4.1. Tekniker för fältundersökningar och övervakning
4.1.1. Borrning, provtagning, utgrävningar
Moderna NDT-tekniker (icke förstörande) fortsätter att göra diagnostiska fältundersökningar av vägar allt snabbare och mer pålitliga, men de kommer aldrig att eliminera behovet av borrning, håltagning och provtagning. Överbyggnader måste fortfarande verifieras. NDT-fältundersökningar behöver fortfarande kalibreringsdata och provtagningar måste göras för laboratorieanalyser.
I fältundersökningar för diagnoser av permanent deformation bör prover för laboratorieanalys normalt tas från bärlagret. Om spårbildningen misstänks vara relaterad till svag undergrund bör prover också tas från undergrunden, alternativt att typen av undergrundsjord bestäms med en alternativ metod.
Det finns många tekniker för att verifiera tjockleken i en överbyggnad. Skruvborrstekniken används fortfarande i många länder, men det största problemet är att provet lätt kan störas.
Andra bra metoder inkluderar borrning eller system där provröret borras eller
hamras hydrauliskt genom överbyggnaden.
Provgropar är också effektiva, speciellt om ett stort antal prover behövs. Denna teknik kan dock lämna efter sig ”fula” fläckar i beläggningen.
I många fall är användning av en grävmaskin den måste pålitliga metoden för att verifiera överbyggnader och den typ av permanent deformation som inträffar.
4.1.2.Visuella inspektioner, videor, bilder, värmekamera
Moderna digitalfoto- och videotekniker är användbara verktyg för att dokumentera en väg och dess omgivningar:
Visuell inspelning av vägen, t ex vid problem relaterade till en blockerad kulvert, är avgörande för den korrekta diagnosen av problemet. Besök, utvärdering och dokumentering av själva platsen hjälper till att lokalisera problem och klassificera områdets topografi.
Utvärderingar av dräneringsproblem har hittills generellt baserats enbart på visuella inspektioner. Ett bra system för visuell dokumentation kan hjälpa externa experter att bli bekanta med specifika problem på varje plats, även när experterna själva inte besökt platsen.
Digitalvideotekniken är den mest användbara och snabbast ökande formen av datainsamling tack vare billigare kameror av högre kvalitet, med högre kapacitet och billigare hårddiskar och bättre packande mjukvara.
En videoinspelning ger en kontinuerlig inspelning av vägen. Den kan fånga upp vägyteförhållanden, beläggningsskador, vägmarkeringar, trafikskyltar etc. Den kan också vara ett mycket användbart hjälpmedel vid undersökningar av vägens topografi och dess omgivning. En videoinspelning av vägen och dikena med ljudkommentarer är ett enkelt sätt att samla grundläggande information för en dräneringsanalys.
Video kan också användas i upphandlingssprocessen. En videoinspelning, eller en serie stillbilder ”före och efter” kontraktet (eller underkontraktet eller mätningen), är ett bra sätt att utvärdera resultaten av underhållsåtgärder och att övervaka ytterligare arbete.
Videoinspelningar kan göras samtidigt med andra fältundersökningar, t ex GPR-mätningar, och alla datafiler kan länkas samman. De kan också bli till en levande presentation när de visas tillsammans.
En ny, mycket lovande vägundersökningsteknik, tested i ROADEX-projektet, är användningen av modern värmekamera med hög precision. Tekniken har visat sig särskilt användbar vid dräneringsanalys i samband med fältundersökningsprojekt rörande permanent deformation.
Den kan användas vid analys av beläggningsskador tillsammans med traditionell digitalvideo. I vissa fall kan den till och med uppfatta sprickor som inte är synliga på beläggningens översida.
Under vår och tidig sommar kan värmekameror också identifiera områden där tjäle fortfarande finns närvarande under vägen.
En än mer användbar funktion är att vägytans värmefördelning kan fångas upp. Det kan ge värdefull information om fuktavvikelser i beläggningen (exempelvis på grund av pumpning, sprickbildning eller dålig avvattning).
4.1.3. Utvärdering av avvattningen
Permanent deformation existerar nästan aldrig om vägöverbyggnaden och undergroundsjorden hålls fria från överflödigt vatten. Resultaten från ROADEX-projektet visar tydligt att den mest lönsamma underhållsinsatsen som kan göras på lågtrafikerade vägar är att hålla vägens avvattningssystem i bra skick. Se: ROADEX II-rapport: Avvattning på lågtrafikerade vägar och ROADEX III-rapport: Utveckling av riktlinjer för avvattning i underhållskontrakt (Developing Drainage Guidelines for Maintenance Contracts).
Och nyckeln till att få en fungerande avvattning är ett effektivt system för avvattningsövervakning. En omfattande utvärdering av avvattningen bör helst utföras i slutet av varje period för vilken driftkontraktet gäller, eller med maximalt 6-8 års intervaller. Under utvärderingen kan problematiska avvattningssektioner identifieras och behovet av förbättringsåtgärder bestämmas. Resultaten från avvattningsanalysen bör sedan sparas i en databas för att göra avvattningsinformationen tillgänglig för framtida bruk.
En bra strategi för övervakning och förbättring av avvattningen kan delas in i tre faser:
- Fas 1. kartläggning av vägsektioner som lider av otillräcklig avvattning
- Fas 2. utförande av en grundläggande diagnos av platser med avvattningsproblem
- Fas 3. bestämning av lösningar för platser med problem.
Fas 1: Kartläggning
Avvattningsanalysen bör utföras på en vägsträcka i taget, och båda sidor av vägen bör analyseras separat. Undantag kan dock göras på vägar som är mindre än 5,5 m breda, där det kan räcka med inventering i ena riktningen. Under datainsamlingen bör fältundersökningsfordonet färdas i en hastighet av 20-30 km/h. Fordonet bör köras nära beläggningens kant för att ge kamerorna en obehindrad vy av diket och den sidlutande terrängen.
Undersökaren bör registrera dikenas och utloppens inledande dräneringsklass direkt i den bärbara datorn för datainsamling med tangentbordet, och samtidigt registrera alla kommentarer rörande fältundersökningen genom den digitala videons ljudfiler. Dessa kommentarer bör vanligtvis inkludera följande:
- klassificering av dräneringsförhållanden;
- klassificering av vägprofilen;
- korrigeringar av inventeringen som måste utföras senare;
- observationer av gräskanter eller beläggningsskador som begränsar vattenflödet till diket;
- noteringar rörande jorderosion från inner- och ytterslänterna till dikets botten, som blockerar vattenflödet.
Dessa typer av ljudkommentarer har visat sig vara värdefulla för att säkerställa kvaliteten och repeterbarheten för inventeringen.
Fas 2: Diagnos
Den första handlingen som utförs i denna fas är att etablera ett projekt för varje vägsektion som undersöks dit all data som samlats in i fält går att länka. Detta kan exempelvis göras med Road Doctor Designer ® eller liknande mjukvara där resultaten från den initiala avvattningsanalysen, tvärprofildata, digitala videor och stillbilder kan länkas till rätt plats. Data från vägprofilometer (spårbildning och ojämnhet) bör också länkas till projektet, helst de senaste fem åren av historisk data. Dessa data kan vanligtvis extraheras från väghållarens databas eller uppsamlas direkt på plats. När detta har gjorts kan den slutgiltiga avvattningsanalysen utföras med diverse tekniker, beroende på profilometerdatats typ av täckning. Ett medelvärde på antingen 10 eller 20 meter för profilometerresultaten bör användas. Medelvärdena beräknade på 100 meter är för långa för att fungera som grund för en pålitlig avvattningsanalys. Korrelationen mellan beläggningsskador och avvattningens tillstånd bör också noteras.
