którego wielkość jest zależna od wielkości obciążenia testowego oraz sztywności badanej konstrukcji. żródło W przypadku przeprowadzania oceny nośności opartej jedynie o ugięcie maksymalne w osi obciążenia lub podstawowych parametrów kształtu czaszy (rozstaw geofonów i zarejestrowane wartości ugięć) dopuszcza się stosowanie innej wiarygodnej metody równoważnej, pod warunkiem, że dysponuje się sprawdzoną zależnością korelacyjną umożliwiającą przeliczenie wyników pomiarów ugięć na wartości uzyskiwane aparatem FWD. Główne części zestawu FWD stanowią odpowiednio oznakowane w żółte światła ostrzegawcze pojazd holujący i przyczepa. Zestaw pomiarowy FWD składa się z następujących elementów: zespołu wywołującego obciążenia dynamiczne (obciążnik oraz płyta naciskowa), zespołu pomiarowego (belka z zestawem czujników ugięć, czujniki siły obciążającej, termometry, dystansomierz), zespołu sterująco - rejestrującego (procesor oraz komputer pokładowy). Odbiornika GNSS (system określania współrzędnych geograficznych)

5 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 5 Zespół wywołujący obciążenia oraz zespół pomiarowy najczęściej znajdują się na przyczepie pomiarowej ciągniętej przez pojazd holujący, w niektórych wersjach są one zintegrowane w jednym pojeździe. Generator obciążenia wytwarza w badanej nawierzchni impuls siłowy o zadanej wielkości. Jest to realizowane poprzez zrzut z określonej wysokości obciążnika o ustalonej masie na specjalnie amortyzowaną płytę naciskową opuszczoną na nawierzchnię. Przebieg czasowy oraz wielkość impulsu siłowego symulują obciążenie kołem pojazdu ciężkiego w ruch z prędkością km/h. Zadaniem zestawu czujników ugięć rozmieszczonych w ustalonych odstępach na specjalnej belce transportowej jest pomiar ugięć tworzących tzw. czaszę ugięcia nawierzchni. W czasie pomiaru rejestrowana jest także wielkość siły obciążającej oraz temperatura powietrza, powierzchni jezdni i pakietu warstw asfaltowych 3.2 Wymagania Siła obciążająca Standardowa wielkość siły obciążającej powinna wynosić 50 ± 5 kn, co odpowiada naprężeniu w nawierzchni bezpośrednio pod płytą średnicy 300 mm (ciśnieniu kontaktowemu) równemu 707,36 ± kpa. Charakterystyka obciążenia: czas przyrostu siły (pomiędzy rozpoczęciem cyklu obciążenia a jego maksimum): 5-30 ms czas trwania impulsu (szerokość podstawy wykresu obciążenia) ms Czujnik siły Charakterystyka: minimalna rozdzielczość odczytu: 0.1 kn minimalna dokładność pomiaru: 0.5 % pełnego zakresu skali lub 2 % odczytu minimalna powtarzalność pomiaru: ± 0.1 % pełnego zakresu skali Płyta naciskowa Płyta naciskowa służy do przekazania impulsu obciążenia na nawierzchnię. W zależności od typu nawierzchni, przyjętych metod projektowania lub dla celów badawczych stosowane są płyty różniące się budowa i wielkością. Średnica kołowej płyty naciskowej powinna wynosić 300 mm. Należy zapewnić możliwie najlepszy kontakt płyty z nawierzchnią 3.3 Wymagania dotyczące czujników ugięć W zależności od marki FWD stosowane są trzy rodzaje czujników ugięć: geofony, akcelerometry oraz sejsmometry. W większości produkowanych obecnie urządzeń stosowane są geofony.

