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 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
Obrázek 3: Rozpad betonu - potvrzené laboratorně rozpínavé reakce ASR 3
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. 554/2005-120- RS/1 ze dne 10. října 2005. 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
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
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
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
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 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 0 384 341 302 253 203 156 104 0.03 452 360 293 239 189 144 105 0.06 385 337 295 247 191 144 103 0.09 422 356 302 253 203 168 133 0.12 300 273 239 198 160 132 105 0.15 251 220 186 150 123 100 79 0.18 188 170 154 132 112 94 76 0.21 193 176 156 132 111 93 76 0.25 219 158 124 105 87 71 57 0.28 265 240 213 179 151 124 99 0.34 242 216 186 152 123 97 74 0.37 260 233 201 166 136 108 85 0.4 254 215 181 143 113 83 56 0.43 244 217 180 141 107 79 55 0.46 259 211 173 132 99 71 48 0.49 204 162 136 108 87 67 48 0.52 233 190 146 104 75 49 30 průměr 271 238 203 166 134 105 79 medián 251 216 186 151 123 99 78 minimum 188 158 124 104 75 49 30 maximum 452 360 302 253 203 168 133 80% percentil 350 315 275 225 182 140 104 Tabulka 4: Přenos zatížení na příčných spárách (spolupůsobení) je nízký - příčné spáry nejsou opatřeny kluznými trny staničení spolupůsobení (D3/D2) 0.000 0.72 0.120 0.80 0.210 0.78 0.370 0.78 0.520 0.76 8
Graf 1: Průhyby středů desek Graf 2: Charakteristické průhyby středů desek Graf 3: Průhybové číše středů desek 9
Graf 4: Zkouška podepření desek na podloží průhyb - mikrony 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 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] -10 20 28 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 zatížení kn Čas hloubka měření (mm) povrch 40 70 100 14,25 před měřením 10,2 11,0 11,2 11.2 15,05 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
Tabulka 6: Tloušťky jednotlivých vrstev konstrukce Vrt č. úsek km CB Horní podkladní vrstva Spodní podkladní vrstva 2 B 0,200 220 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
Moduly pružnosti E (Mpa) 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 Tabulka 8: Moduly pružnosti jednotlivých vrstev zjištěné zpětným výpočtem Akce MHpas B-hodnoty modulů pružnosti 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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) 12394 20188 17256 34528 36274 15173 44652 37002 36017 20692 13705 E2 (Mpa) 4080 2150 11848 5300 2995 42160 6063 5329 6690 18920 8362 E3 (Mpa) 2673 4559 3342 2637 1861 3962 2014 2264 2915 3117 4688 E4 (Mpa) 197,5 186,8 172,5 212 287 449 220 285 255 324 464 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
5 Závěr A) Vlastnosti materiálů jednotlivých vrstev jsou výrazně nehomogenní viz tabulka 8 Moduly pružnosti cementovéhobetonu se pohybují v rozsahu 12 000 45 000 MPa. Z 11 měřených bodů nesplňuje požadavky TP 170 celkem 8 hodnot. Minimální požadavek TP 170 činí pro CBI 37500 MPa. Moduly pružnosti drenážního betonu se pohybují v rozsahu od 2 000 7 000. 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 2 000 4 000. Všechny naměřené body splňují požadavek TP 170: 400 MPa. Moduly pružnosti zemin se pohybují v rozsahu 170 460 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 50 70 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