Zkušební metody TDI. (Milan Beck, DiS., Ing. František Babka ESLAB, spol. s r.o.)

Transkript

1 Zkušební metody TDI (Milan Beck, DiS., Ing. František Babka ESLAB, spol. s r.o.) Systém jakosti v oboru pozemních komunikací (SJ-PK) Metodický pokyn Ministerstva dopravy ČR. Cílem metodického pokynu je zvýšení kvality prací při výstavbě, opravách a údržbě pozemních komunikací. Systém jakosti je uplatňován v souladu se systémovými normami v oboru pozemních komunikací ČSN EN, ČSN EN ISO, ČSN, TKP, TP a dalšími technickými předpisy. SJ-PK vychází z principu, že provádět práce a činnosti v uvedených oblastech (viz čl. 3) smí pouze způsobilý dodavatel, tj. který prokáže splnění požadavků k zajištění kvality podle kritérií uvedených v jednotlivých částech MP. Pro oblast zkoušení upravuje metodický pokyn v Části II/3 Zkušebnictví, laboratorní činnosti požadavky na způsobilost laboratoří pro zkoušky při provádění silničních a stavebních prací na pozemních komunikacích v souvislosti s jejich výstavbou, opravami a údržbou a při provádění průzkumných a diagnostických prací. MP vychází ze zásady, že laboratoř využívaná dodavatelem k zajištění a kontrole kvality prací a vstupních materiálů má ověřenou způsobilost a že na kontrole kvality silničních a stavebních prací se podílí laboratoř nezúčastněná na procesu výroby nebo laboratoř objednatele. Pro laboratorní práce prováděné v souvislosti s výstavbou, opravami a údržbou pozemních komunikací (v četně jejich součástí a příslušenství) a prováděním průzkumných a diagnostických prací musí laboratoř prokázat v závislosti na účelu zkoušky způsobilost dle tabulky I: Laboratoře se způsobilostí A akreditované Laboratoře se způsobilostí OZ odborně způsobilé Míru spoluúčasti laboratoře nezúčastněné na procesu výroby zajišťuje objednatel ve smlouvě s dodavatelem v souladu s tabulkou II.

2 Odběr vzorků / Vzorkování ODBĚR VZORKŮ provádí způsobilá laboratoř zhotovitele nebo objednatele dle KZP nebo smlouvy. Zhotovitel je povinen čas, místo konání zkoušky nebo měření Objednateli/Správci stavby včas oznámit, a to minimálně 24 hodin předem, pokud se individuálně nedohodnou na kratší lhůtě. Jestliže se Objednatel/Správce stavby k odběru nebo zkoušce nedostaví, může Zhotovitel zkoušku přesto provést, nedostal-li od Objednatele/Správce stavby jiný pokyn. VZORKOVÁNÍ je samostatný proces, při kterém je část látky, materiálu nebo výrobku odebrána, aby poskytla reprezentativní vzorek celku pro potřebu zkoušení, který zahrnuje plán vzorkování, odebrání a přípravu vzorku nebo vzorků z látky, materiálu nebo z výrobku za účelem získání požadovaných informací (provedení požadovaných zkoušek). Vzorkování se provádí dle platných norem způsobilou osobou- certifikát ČIA nebo osobou prokazující způsobilost dokumentem vydaným MD ČR - pověřeným orgánem dle MP v rozsahu dle platného osvědčení. Druhy zkoušek Průkazní zkoušky jsou zkoušky, kterými se prokazuje, že vlastnosti stavebních Výrobků (materiálů, směsí, dílců) určených k zabudování do Stavby vyhovují předepsaným požadavkům. Kontrolní zkoušky jsou zkoušky, jimiž se v průběhu a po dokončení zhotovovacích prací se ověřuje dosažení technických a kvalitativních parametrů, které jsou předepsány dokumentací, TKP a ZTKP, nebo určeny průkazními zkouškami. Zajištění těchto zkoušek je povinností Zhotovitele na základě schváleného KZP. Přejímací zkoušky jsou zkoušky specifikované se Smlouvě nebo dohodnuté Objednatelem