Rázové zkoušky únosnosti na cementobetonových krytech vozovek

Transkript

1 Příloha D4 Rázové zkoušky únosnosti na cementobetonových krytech vozovek Lokalizace: Letiště Mnichovo Hradiště: km 0,000 0,550 pas B Datum provedení: červen 2009 Provedl: Ing. Vladimír Chupík, CSc.; Ing. Pavel Herrmann Stručný popis: Měření únosnosti rázovým zařízením FWD/HWD RODOS 10001, typ BDS 01 firmy Ing. Pavel Herrmann, na úseku vozovky cementobetonovým krytem Klasifikace a hodnocení naměřených hodnot podle TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací. 1 Důvod provedení diagnostiky Měření a vyhodnocení diagnostiky letiště Mnichovo Hradiště: km 0,000 0,550 pas B, se provádělo na objednávku majitele letiště za účelem hodnocení skutečného stavu konstrukce z důvodu dvacetileté odstávky stavby z provozu s cílem posouzení dalšího možného využívání. Měření se provedlo podle TP91 Rekonstrukce vozovek s cementobetonovým krytem (z roku 1997) Vyhodnocení měření bylo provedeno posouzením hodnot modulů pružnosti jednotlivých vrstev a podloží: pozn.: reálné hodnoty modulů pružnosti jednotlivých vrstev se vyhodnocují z průhybové číše rázové zkoušky metodou zpětného výpočtu. V případě tuhých vozovek není však k disposici kvalitní program pro návrh případné rekonstrukce. 1

2 2 Sledovaný úsek vozovky Lokalizace: letiště Mnichovo Hradiště pas B v úseku km 0,000 0,520 Délka 520 m. Konstrukční vrstvy: CB kryt, drenážní beton, štěrkopísek Obrázek 1: Celkový pohled na měřenou vozovku a podélné trhliny Obrázek 2: Rozpad betonu a poruchy v rohu CB desky 2

3 Obrázek 3: Rozpad betonu - potvrzené laboratorně rozpínavé reakce ASR 3

4 3 Provedení diagnostiky Postup prací: studium archivních materiálů a studium provozu měření rázovým zařízením FWD první zkouška byla provedena jako postupná se zvyšujícím se zatížením s cílem ověřit podepření desek na podloží měření teplot v CB desce čtyř-kanálovým záznamníkem naměřených teplot TECPEL319 se čtyřmi dotykovými teploměry pro měření teplot v různých hloubkách desek CB krytu ověření stavu podepření desek na podloží sonickou metodou měření tlouštěk jednotlivých vrstev vozovky georadarem hodnocení stavu betonu a jeho poruch a odběr jádrových vývrtů (následné laboratorní práce a posouzení ASR) zpětné výpočty modulů pružnosti z průhybových číší pro každý měřený střed desky pomoci programu ALIZE. Použit zpětný výpočet podle algoritmu NewtonR a výpočet modulu pružnosti podkladní zeminy dle prof. Ullidtze - metodika povrchového modulu 3.1 Popis metody/zařízení Měření únosnosti se realizovalo rázovým zařízením FWD/HWD RODOS 10001, typ BDS 01 firmy Ing. Pavel Hermann, které vlastní Oprávnění k měření průhybů vozovek pozemních komunikací číslo 4/2005 vydaného Ministerstvem dopravy pod č.j. 554/ RS/1 ze dne 10. října Obrázek 4: FWD/HWD RODOS 10001, typ BDS 01 Teploty CB krytu se měřily čtyř-kanálovým záznamníkem naměřených teplot TECPEL319 se čtyřmi dotykovými teploměry pro měření teplot v různých hloubkách desek CB krytu Obrázek 5: Měření teploty CB krytu 4