6 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 6 Liczba i rozstaw czujników ugięć W celu określenia kształtu pełnej czaszy ugięcia urządzenie FWD powinno być wyposażone w co najmniej 7 czujników ugięć. Im więcej czujników będzie użytych w pomiarze, tym kształt czaszy ugięcia będzie wierniej odtworzony. Zalecane jest stosowanie takiej liczby czujników, aby podczas badania nie było potrzeby zmiany ich pozycji w zależności od rodzaju i stanu nośności nawierzchni. Zalecane rozmieszczenie 7 czujników przedstawia się następująco: mm od punktu obciążenia. Charakterystyka czujników ugięć: minimalna rozdzielczość odczytu: 1 µm maksymalny zakres pomiaru: 2000 µm minimalna dokładność pomiaru: ± 2 % odczytu lub ± 2 µm minimalna powtarzalność pomiaru: ± 2 µm + 1% odczytu 3.4 Wymagania dodatkowe Pomiar temperatury warstwy asfaltowej Minimalna rozdzielczość odczytu: 0.5 o C Minimalna dokładność pomiaru: ± 1.0 o C w zakresie od -10 do + 50 o C Pomiar odległości Minimalna rozdzielczość odczytu: 1.0 m Minimalna dokładność pomiaru: ± 0.5 % mierzonego dystansu 3.5. Wymagania dot. homologacji i kalibracji aparatu FWD Do wykonywania pomiarów ugięć może być wykorzystane tylko to urządzenie pomiarowe, które posiada aktualną homologację potwierdzającą, że spełnia odpowiednie wymogi jakościowe i wydajnościowe. Dotyczy to zarówno zestawu pomiarowego FWD, jak i innej metody równoważnej. Potwierdzeniem aktualności homologacji jest ważny certyfikat homologacyjny, lub w przypadku, gdy certyfikat został wydany wcześniej niż na siedem miesięcy przed datą rozpoczęcia pomiarów, ważne zaświadczenie kontrolnego badania homologacyjnego [2]. Do wydawania certyfikatu i zaświadczenia homologacyjnego uprawniona jest jednostka homologująca, dysponująca odpowiednią referencyjną aparaturą pomiarową. Przed wykonaniem badań urządzenie pomiarowe musi być przygotowane i skalibrowane zgodnie z zaleceniami producenta. 4 TRANSPORT Nie dotyczy.

7 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 7 5.Wykonanie robót Nie dotyczy 6. KONTROLA JAKOŚCI ROBÓT 6.1 WYKONANIE POMIARÓW Ekipa pomiarowa Zaleca się, aby ekipa pomiarowa zestawu FWD składała się z kierowcy oraz operatora sprzętu Dopuszcza się zmniejszenie ekipy pomiarowej do jednej osoby pełniącej jednocześnie funkcję operatora - kierowcy. Operator FWD powinien być odpowiednio przeszkolony i posiadać ważny certyfikat wydany przez uprawnioną jednostkę. Proces pomiaru ugięć nawierzchni jest wykonywany automatyczne. Operator przy pomocy dodatkowych urządzeń (dystansomierz, kamera) dokonuje wyboru miejsca oraz kontroluje przebieg procesu pomiarowego. Urządzenie FWD jest sterowane przez procesor pokładowy, a poprawność wyników uzyskiwanych w trakcie pomiarów kontrolowana jest na bieżąco przez program sterujący zainstalowany na komputerze pomiarowym. Operator ma obowiązek rejestrowania szczególnych zdarzeń występujących na badanym odcinku (lokalizacji przepustów itp.) Dane dla operatora wymagane przed rozpoczęciem pomiarów lokalizacja i długość badanego odcinka drogi typ nawierzchni drogi (podatna, półsztywna) grubość warstw asfaltowych program badań 6.2. Procedura pomiaru Częstotliwość oraz zakres badań Pomiary ugięć nawierzchni należy wykonywać w śladzie prawego koła. Należy zwracać uwagę, aby podczas zrzutu płyta naciskowa dokładnie przylegała do nawierzchni. Pomiary należy wykonywać na każdym pasie ruchu, pasie awaryjnym i poboczu utwardzonym