se Zhotovitelem nebo nařízené jako Variace (viz čl. 13 TKP 1 nebo [10] OP], kterými se prověřuje kvalita hotových konstrukcí nebo ucelených částí zhotovovacích prací a jsou dále podkladem pro provedení Odsouhlasení nebo přejímky Sekce, Objektu nebo všech dokončených zhotovovacích prací předepsaných Smlouvou. K těmto zkouškám patří např. zatěžovací zkoušky mostů, zkoušky pilot, zkoušky krytu vozovek, které nejsou součástí kontrolních zkoušek, tlakové zkoušky plynovodního potrubí, vodovodního potrubí, zkoušky těsnosti nádrží, revize elektro apod. a případně další zkoušky. Rozhodčí zkoušky jsou zkoušky, které se provádějí v případě sporů. Náklady na průkazní a kontrolní zkoušky a měření včetně vedlejších nákladů (opravy a uvedení do původního stavu), které jsou jmenovitě požadovány v jednotlivých kapitolách TKP a ZTKP, zahrnuje zhotovitel do položkových cen soupisu prací. Kritické oblasti: TKP kap. 7 Hutněné asfaltové vrstvy příloha 3. Pro vozovky TDZ II až S Kritickými oblastmi se pro účely této přílohy rozumí plocha konstrukce do vzdálenosti 0,30 m od míst uvedených dále pod písm. a) až c), resp. 0,50 m od míst uvedených pod písm. d): a) příčné a podélné studené spáry v místě napojení hutněné asfaltové vrstvy na hutněnou asfaltovou vrstvy nebo i hutněné asfaltové vrstvy na jiný druh zpevněného povrchu nebo mostního závěru, b) podélné pracovní spáry prováděna za tepla, c) příčné a podélné spáry v místě styku hutněné asfaltové vrstvy s obrubníky, dlážděnými dvojřádky, uličními vpustěmi, kanalizačními poklopy a uzávěry inženýrských sítí apod., d) volné okraje hutněných asfaltových vrstev (krajnice). Pro plochy do 9000 m2 2 ks destruktivních zkoušek (vývrtů) pro ACP/ACL a 1 ks pro ACO/SMA. Pro plochy nad 9000 m2 3 ks destruktivních zkoušek (vývrtů) pro ACP/ACL a 3 ks pro ACO/SMA. Četnosti jsou dále v rozmezí % počtu vývrtů z celkové plochy.

3 Konstrukce vozovky 3) Zemina a zemní práce ČSN TKP kap. 4 TP 94 ČSN EN ČSN Návrh a provádění zemního tělesa pozemních komunikací Zemní práce Úprava zemin Zeminy stabilizované hydraulickými pojivy Kontrola zhutnění zemin a sypanin Posouzení vlastností zemin základní předpoklad pro jejich použití v zemním tělese a konstrukci vozovky dle ČSN Klasifikace zemin zrnitostní složení, stanovení plasticity a vlhkosti Posouzení zpracovatelnosti, zhutnitelnosti a únosnosti (stanovení parametrů PS, CBR, CBR SAT 96, IBI, konzistenční meze) Základní zkušební postupy: Elementárním požadavkem kontroly zemních prací, mimo jiné je posouzení, zda bylo dosaženo požadovaných parametrů zhutnění zemního tělesa, konstrukční vrstvy aktivní zóny dle požadavků projektové dokumentace nebo technických předpisů. Přímé metody: Metody vhodné především pro jemnozrnné nesoudržné zeminy měkké až tuhé konzistence. Míra zhutnění založená na porovnání objemových hmotností, tedy mezi předepsaným a na stavbě dosaženým zhutněním (udává se v % - poměr suché objemové hmotnosti ze stavby vs. suchá objemová hmotnost srovnávací laboratorní). Zjištěný parametr % PS (PM) Relativní ulehlost založená na porovnání vztahů mezi čísly pórovitosti. Zjištěný parametr I D Nejčastější způsoby zkoušení o jamková metoda (membránový objemoměr, normovaný písek) o vyřezávací kroužek