För grusvägar bör resultaten från dräneringsanalysen jämföras med inventeringsresultat insamlade vid tjällossning under våren och skador synliga i direkt-på-väg-videoklippen och stillbilderna. En väldigt bra parameter att jämföra med, om den finns tillgänglig, är BCI-värdet beräknat från fallviktsdeflektometern (FWD). Jämförelse mellan tjällyft och avvattning kan också göras, till exempel genom användning av resultat från IRI-vintermätning eller antennsvängningsdata från en mätning med georadar.
Fas 3: Lösningar
När sektioner med problem har identifierats och platserna registrerats kan rehabiliteringsdesignen inledas. All data bör sparas i ett arkiv för åtkomst vid nästa, och framtida, avvattningsutvärderingar. På detta sätt blir övervakning och granskning av avvattningsförhållanden under kommande år enklare att genomföra än första gången.
4.1.4 Analys av beläggningsskador – belagda vägar
Vad är en analys av beläggningsskador?/h3>
Analys av beläggningsskador, som namnet antyder, kan endast användas för att utvärdera typ och omfattning av skada i beläggningslagren på belagda vägar. Vissa indikationer på permanent deformation kan också erhållas via inventering av beläggningsskada (PDI). Den vanligaste metoden för att analysera beläggningsskador är en visuell inspektion gjord från ett fordon i rörelse.
Inventering av beläggningsskador (PDI), såsom det vanligtvis används, är en halvmanuell metodik för sprickinventering som baseras på visuella inspektioner gjorda från ett fordon med låg hastighet. Föraren av fordonet berättar för operatören vilka typer av sprickor det finns på vägen och operatören matar in data på en panel kopplad till en dator som överför informationen från fältundersökningen till en databas för sprickbildning. Inventeringen utförs normalt i båda riktningarna.
Fordonets vägadress och position bör automatiskt uppdateras till databasen. Videomaterial kan också användas som referensdata.
Efter att mätningen är färdig kan olika index som beskriver graden och mängden av skador beräknas. Den finska PDI-indexenheten för graden av beläggningsnedbrytning är m2. Med det här systemet betraktas asfaltbetongbeläggning att vara i dålig kondition när PVI-index är 60m2, medan en asfaltbeläggning av mjukasfalt är dålig när den har ett PVI på 115m2.
Dessa typer av visuella inspektionssystem betraktas dock som opålitliga och det är därför automatiserade analysmetoder stadigt ökar i popularitet. De utförs också från ett fordon i rörelse, men mäthastigheten är mycket högre, vanligtvis lika hög som normal trafikhastighet. Fordonet kan utrustas med digital- och videokameror, laserscanners eller kameror för linjescanning genom användning av antingen ”bildtolkning” med datormjukvara eller laserbaserad mätanalys.
Med systemet för “bildtolkning” bearbetar mjukvaran bilddata och påvisar zoner med nedbrytning. Det kan också generera kartor som visar sprickors exakta positioner. Det laserbaserade scannersystemet kan mäta spårbildning, ojämnheter och textur etc. Laserstrålarna mäter vägytan och skapar en modell där nedbrytningszoner kan ses tillsammans med den exakta positionen för varje zon.
Jämfört med traditionella PDI-metoder kan automatiserade system ge inte bara högre mäthastigheter utan också data med högre kvalitet, repeterbarhet av mätningar, information om exakta positioner för sprickor, möjligheten att integrera analys av beläggningsskador med andra mätningar av vägtillståndet och möjligheten att utveckla nya användningar för mätdata i planerings- och upphandlingsprocessen.
Den enda nackdelen med den automatiserade analysmetoden är att systemet vanligen ignorerar enstaka sprickor i områden med liten nedbrytning och det är därför viktigt att alltid utföra visuella undersökningar för att validera data.
En annan användbar teknik vid analys av beläggningsskador är värmekameran. Den kan användas vid analys av beläggningsskador tillsammans med vanlig digitalvideo. I vissa fall kan värmekameran till och med uppfatta sprickor som ännu inte syns på beläggningsytan. Än bättre utdata med värmekamera är värmefördelningen på vägen. Den kan ge värdefull information om fuktavvikelser i beläggningen beroende på t ex pumpning, sprickbildning eller dålig avvattning.
Hur indikerar beläggningsskador permanent deformation?
Det finns några få tumregler som kan användas vid utvärdering av typen av beläggningsskador och deformation/spårbildning. Vid nätsprickor (eller ”krackelering”), där nätens storlekar är små och positionerade endast i hjulspåren, kommer spårbildningstypen sannolikt att vara Typ 1.
Smala, längsgående sprickor av typen ”uppifrån och ner” på båda sidor av hjulspåren kan också indikera spårbildning Typ 1.
Spårbildning Typ 2 har vanligtvis nätsprickor med större diameter än de som förekommer vid Typ 1, och sprickbildning uppstår även på sidorna av hjulspåren.
På smala vägar kan längsgående sprickor mellan hjulspåren också vara indikationer på spårbildning/deformation Typ 2.
Där avvattningens tillstånd är dåligt kan deformation Typ 2 också bero på vägrensdeformation och längsgående sprickbildning i vägrenarna.
4.1.5 Fältundersökningar för ojämnhet, spårbildning och tvärfall
Vad är ojämnhet och spårbildning?
Ojämnhet och spårbildning betraktas som de viktigaste parametrarna som påverkar det funktionella tillståndet hos en väg och dess standardnivå.
Med ojämnhet menas vertikala ojämnheter på vägen som kan orsaka osunda vibrationer i människokroppen. Se ROADEX III report “Health Issues Raised by Poorly Maintained Road Networks”. Den består generellt av tjällyftsbulor, gropar och längsgående sprickor för att nämna några, och beskrivs vanligtvis med hjälp av IRI (International Roughness Index).
Spårbildning är däremot ett resultat av ojämna nedtryckningar i beläggningen (och andra lager) och kan orsaka trafiksäkerhetsproblem, speciellt om beläggningen är våt. Dessa parametrar, i synnerhet de olika index som beskriver spårbildning, är mycket viktiga indikatorer på permanent deformation.
Laser-profilometern är en anordning som används för att mäta ojämnheter och spårbildning på belagda vägar. Den kan också mäta vägens tvärfall. Många länder som mäter ojämnhet på grusvägar använder också system som utnyttjar accelerometrar.
Accelerometern är monterad på fältundersökningsfordonets bakaxel för att ge en indikation om ojämnhet under hjulet. Accelerometrar är billigare än laserprofilometrar och tack vare sitt låga pris kommer de att kunna anpassas till alla typer av personbilar eller allmänna fordon som postbilar, så att övervakning kan utföras på daglig basis om nödvändigt.
Jämte lasersensorer kan också ultraljudssensorer användas vid fältundersökningar av spårbildning på projektnivå.
Ett viktigt problem vid fältundersökningar av ojämnhet och spårbildning, speciellt vid analyser gällande permanent deformation på lågtrafikerade vägar, är att data bör samlas in och analyseras med tillräckligt korta intervaller för att fånga upp lokala problem, d v s 5 eller 10 m. Förhållanden i överbyggnaden eller undergrunden såväl som avvattning kan variera markant på lågtrafikerade vägar i korta intervall och längre intervall för datainsamling kan jämna ut dessa värden.