8 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 8 Pomiar ugięć wykonywany jest punktowo, przy zatrzymanym pojeździe z jednoczesną rejestracją dystansu. Przy badaniach odbiorczych zaleca się przyjmowanie odległości pomiędzy punktami zrzutu nie mniejszej niż 50 m, przy czym minimalna liczba punktów pomiaru na badanym odcinku (pododcinku jednorodnym) nie powinna być mniejsza od 12 [3] Warunki prowadzenia pomiaru Średnia temperatura pakietu warstw asfaltowych w trakcie wykonywania pomiaru ugięć nawierzchni powinna zawierać się w przedziale od 5 C do 25 C [2]. Temperaturę należy mierzyć w połowie grubości pakietu warstw asfaltowych, w otworze zalanym cieczą zapewniającą dobry kontakt termiczny (olej, gliceryna) po ustabilizowaniu temperatury w otworze. Pomiar temperatury należy przeprowadzić na początku oraz końcu serii pomiarów FWD. W przypadku zmian temperatury powietrza o więcej niż 5 C lub czasu trwania pomiarów przekraczającego 4 godziny, należy wykonać dodatkowy pomiaru temperatury. We wszystkich punktach pomiaru FWD należy rejestrować temperaturę powietrza oraz temperaturę powierzchni jezdni. Na nawierzchni w miejscu pomiaru FWD nie powinna znajdować się stojąca woda, a podłoże gruntowe nie może być zamarznięte Liczba zrzutów W każdym punkcie pomiarowym badanego odcinka drogi należy stosować jednakową sekwencję pomiarową składającą się z technicznego zrzutu osadzającego płytę oraz dwóch zrzutów z odczytem ugięć. W celu zwiększenia dokładności pomiaru zaleca się prowadzenie automatycznej kontroli wartości mierzonych podczas każdego zrzutu w zakresie: monotoniczności wykresu czaszy ugięcia (czy ugięcia maleją wraz ze wzrostem odległości), różnicy odczytów ugięć pomiędzy kolejnymi zrzutami (np. tolerancja ± 5m lub ± 5% odczytu), różnicy odczytów siły obciążającej pomiędzy kolejnymi zrzutami (np. tolerancja ± 5 kn lub ± 5% odczytu) Jeżeli kontrola da wynik negatywny, należy powtórzyć sekwencję pomiarową w danym punkcie, a gdy powtórzenie nie przyniesie poprawy należy nieznacznie zmienić miejsce wykonywania pomiaru ugięcia. Do analizy należy przyjąć dane zarejestrowane podczas ostatniego zrzutu Rejestracja wyników Dla całego badanego odcinka w pamięci komputera należy zarejestrować: nazwę pliku pomiarowego numer drogi opis badanego odcinka (jezdnia, pas)

9 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 9 rozstaw czujników ugięć dane kalibracyjne czujników ugięć i siły datę pomiaru współrzędne geograficzne wykonanych pomiarów Dla każdego punktu pomiaru ugięć w pamięci komputera należy zarejestrować: lokalizację pomiaru (km, strona pomiaru) numer zrzutu czas pomiaru temperaturę pakietu warstw asfaltowych temperaturę otoczenia temperaturę powierzchni jezdni wartość maksymalną siły obciążającej (nacisk) wartości maksymalne ugięć Należy zarejestrować, co najmniej dane odczytane w trakcie ostatniego poprawnego zrzutu. Zaleca się rejestrację całej ostatniej poprawnej sekwencji pomiarowej (dwa zrzuty). 6.3 Normalizacja ugięć do warunków standardowych W celu dokładniejszego porównania wartości ugięć zarejestrowanych przy różnych obciążeniach, temperaturze warstw asfaltowych oraz w różnych okresach w ciągu roku, wartości ugięć nawierzchni powinny być normalizowane, tj. sprowadzane do jednakowego poziomu odpowiadającego warunkom standardowym. Ugięcie standaryzowane jest to ugięcie maksymalne sprowadzone do standardowych warunków nacisku 50 kn na kołowej powierzchni o średnicy 300 mm przy temperaturze warstw asfaltowych 20 C [4]. DST= D(50/F) *ft*fs*fp gdzie: DST ugięcie standaryzowane [µm] D maksymalne ugięcie zarejestrowane [µm] F obciążenie zarejestrowane [kn] f T współczynnik temperaturowy fs współczynnik sezonowości fp współczynnik podbudowy [5] 6.4 Normalizacja ugięć ze względu na temperaturę warstw asfaltowych