4 Vztažná laboratorní suchá objemová hmotnost se stanovuje obvykle pomocí Proctorovy standardní zkoušky (PS) nebo modifikované Proctorovy zkoušky (PM) ta se volí při požadavku vyšší hutnící energie a obvykle u konstrukčních vrstev vozovky. Nepřímé metody: Metody, které jsou založeny na měření fyzikálně mechanických veličin v přímé závislosti s kvalitou zhutnění, případně lze naměřené výsledky srovnat s přímou metodou a odvodit kvalitu zhutnění. Pro použití nepřímých metod je většinou nezbytné ověření pomocí zhutňovací zkoušky na vhodně zvoleném zkušebním poli. Statická zatěžovací zkouška - SZZ zjištěný parametr Modul přetvárnosti Edef2 v MPa a poměr Edef1 / Edef2 hloubka dosahu měření 1,5 3 x průměr desky (300 mm,...) Rázová zatěžovací zkouška LDD - lehká dynamická deska zjištěný parametr Rázový modul deformace Mvd v MPa hloubka dosahu měření cca 0,3 0,5 m nevhodné na hrubozrnné materiály se zrnitostí větší než 63 mm. Radiometrické měření (radiosonda TROXLER) zjištěný parametr - % míry zhutnění ve vztahu ke srovnávací laboratorní objemové hmotnosti z PS Penetrační zkouška Geodetické metody nivelační zkouška dynamická zkouška kompaktometr ČSN ) Mezi parametry Edef2 z SZZ a Mvd z LDD neplatí žádný matematický vztah. Pro porovnání měření se tak používají korelační - empirické vztahy.

5 Podkladní vrstvy ČSN Stavba vozovek Vrstvy ze směsí stmelených hydraulickými pojivy část 1: provádění a kontrola shody ČSN Stavby vozovek Nestmelené vrstvy část 1: Provádění a kontrola shody TP 208 Recyklace konstrukčních vrstev netuhých vozovek za studena TKP kap. 5 Podkladní vrstvy ČSN EN Nestmelené směsi Specifikace Nestmelené konstrukční vrstvy: MZK mechanicky zpevněné kamenivo ŠD - štěrkodrť ŠP štěrkopísek MZ mechanicky zpevněná zemina VŠ vibrovaný štěrk Principy zkoušení jsou v zásadě shodné jako u zemin, tedy přímé a nepřímé metody (stanovení zrnitosti, vlhkosti, PS, PM, I D, Edef2, Mvd) V případě užití podkladních nestmelených vrstev v konstrukci vozovky lze předpokládat nárůst únosnosti vrstvy přibližně takto: MZK - min. 15 MPa Edef2 na každých 10 cm vrstvy ŠD - min. 10 MPa Edef2 na každých 10 cm vrstvy Při vhodných klimatických podmínkách nebo při použití kameniva z ložiska se specifickými mineralogickými vlastnostmi lze očekávat i vyšší přírůstky na vrstvách. Stmelené konstrukční vrstvy: Vozovky s hydraulicky stmelenou podkladní vrstvou a asfaltovým souvrstvím se označují jako polotuhé vozovky dle TP 170. Nejčastěji používané směsi jsou Směsi stmelené cementem SC a směsi stmelené hydraulickými silničními pojivy SH případně SP směsi stmelené popílkem. Označení vrstvy je pak SC C 8/10 (původní označení KSC I.) = SH C 9/12 viz TP 170 dodatek Pro užití do konstrukce vozovky musí být s minimální třídou pevností C1,5/2 MPa. Pro zkoušení stmelených vrstev, respektive posouzení dosažení objemové hmotnosti, při níž na základě průkazní zkoušky hydraulicky stmelená vrstva dosáhne požadovaných parametrů, se s výhodou využijí zkušební metody přímé metody například jamková metoda na čerstvě položené netuhé vrstvě nebo nepřímé metody například radiometrické zkoušení na čerstvě položené vrstvě i na ztvrdlé vrstvě. Nedílnou součástí kontrolních zkoušek je však stanovení vlhkosti směsi a parametrů pevnosti v tlaku (ev. příčném tahu) a to na tělesech vyrobených v souladu se zkušebním postupem na válcovém tělese a to na tělese připraveném ve formě hmoždíř typu B prům. 150 mm a při užití modifikované hutnící práce. U stmelených vrstev do pevnostní kategorie C 5/6 MPa je povinnost prokázat odolnost proti mrazu a vodě. Výroba směsi může být provedena v míchacím centru nebo na místě frézou.