Utöver spårbildning och ojämnhet har tvärfallet och dess förändringar visat sig vara en väldigt viktig parameter som kan ha stora effekter på olyckor med tunga fordon. Tvärfall är vägytans tvärgående lutning. På en rak vägsektion ligger vägens mitt vanligen högre än dess vägrenar. I kurvor bör istället de yttre vägrenarna vara högre än de inre för att förbättra fordonsdynamiken. Oavsett vad är det dock viktigt att vägen har tillräckligt tvärfall så att vatten kan rinna av vägytan och så att avvattningssystemet fungerar som det ska. Om tvärfallet inte är tillräckligt kan det resultera i att vattnet ligger kvar på vägen och påskyndar spårbildning. Detta kan i sin tur leda till trafiksäkerhetsproblem.
Hur kan ojämnhet, spårbildning och tvärfallsdata indikera permanent deformation?
Det är inte lätt att påvisa att en väg drabbats av permanent deformation, eller en särskild typ av spårbildning, endast genom att titta på ojämnhetsdata. Resultat från fältundersökningar av avvattning från Rovaniemis underhållsområde under 2006-2007 har visat att IRI generellt är högre på platser där avvattningsförhållandena är dåliga och vägen drabbats av permanent deformation.
Dessa IRI-värden kan dock variera stort beroende på hur väl föraren av fältundersökningsfordonet kan följa spårens botten.
I områden med tjäle kan IRI-värden användas för att exkludera tjälrelaterad spårbildning Typ 2 som visas i figuren.
Jämförelser mellan olika mätresultat av spårbildning kan dock användas för att påvisa vägavsnitt som lider av permanent deformation.
Exempelvis kan en stor skillnad mellan avläsningar från “rygg”-typen av spårdjup och ”PMS”- typen av spårdjup indikera permanent deformation.
En annan bra indikator för permanent deformation fås genom att granska ökningen i spårdjup (mm/år) på vägen. Erfarenheter visar att det på belagda, lågtrafikerade vägar är acceptabelt med spårökning/år som är mindre än 0,8 mm/år. På liknande sätt bör alltid problem med permanent deformation ses som troliga när spårökningen är större än 1,5 – 2 mm/år.
Trendanalyser av spårbildningsdata, och analyser av vägens tvärfall från profilometermätning, kan också ge värdefull information om var dålig avvattning börjar resultera i permanent deformation.
4.1.6 Fältundersökningar med laserscanner
Under de senaste åren har laserscanners stått för den största utvecklingen inom NDT-tekniken för fältundersökningar av vägar, och det är ett faktum att dessa system snabbt kommer att bli ett standardverktyg för diverse uppgifter i hanteringsprocessen av vägars tillstånd.
Laserscanning är en teknik där avståndsmätning fås fram via tiden det tar för en laserstråle att färdas från laserscannern till målet och tillbaka. När laserstrålens vinkel är känd och strålar skickas i ett omfång av riktningar från ett fordon i rörelse med en känd position är det möjligt att skapa en 3Dbild av ytan, ett ”punktmoln” av en väg och dess omgivning. Punktmolnet kan ha flera miljoner punkter, där varje punkt har x, y & z-koordinater och ytterligare reflektioner eller utstrålningsegenskaper.
Precisionen i en fältundersökning med laserscanner kan påverkas av faktorer som reducerar sikten, såsom damm, regn, dimma eller snö. Hög vegetation längs vägkanten kan också förhindra att informationen från den gömda markytan fångas upp.
En laserscanner består av tre delar: en laserkanon, en scanner och en detektor. Laserkanonen producerar laserstrålen, scannern cirkulerar strålen och detektorn mäter den reflekterade signalen och preciserar avståndet till målet. Avståndsmätningen bygger på ljusets färdhastighet, eller fasförskjutning, eller en kombination av båda.
Kvalitén och priset för mobila fältundersökningssystem med laserscanner varierar men kan grovt delas in i två kategorier:
a) effektiva högprecisionssystem och
b) billigare “lekmans”-laserscannersystem med reducerad kapacitet för avståndsmätning och precision.
På lågtrafikerade vägar kan laserscanner-tekniken användas på flera olika sätt. En tvärsektion kan ge bra information om spårbildningens form och om det finnas några gräskanter som hindrar vatten från att rinna av beläggningen.
En karta med ytnivåer i färgkoder har varit ett ypperligt verktyg vid avvattningsanalyser för att hitta områden med dåliga diken och igensatta kulvertar. Även ändringar i vägbredd kan enkelt urskiljas från sådana kartor.
En kombination av data från laserscanner tillsammans med annan fältundersökningsdata från vägar kan vara en förträfflig grund för en analys av permanent deformation.
4.1.7 Georadar (GPR)
Vad är georadar?
Georadar (GPR) är en icke-förstörande fältundersökningsmetod av marken som kan användas vid undersökning av vägar, järnvägar, broar, flygplatser, miljöobjekt etc. Metodens huvudsakliga fördel är den kontinuerliga profilen av vägkonstruktionen och undergrundsjorden den ger, och som en konsekvens har tekniken blivit ett allt viktigare fältundersökningsverktyg vid strukturell utvärdering av lågtrafikerade vägar. Ytterligare en viktig fördel med metoden vid fältundersökningar av vägar är att den inte inkräktar på övrig trafik som använder vägen.
Metoden bygger på att skicka korta pulser av elektromagnetisk energi genom material med hjälp av antingen en luftburen eller
markbunden antenn.
När en elektromagnetisk våg träffar gränsen mellan två ämnen med olika dielektriska konstanter reflekteras en del av vågen tillbaka till ytan och fångas upp av mottagarens antenn. Resten av vågen fortsätter antingen vidare ner till underliggande medier eller sprids i flera riktningar. Position och typ av dielektriska olikheter för materialen indikeras av amplitud och frekvens för de reflekterade pulserna. GPR fångar data inklusive tiden (t) som gått åt för reflektionen och amplituden (a).
GPR-data måste bearbetas med lämplig mjukvara för att ge resultat som går att tyda.
När data är bearbetad kan den tolkas på ett antal olika sätt, t ex genom att beräkna beläggningens tjocklek och vägöverbyggnaden rent generellt,
indikera problem i vägen (t ex islinser under tjälsäsongen, spårbildning Typ 2),
göra ungefärliga bedömningar av undergrundsjordar, lokalisera torv och berggrund, etc.
Det finns många olika elektromagnetiska våglängder och antennfrekvenser som kan användas vid fältundersökningar med GPR beroende på vilka lager som ska undersökas. Vid fältundersökningar rörande beläggningar eller den övre delen av överbyggnaden, rekommenderas att en högfrekvensantenn (kort våglängd) används, då den kan skilja mellan tunna lager.
För antenner med höga frekvenser (1,0 – 2,5 GHz) är penetrationsdjupet ca 0,5-1,2 m./p>
och för lågfrekvensantenner (400-500 MHz) är det ca 1,5 – 4,0 m. Lågfrekvensantenner kan bara urskilja tjocka lager vilket gör att data nödvändigtvis inte är så pålitlig som högfrekvent beläggningsdata.
Överlag är precisionen hos GPR-metoden vid fältundersökningar av tjocklek +/- 10 %. Detta kan förbättras till +/- 5 % om referensborrprover finns tillgängliga.
Även om datainsamling kan göras vid en maximal hastighet av 60-80 km/h rekommenderas det för fältundersökningar på projektnivå, t ex för att utvärdera permanent deformation, att fältundersökningar med GPR utförs i en hastighet av 20-30 km/h för att möjliggöra högkvalitativ videoinspelning samtidigt. Den långsammare hastigheten och det mer frekventa samplingsområdet (10 scans/m) kan dessutom göra resultaten mer pålitliga.
Vid utvärderingar av permanent deformation rekommenderas det att också tvärprofiler mäts med GPR.
GPR-system är i konstant utveckling och deras användning som verktyg för vägteknik ökar. För tillfället håller den tredje generationens GPR-system med 3D på att lanseras. Systemet innebär multipla antenner som möjliggör bättre definition av typ för spårbildning och permanent deformation.