5 Ověření stavu podepření desek na podloží bylo provedeno sonickou metodou, která spočívá v subjektivním vyhodnocení zvukové odezvy vyvozené pádem ocelové 4 5 kg koule. Tato zkouška odhalí jednak případné dutiny pod deskou a jednak okamžik, kdy se desky v důsledku teplotních spádů začínají deformovat a je nutno ukončit rázové zatěžovací zkoušky. Dále poskytuje prvotní a rychlé informace o nejslabších místech konstrukce s následnou možností volby homogenních sekcí s případnou možností redukce počtu rázových zkoušek Obrázek 6: Ocelová koule při dopadu na CB kryt Jádrové vývrty slouží ke stanovení skladby konstrukce vozovky a k odběru vzorků pro laboratorní účely. Tloušťky jednotlivých vrstev vozovky se nedestruktivně georadarem. Obrázek 7: Georadar Centra dopravního výzkumu, v.v.i. 5

6 3.2 Popis postup měření Umístění zkoušek rázovým zařízením FWD na středech a příčných hranách CB desek měřeného úseku jsou uvedeny v tabulce 1. Umístění rázového zařízení při zkoušce na středu desky je uvedeno na obrázku 8 a v tabulce 2. Tabulka 1: Umístění zkoušek rázového zařízení FWD na měřeném úseku staničení km střed příčná hrana 0.00 X X 0.03 X 0.06 X 0.09 X 0.12 X X 0.15 X 0.18 X 0.21 X X 0.25 X 0.28 X 0.34 X 0.37 X X 0.40 X 0.43 X 0.46 X 0.49 X 0.52 X X Obrázek 8: Schéma umístění rázového zařízení při zkoušce na středu desky 6

7 Tabulka 2: Umístění rázového zařízení při zkoušce na středu desky měřená veličina šířka desky délka desky délka 1 délka 2 délka 3 délka 4 měřená hodnota [m] s přesností na 10 mm 3,750 m 5,000 m 1,500 m 1,800 m 1,700 m 1,875 m Umístění měřícího nosníku se snímači průhybu při měření na středech a spárách desek cementobetonového krytu je uvedeno na obrázku 9. Obrázek 9: Umístění snímačů průhybu (geofonů) při měření na středech a spárách CB desek 7

8 4 Výsledek diagnostiky a vyhodnocení Výsledky měření a vyhodnocení jsou uvedeny v následujících tabulkách a grafech. Tabulka 3: Průhyby středů desek [μm] staničení (km) vzdálenost geofonů v m průměr medián minimum maximum % percentil Tabulka 4: Přenos zatížení na příčných spárách (spolupůsobení) je nízký - příčné spáry nejsou opatřeny kluznými trny staničení spolupůsobení (D3/D2)

9 Graf 1: Průhyby středů desek Graf 2: Charakteristické průhyby středů desek Graf 3: Průhybové číše středů desek 9

10 Graf 4: Zkouška podepření desek na podloží průhyb - mikrony Průběh lineárního napětí s postupně se zvyšujícím zatížením potvrzuje, že deska je plně podepřena na podloží. Prodloužená spojnice průhybů prochází prakticky průsečíkem os. Zkoušky byly prováděny během minimálního teplotního spádu, kdy teploty již byly vyrovnané. Před a po skončení měření rázovým zařízením FWD byly teploty zaznamenány čtyřkanálovým záznamníkem naměřených teplot TECPEL319 se čtyřmi dotykovými teploměry pro měření teplot v různých hloubkách CB desky, viz tabulka 5. Bylo pod mrakem, záporný teplotní spád: -0,10 C/10 mm. Tabulka 5: Teploty před a po skončení měření rázovým zařízením FWD [ C] zatížení kn Čas hloubka měření (mm) povrch ,25 před měřením 10,2 11,0 11, ,05 po měření 10,2 10,7 10,7 10,9 Výsledky sonické metody - vyhodnocení zvukové odezvy vyvozené pádem ocelové 4 5kg koule: - středy ležely na podkladu - až do vzdálenosti cca 500 mm od hran neduněly, - hrany duněly slabě, - rohy duněly výrazně. 10