6 Polotuhé vozovky, respektive stmelené vrstvy jsou náchylné ke vzniku reflexních trhlin do asfaltových vrstev. Je nezbytné provedení opatření proti vývoji trhlin a to například vytvořením spár v čerstvě položené nebo ztuhlé vrstvě nebo provedením vrypů v čerstvé vrstvě ve vzdálenostech nejlépe 3-5 m a nepřekračující 10 m, případně přehutněním vrstvy vibračním válcem v době tuhnutí vrstvy (doba přímo závislá na klimatických podmínkách a typu pojiva). Možným řešením podporující omezení vývoje reflexních trhlin je i použití pomalu tuhnoucích pojiv například silniční hydraulická pojiva a směsi SH. Nedílnou součástí stmelených vrstev jsou vrstvy provedené metodou recyklace za studena dle TP 208 na místě nebo v míchacím centru. Základním důvodem využití recyklace za studena je využití původních materiálů vozovek bez nutnosti jejich výměny, případně dodaných materiálů a zlepšení jejich parametrů. stmelené konstrukční vrstvy - recyklace s použitím hydraulického pojiva (obvykle cement nebo hydraulické silniční pojivo) RS C stmelené konstrukční vrstvy recyklace s použitím hydraulického pojiva a asfaltové pěny případně asfaltové emulze RS CA Základní předpokladem návrhu recyklace za studena je provedení diagnostického průzkumu dle TP 87 a následně před zahájením prací v dostatečném časovém předstihu (cca 3 týdny) zpracování průkazní zkoušky definující typ a množství jednotlivých složek výsledné směsi. Odběr směsi pro průkazní zkoušku by měl být proveden nejlépe frézou, v dané hloubce a na reprezentativních místech v průběhu trasy. V ČR se nejčastěji realizují směsi o zrnitosti 0/32, 0/45 a 0/63 mm. Pro směsi RS 0/32 a 0/45 platí přísnější kritéria návrhu směsi respektive stanoveni fyzikálně mechanických vlastností směsi budoucí vrstvy oproti RS 0/63 mm. (Rc pevnost v tlaku, Rit pevnost v příčném tahu, mezerovitost) Recyklovaná směs stanovení vlhkosti směsi (%) pevnost v tlaku Rc po 28 dnech (MPa pevnost v příčném tahu Rit (7 dní na vzduchu + 7 dní ve vodě) (MPa) odolnost proti vodě (% pevnosti Rit) mezerovitost (%) Recyklovaná vrstva Nedestruktivní metody Statická zatěžovací zkouška - SZZ zjištěný parametr Modul přetvárnosti Edef2 v MPa a poměr Edef1 / Edef2 Rázová zatěžovací zkouška LDD - lehká dynamická deska zjištěný parametr Rázový modul deformace Mvd v MPa o nebo jejich vzájemná kombinace dle podmínek TP 208 Radiometrické měření (radiosonda TROXLER) zjištěný parametr - % míry zhutnění ve vztahu ke srovnávací laboratorní objemové hmotnosti z PM. Asfaltové směsi a vrstvy ČSN Stavba vozovek Hutněné asfaltové vrstvy - Provádění a kontrola shody ČSN Navrhování a provádění vozovek na mostech pozemních komunikací TKP kap. 7 Hutněné asfaltové vrstvy ČSN EN Asfalty a asfaltová pojiva systém specifikace pro polymerem ČSN EN Asfalty a asfaltová pojiva specifikace pro silniční asfalty TP 151 Asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti ČSN EN až 7 Asfaltové směsi Specifikace pro materiály