Mjukvarupaket för databearbetning och tolkning har också haft en stark utveckling och många av dessa innehåller numera möjligheten att länka och se GPS, kartor och videodata, tillsammans med GPR-data, vilket gör det lättare att förstå problemen hos vägen och dess omgivning.
Hur kan GPR användas för att identifiera permanent deformation?
Det finns flera sätt att använda GPR-data för att utvärdera vilken typ av spårbildning och permanent deformation som orsakar problem hos en väg.
Spårbildning Typ 0: Typ 0-spårbildning inträffar normalt på en nybelagd väg. Problem med packningen av obundna material blir vanligtvis synliga i de stora variationerna i beläggningsytans dielektriska värde. Denna metod kan också användas som kvalitetskontroll för att mäta hålrumshalt i beläggningen. Små variationer i packningsgrad är dock svåra att mäta.
Spårbildning Typ 1: Som diskuterats tidigare är den huvudsakliga orsaken till spårbildningsproblem Typ 1 vanligtvis relaterad till dåliga bärlagermaterial. Dessa material kan absorbera betydande mängder vatten och detta kan ses i GPR-data som höga dielektriska värden i gränssnittet mellan beläggning-bärlager.
Om FWD-data finns tillgänglig kan höga SCI-värden eller ökade töjningsvärden bekräfta GPR tolkningen.
Spårbildning Typ 2: Typ 2-spårbildning kan vanligtvis ses i GPR-tvärsektioner som ”lök-formade” reflektorer i överbyggnader, och som tjockare överbyggnader i hjulspår.
“Lökreflektorerna” går också att urskilja i longitudinella sektioner som multipla reflektorer nära överbyggnads-undergrundsgränssnittet.
“3D”-GPR-system ger båda längsgående data och tvärsektionsdata, och denna metod är troligen det enklaste sättet att använda GPR för att identifiera spårbildning Typ 2.
Om FWD-data finns tillgänglig kan spårbildning Typ 2 slutligen bekräftas genom höga BCI-värden eller höga deflektionsvärden uppmätta vid den geofon som sitter 900 mm från belastningsplattan.
4.1.8. Dynamisk konpenetrometer (DCP)
Den dynamiska konpenetrometern är en “låg-teknik” utrustning, lämplig för att utvärdera styvhet i väglager och i undergrund, och kan även ge viktig information om vägöverbyggnader.
Dess huvudsakliga komponent är den konformade änden som trycks (penetreras) ner i marken med en 8 kg tung fallhammare.
Penetrationsdjupet för ett eller flera slag registreras (i mm/slag) och mätningen avbryts när konen når det planerade djupet eller när penetrationshastigheten efter 10 hammarslag i rad är mindre än 3 mm/slag.
Efter att data samlats in kan resultaten från fältundersökningen beräknas för att få fram CBR (California Bearing Ratio) och modulvärden vid varje djup och utifrån dessa siffror kan vägens bärighet sedan uppskattas.
DCP kan också användas som ett praktiskt hjälpmedel för att definiera tjocklekar hos vägöverbyggnader, skjuvmotstånd i överbyggnader och undergrundsjordar, och för att lokalisera tjälgränsens penetrationsdjup. Det är också möjligt att hitta kopplingar mellan DCP-resultat och deformationsegenskaper i marken.
DCP-tekniken har dock några begränsningar, där den största är att tekniken inte kan användas om materialen i överbyggnaden består av stora stenar eller stenblock.
DCP används ofta som en referenskontroll för andra fältundersökningsmetoder, och dess primära användningsområde som fältundersökningsverktyg för lågtrafikerade vägar i Norra periferin kräver ytterligare forskning. Det är dock ett användbart verktyg, i synnerhet vid undersökning av vårtö och tjälgränser.
4.1.9. Fallviktsdeflektometer (FWD) och lättviksdeflektometer (LWD)
Vad är en fallviktsdeflektometer?
Fallviktsdeflektometern (FWD) är en automatiserad, stationär impulsbelastningsmetod som används för att mäta deflektioner på vägytan, som sedan kan användas för att beräkna vägens bärighet.
En FWD-utrustning är vanligen byggd på ett släp som dras av en bil, och mätningarna registreras automatiskt så att föraren inte behöver lämna fordonet för att utföra mätningarna. Fordonet måste dock stannas för själva mätningen.
Anordningen består av en vikt som släpps från en förutbestämd höjd ner på en platta som stöds av gummidämpare som vilar på en vägbaserad, cirkulär platta med en specifik diameter. Viktens fall har designats för att simulera belastningen som alstras av ett passerande, tungt fordon. Belastningen som appliceras på vägen kan variera från 20 upp till 150 kN, men den vanligaste belastningen är 50 kN på en 300 mm belastningsplatta. Deflektionen mäts av ett flertal geofoner placerade radiellt med utgångspunkt från centrum av belastningsplattan.
FWD används normalt för undersökning av belagda vägar men har också använts framgångsrikt i Norra periferin för fältundersökningar på grus- och skogsvägar. Förutom mätningar av bärighet kan FWD, precis som alla deflektionsmätningar, användas för många olika ändamål, t ex undersökning av förstärkningsbehov, identifering av svaga punkter i vägen, för att upprätta en prioritering för förstärkning av vägen, övervakning av styrkan i lagren vid byggnad och naturligtvis för forskning.
Som mätmetod är FWD förhållandevis långsam, men det är den vanligaste fältundersökningsmetoden för deflektion. På lågtrafikerade vägar rekommenderas datainsamlingsintervall på 50 m.
Lättviktsdeflektometer
Vid mätningar av styvhet på grus- och skogsvägar är den portabla lättviktsdeflektometern (LWD) ett alternativ i FWD- och DCP-gruppen. Detta instrument mäter ytmodulen, och vissa instrument har kompletterande geofoner som kan hjälpa till att identifiera eventuella bärighetsproblem relaterade till lagren nära vägytan.
FWD och fältundersökningar av permanent deformation
FWD-data kan vara användbara på ett antal sätt i projekt rörande permanent deformation. FWDparametrar kan hjälpa till att identifiera kritiska lager/djup under vägytan som löper störst risk att drabbas av permanent deformation, och kan också användas för att beräkna de parametrar som behövs för att dimensionera den nya rehabiliteringsöverbyggnaden. När bärlagermaterial och glaciala odlingsjordar ska utvärderas är det dock värt att ha i åtanke att FWD-avläsningar som uppmätts från dessa material kan ge rätt höga styvhetsvärden om de mäts under torra sommarmånader. Om FWD-data visar att ett material är dåligt så är det därför alltid dåligt. Men om FWD-data däremot visar att ett material är bra kan det antingen vara bra eller dåligt, beroende på när FWD-fältundersökningen genomfördes.
Bakåträkning av lager- och undergrundsmodulvärden är den vanligaste FWD-utvärderingsmetoden för asfaltbeläggningar, speciellt på högtrafikerade vägar, men metoden kan också användas på lågtrafikerade vägar och t o m på skogsvägar, som det här fallet från Skottland i figur (9) visar. För att få pålitliga bakåträkningsresultat behövs information om lagertjocklek vilket vanligtvis kan erhållas från GPR-data. När modulvärden och tjockleksinformation om överbyggnader och undergrundsjordar är kända är det möjligt att beräkna ytmodulen för hela vägsektionen med hjälp av Boussinesq-Odemark-ekvationen, och att utvärdera vilka sektioner som löper störst risk för permanent deformation.