11 Tabulka 6: Tloušťky jednotlivých vrstev konstrukce Vrt č. úsek km CB Horní podkladní vrstva Spodní podkladní vrstva 2 B 0, mm 150 mm drenážní beton 200 mm štěrkopísek Obrázek 10: Vrt č. 2 Tabulka 7: Vyhodnocení měření georadaru pozn.: vyhodnocení bylo převzato jako ilustrativní příklad z jiné akce - na akci MH nebylo radarové měření prováděno 11

12 Moduly pružnosti E (Mpa) Tabulka 8: Moduly pružnosti jednotlivých vrstev zjištěné zpětným výpočtem Akce MHpas B-hodnoty modulů pružnosti staničení 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,25 0,28 0,34 0,37 0,4 0,51 E1 (MPa) E2 (Mpa) E3 (Mpa) E4 (Mpa) 197,5 186,8 172, Tabulka 9: Zpětný výpočet modulů pružnosti zeminy podloží podle prof. Ullidtze Moduly pružnosti jsou spočítány pro průhyby jednotlivých geofonů ve vzdálenostech X = 0,0 až 1,8 m. Je patrný výrazný pokles hodnot E v porovnání s hodnotou modulu spočítanou klasicky pro geofon ve středu zatěžovací desky. Příklad grafického znázornění hodnot modulů pružnosti zeminy podloží podle prof. Ullidtze (pro staničení 30m) - moduly jsou počítány pro průhyby pod každým geofonem (t.j ve vzdálenostech 0,0-0,3-0,6 až 1,8 m). 12

13 5 Závěr A) Vlastnosti materiálů jednotlivých vrstev jsou výrazně nehomogenní viz tabulka 8 Moduly pružnosti cementovéhobetonu se pohybují v rozsahu MPa. Z 11 měřených bodů nesplňuje požadavky TP 170 celkem 8 hodnot. Minimální požadavek TP 170 činí pro CBI MPa. Moduly pružnosti drenážního betonu se pohybují v rozsahu od Vyšší hodnoty jsou zřejmě anomální. Z 11 naměřených bodů nesplňuje požadavek TP 170 celkem 5 hodnot. Moduly pružnosti štěrkopískového podsypu se pohybují v rozsahu od Všechny naměřené body splňují požadavek TP 170: 400 MPa. Moduly pružnosti zemin se pohybují v rozsahu MPa. Nutno však upozornit, že hodnoty modulů pružnosti získané zpětným výpočtem z průhybové číše FWD jsou výrazně nadhodnoceny a to zejména v případě vozovek s cementobetonovým krytem. Proto se doporučuje provést přepočet modulů pružnosti podle prof. Ullidtze (tento výpočet je součástí programu ALIZE) viz tabulka 9. Prakticky většina hodnot E se pak pohybuje v rozsahu MPa. Podle geologického průzkumu z roku 1984 je zemina v podloží tvořena pískovcovým eluviem překrytým písčitohlinitou zeminou/pískem proměnlivé tloušťky. B) Životnost cementobetonových krytů je omezena nikoliv jen únosností, ale zejména stavem cementobetonových desek krytu. Bohužel všechny plochy s cementobetonovým krytem jsou napadeny nevratnými rozpínavými reakcemi typu alkalicko-křemičitanové a síranové. Rozpínavé reakce jsou na betonech již plně rozvinuty. Velmi závažné je zjištění, že mramorové trhliny se začínají propojovat do podélných trhlin. Pravidelné a podrobné sledování rozvoje vzniku podélných trhlin umožní přesnější prognózu životnosti napadených ploch. Je účelné seriozně hodnotit hypotézy prokreslování trhlin a zejména možný vliv provozu. Doporučujeme provádět inventarizace podélných trhlin v půlročním intervalu a zaznamenávat jejich půdorysný rozvoj. C) Za této situace nelze zodpovědně předvídat jednak vývoj rozpadu cementového betonu a jednak životnost celé konstrukce za podmínky přijatelných nákladů na údržbu. Kritickou vrstvu pro posouzení životnosti konstrukce tvoří cementobetonový kryt. 13