10 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 10 Współczynnik temperaturowy f T koryguje wyniki pomiarów ugięć sprężystych wykonanych w różnej temperaturze warstw asfaltowych i sprowadza je do wartości odpowiadającej temperaturze miarodajnej, czyli średniej temperaturze tych warstw w okresie wiosennym. Współczynnik temperaturowy f T określa się ze wzoru: f T = 1+0,02(20-T) gdzie: T temperatura warstw asfaltowych podczas badania FWD [ C] 6.5 Normalizacja ugięć ze względu na okres wykonywania pomiarów ugięć Współczynnik sezonowości fs, zależny jest od okresu przeprowadzania pomiarów. Normalizacja polega na sprowadzeniu wartości ugięć pomierzonych w różnych okresach w ciągu roku do standardowych warunków wykonywania pomiarów w jednym okresie roku, wyznaczonym doświadczalnie dla danej strefy klimatycznej. Wartości współczynnika fs zamieszczono w poniższej tabeli. Tab. 1 Wartości współczynnika sezonowości w zależności od okresu wykonywania pomiarów [Graczyk.] Miesiąc wykonywania pomiarów FWD Wartość współczynnika fs marzec 1,00 kwiecień 1,04 maj 1,08 czerwiec 1,12 lipiec 1,15 sierpień 1,17 wrzesień 1,20 październik 1,22 listopad 1,25 grudzień 1, Normalizacja ugięć ze względu na rodzaj podbudowy Współczynnik podbudowy fp przedstawia się następująco: - dla nawierzchni podatnych fp=1 - dla nawierzchni półsztywnych fp= od 1.0 do 1.4. Większą wartość tego współczynnika zaleca się przyjmować, gdy ugięcia są mniejsze a podbudowa sztywniejsza. Dla podbudowy związanej spoiwem hydraulicznym, która uległa znacznym spękaniom zmęczeniowym, współczynnik fp jest bliski jedności.

11 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych 11 Wymagania odnośnie dopuszczalnego ugięcia standaryzowanego DST dla nawierzchni nowych Do uzupełnienia w terminie późniejszym Wymagania odnośnie dopuszczalnego ugięcia standaryzowanego DST dla nawierzchni eksploatowanych (powyżej 1 roku użytkowania) Tab. 2 Dopuszczalne wartości ugięć DST w zależności od rodzaju nawierzchni i kategorii ruchu [mm] dla nowych nawierzchni [6]. Propozycje Kategoria ruchu Rodzaj nawierzchni KR 1 KR 2 KR 3 KR 4 KR 5 KR 6 KR 7 Nawierzchnie podatne Podbudowa z KŁSM 0,45 0,36 0,29 0,24?? Podbudowa z betonu asfaltowego 0,39 0,32 0,27 0,21 0,18 0,17? Nawierzchnie półsztywne 0,28 0,22 0,18 0,16 0,14 0,13? 7 OBMIAR ROBÓT Nie dotyczy. 8 ODBIÓR ROBÓT Nie dotyczy. 9 PODSTAWA PŁATNOŚCI Nie dotyczy.

12 D-??.??.?? Badanie nośności nawierzchni drogowych metodą ugięć sprężystych PRZEPISY ZWIĄZANE 1. Ustawa z dnia 20 czerwca 1997 r. Prawo o ruchu drogowym (tekst jednolity Dz.U. Nr 108 z 2005 r., poz. 908) wraz z późniejszymi zmianami. 2. Diagnostyka Stanu Nawierzchni DSN. IBDiM; Warszawa COST 336 Use of Falling weight Deflectometers in Pavement Evaluation 4. System Oceny Stanu Nawierzchni SOSN wytyczne stosowania. Aktualizacja związana z wykorzystaniem wyników pomiarów ugięć nawierzchni; Warszawa, Styczeń Katalog wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych. IBDiM; Warszawa Szydło Antoni. - Ocena nośności konstrukcji nawierzchni w świetle nowego katalogu.