FWD-data kan även användas för att beräkna Surface Curvature Index (”ytböjningsindex”, SCI) och Base Curvature Index (”terrassböjningsindex”, BCI) som också kan vara väldigt användbara för att bestämma om en väg har problem med spårbildning Typ 1 eller Typ 2. SCI beräknas genom att subtrahera D200-deflektionsvärdet (eller i vissa länder D300 mm) från D0-deflektionsvärdet. Denna siffra ger en indikation om beläggningens styvhet och den övre delen av det obundna bärlagret. Ett högt SCI-värde indikerar en större risk för spårbildning Typ 1.
BCI beräknas genom att subtrahera D900-deflektionsvärdet från D1200-värdet och är en utmärkt indikator för hur en överbyggnad kan fördela hjullasten över en svag undergrund för att reducera den vertikala spänningen i gränssnittet överbyggnad/undergrundsjord. Om BCI är högt indikerar det antingen problem med spårbildning Typ 2 eller pumpning.
De rekommenderade gränsvärdena för SCI- och BCI-värden rörande belagda vägar anges i figuren.
och de motsvarande klassificeringsvärdena för svaga, belagda vägar och grusvägar finns angivna i figuren
Värdena som visas för den “extremt dåliga” klassen har visat sig korrelera mycket väl med att förutsäga omedelbar beläggningsnedbrytning på lågtrafikerade vägar i Skottland.
4.1.10. Metoder för laboratorieprovning
Den här lektionen sammanfattar de provningsmetoder i laboratorium som rekommenderas av ROADEX-projektet för att upptäcka problematiska obundna material och göra diagnos för bakomliggande orsaker för deras dåliga egenskaper. Dessa material finns vanligtvis i vägens bärlager eller förstärkningslager och kan reducera beläggningens livslängd. De rekommenderade laboratorieprovningarna kan delas in i tre steg.
Steg 1
Den grundläggande idén med testerna under steg 1 är att genomföra de enklaste och mest kostnadseffektiva testerna först, då dessa tester ibland är tillräckliga för att själva karaktärisera problemet. Resultaten från dessa tester kan indikera om material är känsliga för fukt. De kan dock, om nödvändigt, även ge värdefull information vid designprocessen för rehabilitering för valet av lämpliga tillsatsmedel och teknik för att förbättra materialkvalitén. De rekommenderade provningsmetoderna för laboratorium för det första steget är a) analys av kornstorleksfördelning och b) materialets organiska innehåll. En ytterligare provning c) materialets vatteninnehåll kan också bestämmas (vilken är billig att genomföra), men resultatet är mycket känsligt för fel, t ex då prover har förvarats på ett olämpligt sätt och vatteninnehållet därför har påverkats. Ett högt gravimetriskt vatteninnehåll (> 5 % av vikten) i bärlagermaterialet indikerar nästan alltid någon typ av problem.
Kornstorleksfördelning är den viktigaste faktorn för att uppskatta egenskaper hos problematiska material och bör analyseras med våtsiktningsmetoden. Innehållet av finmaterial och formen på kornstorleksfördelningskurvan kommer att påverka de mekaniska egenskaperna hos materialet och resultaten som fås fram kan också ge information om möjliga behandlingsalternativ under designfasen. Vid beställning av en analys av kornstorleksfördelningen är det viktigt att specificera en ”våtsiktningsanalys” då finare material ofta kan fastna på ytan av större korn och därför inte kan lossgöras utan vatten.
Om andelen finmaterial efter våtsiktning är 10 % eller högre bör kornstorleksfördelningen hos finmaterialet också bestämmas. Detta kan göras med flera metoder, som bygger på sedimentation eller laserdiffraktion.
Den vanligaste metoden, baserad på sedimentation, är areometer-metoden. Denna metod är billig men långsam, och testet tar normalt några dagar.
När resultaten erhållits från analysen av finmaterialets kornstorleksfördelning bör de integreras med resultaten från våtsiktningsprovningen. Vid analys av dessa resultat bör speciell uppmärksamhet fästas på lerinnehållet (partiklar med storlek mindre än 0,002 mm). Om lerinnehållet för hela materialet är större än 3 %, är det högst troligt att det analyserade materialet är tjälfarligt och att vägen troligen kommer att drabbas av problem med permanent deformation (spårbildning Typ 1) under tjällossningen eller efter frystö-cykler.
Vid analys av kornkurvan för bärlagermaterial bör man först titta på innehållet av finmaterial, d v s den relativa mängden partiklar < 0,063 mm. Om innehållet av finmaterial utgör mer än 10 % av materialet, kommer materialet att haverera även om det finkorniga materialet håller hög kvalitet. I det fallet bör kornstorleksfördelningen hos finmaterialet också bestämmas (se ovan). Om det finkorniga innehållet är mellan 4-10 %, beror det obundna materialets kvalitet på kvaliteten i finmaterialet. Om andelen finmaterial är mindre än 4 % är det inte troligt att materialet har mekaniska problem oavsett om finmaterialets kvalitet är dålig. Om andelen finmaterial är hög (>5%) och vägen har problem med spårbildning Typ 1, eller andra indikationer som kan relateras till bärlagermaterial av dålig kvalitet, rekommenderas det att ytterligare test bör utföras innan Steg 2 inleds i analysprocessen.
Lösningar för material med en stor andel finmaterial kan inkludera följande: stabilisering med bitumen eller nya behandlingsmedel, ”förgrovning” (tillägg av grovt material till exempel makadam), eller reducering av de effektiva spänningarna hos materialet.
Ett annat möjligt problem som går att se på en kornkurva är en hög andel sand, som framstår tydligt som en ”sandpuckel” på kurvan för kornstorleksfördelningen. Detta kan också orsaka spårbildning Typ 1.
Lösning
För att förbättra materialkvalitén är den bästa lösningen i det här fallet att använda förgrovning (genom tillägg av öppengraderat bärlager eller makadam).
Omvänt kan graderingskurvan också visa på en brist på mellanstora korn. I en sådan situation är kurvan för kornstorleksfördelningen en så kallad ”öppen gradering”. Om materialet innehåller obundna lager som är för grova blir det svårt att uppnå en acceptabel densitet under den inledande packningen av materialet, speciellt på lågtrafikerade vägar med svaga undergrunder. Den typen av dålig packning kan i sin tur framkalla problem i form av spårbildning Typ 0.
Lösning
Lösningen i det här fallet är att försöka förbättra packningen av materialet. Den positiva aspekten av den här typen av spårbildningsproblem är att det reduceras över tid och i vissa fall är det tillräckligt med ny beläggning. Ytterligare ett alternativ är att lägga till sandpartiklar i materialet.
I många laboratorier är det vanligt att bestämma innehåll av organiskt material i samband med analyser av kornstorleksfördelningen. Innehåll av organiskt material kan till exempel definieras som viktförlust vid antändning. Högt innehåll av organiskt material kan orsaka fuktkänslighet, vilket kan påverka valet av tillsatsmedel.
Steg 2
Målet med laboratorieprovningarna i steg 2 är att verifiera om materialet är fuktkänsligt. Det vanligaste testet som använder i det här steget är a) tubsugningstestet, b) specifik yta hos finmaterialet och c) vattenabsorptionsindex-test.
ROADEX-projektet rekommenderar tubsugningstestet för mätning av vattensugningsegenskaper i obundna material. Detta test mäter om det obundna materialet absorberar fukt när den finns tillgänglig i omgivningen. Mängden absorberat vatten övervakas med mätning av materialets dielektriska värde vid specifika tidsintervall. Det dielektriska värdet är huvudsakligen en funktion av volymetriskt vatteninnehåll i materialet. Det rekommenderas också att materialets elektriska konduktivitet mäts under tubsugningstestet eftersom detta indikerar mängden osmotisk sugning i provet, och om materialet har problem med, t ex klorider.