7 Asfaltové konstrukční vrstvy: ACO / SMA asfaltový beton pro obrusné vrstvy / asfaltový koberec mastixový ACL asfaltový beton pro ložné vrstvy ACP asfaltový beton pro podkladní vrstvy VMT asfaltové směsi s vysokým modulem tuhosti Asfaltové směsi jsou označovány největším zrnem kameniva ve směsi (D) spolu s další specifikací: S směsi odolné proti tvorbě trvalých deformací + bez označení příklad označení: ACL D S PMB 25/55-60; ČSN EN Asfaltová pojiva Označení pojiva např. PMB 40/80-65 (penetrace v rozmezí 40 až 80 penetračních jednotek bod měknutí minimálně 65 C) Stanovení vlastností použitého pojiva základní vlastnosti stanovené laboratorními zkouškami penetrace (penetrační jednotky 0,1 mm) bod měknutí ( C) bod lámavosti ( C) vratná duktilita u modifikovaných asfaltů (%) Standardní silniční asfalt gradace 50/70 má minimální požadovaný bod měknutí pouze 46 C. Díky tomu v kritických letních měsících, kdy dosahuje teplota obrusné vrstvy běžně 60 C a více, je asfaltová vrstva s tímto pojivem vysoce plastická a není schopna čelit účinkům zatížení a dochází ke vzniku poruch. Dalším potenciálním problémem jinak velmi složité výroby asfaltových pojiv je u některých rafinérií využívání zbytků z visbreakingové jednotky. To může mít za následek problémy při samotném zpracování asfaltové směsi po pokládce ve fázi hutnění, žehlení, kdy se vrstva chová plasticky i při teplotách pod 40 C - tvorba kolejí pod válci. Taková vrstva se pak po provedení rovněž relativně dlouhou dobu může chovat plasticky a to zejména v letním období. Tento problém tak může v extrémním případě trvat až několik dní což může vést ke vzniku poruch. Problémem však je, že při provedení standardních zkoušek asfaltového pojiva jsou vlastnosti pojiva zcela obvyklé. Asfaltové směsi Základním parametrem posuzování shody u asfaltových směsí je, zda bylo při výrobě směsi dosaženo předepsaného složení směsi (kamenivo, fileru, asfaltového pojiva, případně přísad) v souladu s počáteční zkouškou typu (ITT) a povolenými odchylkami normy ČSN a její mezerovitost. zrnitost sítový rozbor stanovení obsahu pojiva stanovení objemové hmotnosti zkušebních těles Marshallova tělesa = 100% míry zhutnění stanovení maximální objemové hmotnosti asfaltová směs bez mezer o mezerovitost směsi Asfaltové vrstvy

8 Základním parametrem posuzování shody u asfaltových vrstev je dosažení předepsané míry zhutnění, mezerovitosti, spojení vrstev a tloušťky vrstvy. Destruktivní metody (přímé metody) Nejčastějším způsobem odběru vzorku pro zkoušení destruktivní metodou je provedení jádrových vývrtů o průměru 100 nebo 150 mm, případně provedení výřezů (výseků). Provádí se v četnosti min. 2 ks na stavbu, nebo SO, o střihová zkouška spojení vrstev podle Leutnera (kn) o míra zhutnění stanovuje se z objemové hmotnosti zkušebního tělesa hotové vrstvy vztažená k objemové hmotnosti Marshallova tělesa =100 % (%) o mezerovitost je výpočtová hodnota vztah objemové hmotnosti zkušebního tělesa k maximální objemové hmotnosti (%) o tloušťka vrstvy je měřená vždy v laboratoři (mm) Nedestruktivní metody (nepřímé metody) Nejčastějším způsobem se provádí Radiometrické měření (radiosonda TROXLER) zjištěný parametr je objemová hmotnost, která se porovnává s laboratorní objemovou hmotností ze zhotovených Marshallových těles (100 % míry zhutnění). Efektivita relativně málo přesné metody je dána rychlostí a vysokou četností měření (min. na 500 m2). Dalším možným, a to zejména pomocným měřením může být využití Georadarové metody GPR (dle TP 233). Tato metoda umožňuje nepřímé měření tloušťky materiálů na základě jejich rozdílné dielektrické charakteristiky (AC/SC/nestmelené vrstvy/zeminy,...). Měření GPR zároveň dokáže stanovit mezerovitost posuzované horní