Tubsugningstestet utförs på följande sätt. Innan testet inleds ska proven packas in i plaströr som är 200 mm långa och 150 mm i diameter, och torkas i +40-45°C under åtminstone 3-4 dagar för att sedan stå i rumstemperatur i åtminstone 2 dagar. Undersidorna av de torkade proven placerade sedan i destillerat vatten.
Dielektriska värden och elektrisk konduktivitet mäts sedan med en mätanordning från provets övre del vid specifika intervall (30 min, 1, 2, 4, 6, 8, 24, 32 timmar och därefter en gång per dag från 2 dagar upp till minst 10 dagar tills värdena blivit stabila). Storleken och tillväxttakten för det dielektriska värdet avslöjar hur mycket och hur snabbt vatten stiger till toppen av provet genom kapillära krafter.
Obundna material kan klassificeras efter dielektriskt värde. Om det dielektriska värdet är mindre än 9 kommer materialet att hålla god kvalitet som bärlagermaterial. Om det dielektriska värdet är 9-16 är materialet tveksamt som bärlagermaterial. Om det dielektriska värdet är högre än 16 är materialet olämpligt som bärlagermaterial.
Om provets elektriska konduktivitet är hög innebär det att provet kan innehålla höga mängder salt, eller skadliga nedbrytningsprodukter med ursprung i de obundna mineralerna.
Lösning
Om resultaten från tubsugningstestet visar att materialet är tveksamt eller direkt olämpligt som bärlagermaterial är lösningen att välja en lämplig behandlingsmetod eller göra det obundna materialet grövre. Testerna i steg 3 kommer att kunna ge ytterligare information om materialet och underlätta valet av möjlig behandlingsmetod.
Testet för den specifika ytan indikerar ytan hos finkorniga materialet. Ju större yta som mätts upp, desto troligare är det att vattnet hålls kvar på materialpartiklarna. Om det specifika ytområdet är större än 4000 m2/kg är det en tydlig indikation på någon form av problem rörande kvalitén hos det finkorniga materialet.
Vattenadsorptionsindex indikerar potentialen för fukt att adsorberas på ytan av de finkorniga partiklarna vid 100 % relativ luftfuktighet. Det är också en indikator för hur aktiv interaktionen mellan materialet och vattnet är. Om det finkorniga innehållet är lågt (mindre än 4%) och vattenadsorptionsindexet modest (<1 %) är det högst osannolikt att det analyserade materialet är fuktkänsligt och att fuktkänslighet är orsaken till vägskador. Adsorptionsvärden högre än 3% indikerar någon form av problem om provet inte innehåller klorider. Vattenadsorptionsvärdet är väldigt känsligt för saltinnehåll och det är därför höga vattenadsorptionsvärden alltid ska jämföras med elektriska konduktivitetsvärden från tubsugningstestet.
Steg 3
Laboratorietesterna i det tredje steget är specialtester. Dessa innefattar Proctor-testet, tjällyftstestet och kloridinnehåll..
Om laboratorietesterna i steg 1 och 2 indikerar att materialet är fuktkänsligt och att materialbehandling med stabiliseringsmedel är en möjlighet, bör steg 3-test vara ett vanligt Proctortest på det obehandlade materialet. Proctor-testet ger en indikation om det packade materialets densitet vid varierande vatteninnehåll. Packning och blandning av de flesta tillsatsmedel på plats utförs i närheten av det optimala vatteninnehållet för materialet. Av detta skäl är Proctor-testet en viktig preliminär indikator för material som behöver behandlas med stabiliseringsmedel.
Tjällyftningstester används för att bestämma tjälfarligheten hos material. Det finns ett antal olika typer av tester tillgängliga men de vanligast förekommande är konstant temperaturtesterna.
Typiska resultat från tjällyftstestet presenteras vanligtvis som en funktion av tiden.Tjällyftning (h) är en tydlig parameter som härstammar direkt från förskjutning.Tjällyftningshastighet (v) refererar till tjällyftning per tidsenhet och kan därför lätt räknas fram från testresultat.Tjällyftsförhållande indikerar förhållandet mellan tjällyftningen (h) och det frusna lagrets tjocklek.Tjällyftningskoefficienten (SP), som är relaterad till segregationspotentialen, räknas fram som förhållandet mellan tjällyftningshastighet och temperaturökningen för den frusna provsektionen. Om tjällyftskoefficienten är lägre än 0,5 är materialet inte utsatt för tjällyft. Material som är litet eller extremt mycket frostkänsliga med stora tjällyftningsegenskaper kan behandlas med lämpliga tillsatsmedel.
När testresultat ska tolkas är det viktigt att komma ihåg att proverna från överbyggnaden kan innehålla spår av inblandningar, t ex dammreducerande salter. Om materialet innehåller klorider kan det påverka testresultaten, för t ex vattenadsorptionsindex och elektrisk konduktivitet som uppmätts vid tubsugningstestet. Kloridinnehåll kan definieras på flera olika sätt, till exempel genom titrering.
Utöver de laboratorieprovningsmetoder som nämns i steg 1, 2 och 3 finns det ytterligare en specialtestmetod som ofta används för att erhålla de materialparametrar som behövs för förstärkningsdesign, nämligen Triaxial-testet. Triaxial-testet är ett användbart test för att bestämma styrkeparametrarna i vägmaterialet, som kohesion och friktionsvinkel, något som krävs för ROADEX tillvägagångssätt för att motverka spårbildning Typ 1.
Principen bakom triaxial-testet visas i figuren. Ett cylinderformat prov täcks med gummimembran och placeras sedan i en cell. Cellen utsätts för tryck så att provet uppnår ett triaxialt spänningstillstånd, och provet komprimeras väldigt långsamt axialt tills det brister. Den axiala belastningen mäts med en kraftsensor under komprimeringen. Ett enkelprov ger skjuvmotståndet för provet vid ett speciellt spänningstillstånd. Minst tre tester brukar normalt genomföras med olika celltryck (spänningstillstånd) för varje prov.
Kohesionen och friktionsvinkeln kan sedan räknas fram med testerna som grund.
A summary of the above laboratory tests, their analyses and an interpretation of their results is given in Lesson 8
4.1.11. Integrerad analys av resultat från fältundersökningar av vägar
Alla tidigare lektioner bör ha gjort det tydligt att det inte finns någon enskild metod som kan lösa alla problem med en diagnos av permanent deformation på ett pålitligt sätt, eller ge all den information som behövs för en bra kvalitetsdesign. Det är därför viktigt att ett spektrum av fältundersökningstekniker används, och att deras kombinerade resultat analyserar samtidigt på kontoret på ett integrerat sätt.
Det bästa och billigaste sättet att genomföra en integrerad analys är att granska all data från fältundersökningar på en datorskärm med hjälp av något modernt mjukvarupaket, specifikt utformat för ändamålet. Dessa typer av paket möjliggör för designteknikern att jämföra fältundersökningsresultat sida vid sida med digitala videor och på det sättet utvärdera om problemen går att koppla till specifika omständigheter eller platser. Med dessa paket kan andra typer av specialister, som t ex geotekniker, bli bekanta med specifika problem på varje plats, även om de själva inte har besökt platsen.
Integrerad analys möjliggör också statistisk analys av ett antal kritiska parametrar i diagnosen för permanent deformation. Dessa inkluderar a) avvattningsklass, b) tjocklek hos beläggning och bundna lager, c) total tjocklek för överbyggnader, d) typ av undergrundsjord, e) tvärprofiltyp och, som ett exempel, f) om problempunkter hittas på en raksträcka eller på kurviga sträckor som ett resultat av körbeteende.
Följande fall från väg 21 i finska Lappland är ett bra exempel på användning av integrerad data från fältundersökning och statistiska analyser vid diagnostisering av typiska problem, och för att erhålla användbar information för rehabiliteringsdesign. I det här fallet analyserades GPR-tjockleksdata, FWD-data och spårbildningsdata från profilometer (kantspår) tillsammans med hjälp av ett paket för statistisk analys.
Jämförelsen mellan SCI-värden för FWD-mätning och medianvärden för spårbildning visar att högre SCI-värden innebär högre spårdjup på vägen. Denna relation indikerar att det huvudsakliga problemet troligen är spårbildning Typ 1 på grund av ett lågkvalitativt bärlager.
Jämförelser mellan BCI-värden från FWD och olika spårbildningsnivåer visar å andra sidan att medianvärdet för BCI är mer än 40 μm i den högsta spårbildningsklassen (>25 mm). Detta indikerar att det också finns problem med spårbildning Typ 2 i sektionerna med de högsta spårdjupen.
Slutligen antyder en jämförelse mellan värden för beläggningstjocklek och spårdjup att en möjlig lösning på problemet med lågkvalitativt bärlager och spårbildning Typ 1 skulle kunna vara att välja en beläggningstjocklek på 100 mm eller mer. Denna lösning kommer dock inte att fungera i områden med spårbildningsproblem av typ 2 och höga BCI-värden och en annan typ av strukturell lösning krävs därför för dessa områden.
4.2. Design av fältundersökningssystem på projektnivå
Den första uppgiften i en fältundersökning för ett vägnät eller på projektnivå är att samla och analysera all existerande data som finns tillgänglig genom att besöka platsen och intervjua lokal driftpersonal och, baserat på resultaten som fås, bestämma behovet av framtida fältundersökningar. Se ROADEX-rapporten: Övervakning, kommunikation och informationssystem & verktyg för att fokusera insatser
Valet av den fältundersökningsteknik som ska användas på en vägsträcka beror på typen av väg samt tillgängliga resurser och tekniker. Den rekommenderade prioriteringslistan för fältundersökningar gällande ROADEX-projekt visas nedan. Åtminstone de tre första fältundersökningarna på denna lista bör alltid genomföras, även då resurserna är minimala.
- En digital videoinspelning av vägen med GPS-koordinater, eller avståndsinformation
- En skadeanalys gjord under datainsamlingen, eller efteråt från den digitala videoinspelningen
- En avvattningsanalys gjord på plats och/eller från den digitala videoinspelningen
- En fältundersökning med GPR för en strukturell utvärdering av vägen
- En fältundersökning av bärighet med FWD, eller mätningar av styvhet och strukturell tjocklek genom DCP-provtagning och laboratorieanalyser
- Fältundersökningar för mätning av ojämnhet och spårbildning
- Fältundersökningar gjorda med laserscanner
Data ska inte bara samlas in utan måste också analyseras, och ett beslut bör tas vid planeringen av ett projekt om vem som ska genomföra den integrerade analysen. Vanligtvis är det samma person/konsult som blivit instruerad att genomföra rehabiliteringsplanen, men det kan också vara en separat person/konsult.
Som påpekats tidigare är ett pålitligt positioneringssystem en nyckelkomponent för ett vägprojekt med framgångsrik övervakning och fältundersökning. Detta är givetvis inget problem vid ett stationärt övervakningssystem, men vid användning av ett mobilt system måste positionering genomföras på ett korrekt sätt. I ett väldesignat system säkerställs detta genom användandet av dubbla eller tredubbla system, vilket innebär att insamlad data positioneras med hjälp av GPS-data, DMI-data (Distance Measurement Instrument, trippmätare) och länkar till bildrutor i de digitala videoinspelningarna. I sådana fall kan insamlad data positioneras korrekt även om ett system slutar fungera.
Ett vanligt problem som dyker upp när olika fältundersökningsmetoder för vägar används är en dålig matchning i referenssystemet för positionering på grund av olika kalibreringar i trippmätare eller olika startpunkter. På grund av detta bör ansvariga för projektet alltid försäkra sig om att alla system i ett projekt använder ett gemensamt positioneringssystem genom att markera ut start- och slutpunkter för fältundersökningen på vägen med målarfärg, eller fastsatta markeringar etc.
4.3. Långsiktig övervakning av lågtrafikerade vägkonstruktioner
4.3.1. Övervakningstrender
Ett av de mest kostnadseffektiva sätten för att hantera vägens tillstånd på sätt som motverkar permanent deformation är att övervaka trender för vägens beteende. Detta innebär övervakning och analys av vägnätet över tid. När till exempel spårbildning analyseras på en vägsektion med en spårbildningshastighet mätt i mm/år, går det att omedelbart urskilja sektioner som drabbats av permanenta deformationsproblem.
Informationen kan också användas som ett verktyg för att styra preventiva underhållsinsatser på vägen. En analys av ökning i spårbildning kan t ex användas för att identifiera områden med avvattningsproblem i ett tidigt skede innan allvarliga problem dyker upp och medan insatser är lätta och billiga att genomföra.
Trender kan beräknas och övervakas genom ett flertal mätbara vägparametrar. De trender som kan övervakas och ge värdefull information vid insatser mot permanent deformation är:
Spårbildning
Om ökningshastigheten för spårbildningen på lågtrafikerade vägar är högre än 0,8-1 mm/år bör permanent deformation övervägas. ROADEX rekommenderar att ett antal olika sätt för att beräkna spårbildning och spårparametrar bör användas (såsom ”PMS spår” och ”kantspår” i Finland, eller avstånd mellan spårbottnar i Sverige). Om ökning i spårbildningshastighet noteras bör avvattningsförhållandena först undersökas. Om avvattningen är godtagbar behövs en mer detaljerad diagnos.
Ojämnhet
Övervakning kan identifiera snabbt ökande ojämnhet på grund av problem med frostutmattning eller utvecklingen av spårbildning och beläggningsskador. Ökningshastigheten för ojämnhet kan också indikera problem vid bebyggelse, t ex vägsektioner som vilar på torv. På högkvalitativa vägar ska IRI-ökningen vara mindre än 0,5 mm/m/år. Problem uppstår generellt när IRI-värdet är mer än 0,8 mm/m/år. Återigen bör avvattningen först kontrolleras som en anledning bakom alla typer av ökad ojämnhet. Ett bra exempel på detta är en blockerad trumma som syns i vägens jämnhet. Om dålig avvattning inte är problemet bör en mer detaljerad diagnos genomföras.
Beläggningsskador: Denna indikator blir troligen väldigt användbar i framtiden för att lokalisera vägsträckor som drabbats svårt av permanent deformation. Den automatiserade insamlingen av ett spektrum av olika parametrar öppnar upp möjligheter för enklare beräkningar av beläggningsskador.
Töjning: Töjning eller asfaltbeläggningsmoduler kan beräknas från FWD-data, men metoden används normalt inte som övervakningsverktyg då FWD-fältundersökningar kan vara dyra att genomföra. FWD-fältundersökningar bör dock genomföras med åtminstone 5-8 års intervall och om mätningar görs på samma punkter går det att göra en del jämförelser. Ett exempel på detta går att finna vid en jämförelse mellan Svenskt bärighetsindex på nyligen belagda vägar. På bra vägsektioner håller sig töjningen tämligen konstant på en nivå kring 200 eller lägre, men på sektioner med deformationsproblem Typ 1, kan dessa töjningar snabbt öka till en nivå av 300-400 microstrain i takt med att vägen närmar sig slutet av sin livslängd.