vrstvy, případně definovat vlhkost obsaženou v horní vrstvě. To může TDI s výhodou využít jako měření před prováděním destruktivních zkoušek pro výběr místa zkoušky / odběru vzorků. Měření mocnosti jednotlivých vrstev je však vhodné zejména u novostaveb se známou skladbou konstrukčních vrstev. Ostatní zkoušky konstrukčních vrstev ČSN ČSN TP 209 TP 233 Měření a hodnocení nerovnosti povrchů vozovek Měřen a hodnocení protismykových vlastností povrchů vozovek Recyklace asfaltových vrstev netuhých vozovek na místě za horka Georadarová metoda konstrukcí pozemních komunikací Hotové konstrukční vrstvy Nedílnou součástí kontrolních zkoušek fakticky všech konstrukčních vrstev je provedení měření povrchových vlastností hotových vrstev. Jedná se o především o nedestruktivní metody. stanovení tlouštěk hotových vrstev o geodeticky technická ev. přesná nivelace o odměření od referenční roviny (lanko, obruba, římsa) a to např. na mostních konstrukcích o destruktivně vývrt / kopaná sonda stanovení nerovnosti povrchu hotových vrstev o měření podélné a příčné nerovnosti latí (délky 2 m, 4m) o měření podélné nerovnosti planografem transformovaná 4 m lať s digitálním záznamem naměřené nerovnosti Pro měření především obrusných vrstev se užívají další zkušební metody

9 o o o o měření podélné nerovnosti povrchu vozovky profilometrem s dvouhmotovým odezvovým systémem měření podélné nerovnosti povrchu vozovky se snímačem svislého zrychlení měření podélné a příčné nerovnosti povrchu vozovky profilometrem Distick měření filtrovaného profilu podélné nerovnosti povrchu vozovky z pohyblivé inerciální referenční plošiny profilometru SDP Cílem měření nerovnosti je posouzení rovnosti provedené vrstvy ve vztahu k teoretické referenční přímce s povolenými odchylkami dle ČSN případně TKP, ZTKP. Podélné nerovnosti jsou tak hodnoceny buď výškovým údajem nebo parametrem nerovnosti. Parametr maximální hodnoty dvojamplitudy nerovnosti 2a Parametr míry nerovnosti C a vlnitost w Parametr mezinárodního indexu nerovnosti IRI stanovení protismykových vlastností povrchu obrusné vrstvy a textury povrchů o zjišťování hloubky textury povrchu (MTD, MPD) o zjišťování součinitele tření kyvadlem (PTV) o zjišťování součinitele podélného tření dynamickým meřicím zařízením (fp) Závěr: Důsledná kontrola kvality ze strany zhotovitele doplněná zkouškami nezávislou laboratoří je zcela zásadní pro posouzení kvality prováděného díla. Tlak zhotovitelů na omezení četnosti kontrolních zkoušek, případně na volbu zkušební metody s minimálním finančním nárokem může vést v důsledku k podcenění některých zásadních skutečností nebo nepřinese TDI dostatek relevantních informací pro posouzení kvality prováděných konstrukčních vrstev. Proto je zcela nezbytná důsledná kontrola předkládaných KZP ve vztahu ke konkrétním podmínkám staveb. Vhodným řešením je předkládání ZTKP i pro opravy a rekonstrukce, případně zpřísnění některých relativně volných parametrů stávajících norem, mající v důsledku negativní vliv na životnost staveb. Příkladem může být zpřísnění požadavku minimální tloušťky vrstvy na 90 % dle zadání a průměrné tloušťky na 100 % dle zadání. Bibliografie: ČSN, ČSN EN, ČSN EN ISO, TP, TKP MD ČR Technologie stavby vozovek Ing. Jan Zajíček a kolektiv Tab. I, II. SJ- PK metodický pokyn Obr. č. 3) interní materiál ESLAB, spol. r.o. Tab. 4) ČSN