Dielektriskt värde från en luftburen GPR-antenn från beläggningens yta eller från gränssnittet beläggning/bärlager- kan ge värdefull information för diagnoser av vägproblem. Höga dielektriska värden (>20) på grusvägar, och skogsvägar med ett slitlager, kan indikera avvattningsproblem. Höga dielektriska värden kan också vara ett tecken på att slitlagret adsorberar för mycket vatten och kommer att bli känsligt för permanent deformation och/eller halka vid regn.
Dielektriska ytvärden kan också ge information om tillståndet hos beläggningen på belagda vägar. På nyligen byggda vägar bör beläggningsytans dielektriska värde normalt vara mellan 5,0-7,0 med små avvikelser i värde beroende på blandning och typ av stenmaterial. Efter den första vintern kommer värdena att öka något (med ungefär en enhet) och sedan stabiliseras om det inte finns några problem. När vattnet börjar lösa upp bitumen-stenmaterial-bindningen, kommer dock beläggningsytans dielektriska värde att börja öka. När sprickbildning sedan börjar uppstå i beläggningen kommer också avvikelserna i det dielektriska värdet att börja öka.
På belagda vägar bör spårbildning Typ 1 alltid misstänkas om det dielektriska värdet för beläggningen/bärlagergränssnittet är högre än 9, eller i Skandinavien även högre än 8.
Avvattning och vägens form
Omfattande övervakning och trendanalys kan vara tämligen dyrt att genomföra på lågtrafikerade vägar och rekommenderas generellt bara för högtrafikerade vägar, och på speciella svaga, lågtrafikerade vägar med en stor mängd tung trafik. På grund av detta kan det ibland vara mer lönsamt att genomföra en avvattningsanalys med en laserscanner, snarare än en trendanalys, för att på så sätt fastställa de mest utsatta sektionerna som behöver speciellt avvattningsunderhåll.
4.3.2. Övervakning av årstidsbundna förändringar
ROADEX-rapporten om försvagning på grund av vårtö och materialegenskaper har visat att den största mängden (60-80 %) spårbildning och permanent deformation inträffar under de få dagar eller veckor under våren då tjälen smälter, eller i tjälfria områden, efter ett par frostnätter åtföljda av kraftigt regn. På grund av den globala uppvärmningen har dock antalet kritiska frys-tö-cykler under den tidiga vintern ökat dramatiskt i den Norra Periferin under de senaste åren, vilket orsakat stora problem för väghållare, speciellt skogsindustrin.
Länder i den Norra Periferin har traditionellt hanterat tjällossningsproblemen på våren genom att tillämpa lastrestriktioner på svaga vägar. Det är ett enkelt och billigt sätt för väghållare att hantera problemet, men det skapar problematiska konsekvenser för lokala industrier som behöver tunga transporter året runt. Av den anledningen har ROADEX-projektet letat efter nya tekniker för att lösa problemen. Se ROADEX II-rapporten: Hantering av tjällossning på grund av vårtö på lågtrafikerade vägar
Ett stort problem för väghållare som ska bestämma om vägar behöver lastrestriktioner, eller andra typer av insatser för att skydda dem mot permanent deformation, är emellertid den generella bristen på information vad gäller årstidsbundna förändringar i vägen och dess tillstånd, och om den kan bära tunga axellaster.
På grund av den permanenta deformationens komplexa natur vid årstidsbundna förändringar finns det ett flertal kritiska parametrar som bör övervakas med moderna driftsystem. Dessa parametrar kan delas in i tre huvudkategorier: a) väder- och temperaturproblem som kan påverka vägöverbyggnader och undergrundsjordar (frys-tö), b) fuktinnehåll, styvhet och risken för permanent deformation, och c) information om tung trafik. I ett optimalt system bör alla dessa kategorier övervakas.
I den första kategorin, väder och temperatur, har de mest populära övervakningsmetoderna i den Norra Periferin för att identifiera huruvida vägmaterial har frusit eller tinat varit parametrarna ”tjäldjup” och ”jordtemperatur”. Dessa övervakades tidigare med ”Gandahl-tuber” installerade i vägen. Om det enda målet nu är att kontrollera om vägöverbyggnaderna och jordarna är frusna
är en av de bästa metoderna att installera temperatursensor med små, vertikala avstånd i vägen och undergrundsjorden.
Georadarmätning är, speciellt när den utförs med 3D, ett användbart verktyg för att få information om tjäldjup i en väg, både i längsgående och tvärgående riktning.
Den andra kategorin av parametrar består av tekniska överväganden, där dielektriskt värde troligen är den mest kritiska faktorn som bör mätas vid övervakning av förändringar mellan årstider. Det dielektriska värdet är en indikator för volymetriskt fritt vatteninnehåll, och eftersom det förändras i värde från 81 till ett grovt uppskattat värde på 4 när vattnet fryser, kan det dielektriska värdet användas för att avgöra om ett material är fruset.
Dielektriskt värde kan mätas med hjälp av Time Domain Reflectometer sonder (TDR)
och sonder som kan detektera förändringar i elektrisk kapacitans. Kapacitansbaserade sonder, som också mäter elektrisk konduktivitet och temperatur, har framgångsrikt använts vid ROADEX fälttester. Materialens dielektriska värde kan också övervakas genom användningen av speciella Georadar-ljudtekniker. Under de senaste åren har vägtekniker långsamt rört sig, från att diskutera vatteninnehåll i väg och materialen, till att mer direkt diskutera det dielektriska värdet i sig.
Sensorer kan också användas för att mäta elektrisk konduktivitet och resistivitet. Sensorerna utnyttjar faktumet att jorden får ett elektriskt motstånd när den är frusen. Det är också värt att notera angående elektrisk konduktivitet att den kan ge mycket värdefull information om lerkolloider och annan materia under tö-fasen.
Till exempel kan en period av ytuppmjukning på grund av tö, när vägytan är plastisk, ses som en hög topp i avläsningarna för elektrisk konduktivitet.
ROADEX II-projektet har också visat att dagligt regn som faller efter frys-tö-perioder är en viktig parameter att övervaka med tanke på risken för vägnedbrytning. Detta gäller i synnerhet i Skottland. En parameter som har potential att bli väldigt användbar i framtiden, speciellt på grusvägar, är avdunstning.
Andra viktiga parametrar, men svårare och dyrare att övervaka, är parametrar relaterade till styvheten i överbyggnaden och undergrundsjorden (modul och CBR). Dessa kan mätas med metoder som DCP, FWD och LWD som beskrivs tidigare i denna lektion. Vägytans nivå vid tjällyftning och sättning vid tö kan också vara användbara parametrar.
Den sista kategorin parametrar rör information om den tunga trafik som använder vägen (även om detta ligger utanför den direkta övervakningen av förändringar mellan årstiderna). Den vanligtvis övervakningsparametern i den här kategorin är axellaster och totalvikterna för de tunga fordonen. Dessa kan övervakas med system som ”Weigh In Motion” (WIM)-tekniker.
Resultat från ROADEX II-projektet visar att tidsintervallen mellan tunga fordon, och den återhämtningstid som följer för vägen, är mycket viktiga parametrar att ha i åtanke vid övervägande kring hur vägar ska skyddas från skador under tjällossningen. Mer information om återhämtningstider anges på annan plats i denna lektion.
Trots allt som hittills tagits upp är det traditionella sättet att övervaka försvagningar på grund av töväder under våren och förändringar mellan årstider, fortfarande genom visuell inspektion. Problemet är att den typen av övervakning är en mycket subjektiv och relativt dyr övervakningsmetod, och av alla ROADEX partnerländer är det bara Finland som har ett formellt, systematiskt tillvägagångssätt för att visuellt övervaka försvagningsskador på grund av töväder för att sedan lagra informationen i databaser.
