(publikacja do pobrania w module Download)

Wykorzystanie GPR (penetroradaru) do analiz konstrukcji nawierzchni

Tekst przygotowany przez K.Błażejowskiego na podstawie materiałów firmy Aperio (Wlk. Brytania)

Wprowadzenie

Zastosowanie technik radarowych do rozpoznania konstrukcji nawierzchni drogowych ma już swoją historię. Tradycyjne metody czyli odwierty mają swoje bezsprzeczne zalety, ale mają też wady. Oprócz wysokiego kosztu wykonania jednego odwiertu do wad tej techniki można zaliczyć czasochłonność wykonania oraz ograniczona ilość informacji jaką dostarcza jeden odwiert. Można przyjąć, że odwierty sprawdzają się przede wszystkim na krótkich odcinkach lub gdy potrzebne są informacje o konstrukcji nawierzchni dotyczące konkretnego miejsca na drodze. W przypadkach długich odcinków, gdy niezbędne są dane o nawierzchni na całym odcinku (w sposób ciągły) bardzo pomocne staje się wykorzystanie GPR.

Można śmiało stwierdzić, że GPR jest ważnym uzupełnieniem klasycznych metod rozpoznania konstrukcji nawierzchni, co więcej, pozwala na uzyskanie dodatkowych informacji o drodze i jej stanie. Równie ważne jest stwierdzenie, że zastosowanie GPR nie powinno wykluczać wykonania odwiertów – technologie te powinny się uzupełniać. 

Penetroradar – podstawowe informacje

Podstawowe zalety GPR:

- ciągłość pomiaru na całym odcinku

- szybkość pomiaru

- bezpieczeństwo wykonywania pomiaru

- dodatkowe informacje o stanie nawierzchni

Zasada pomiaru radarowego polega na analizie odbicia fal wysyłanych w kierunku nawierzchni.

Ponieważ prędkość rozchodzenia się fal w różnych ośrodkach (np. beton asfaltowy, piasek itp.) jest różna, znając charakterystyki fizyczne różnych materiałów i prędkości fal można określić grubości warstw od których następuje odbicie sygnału.

Pomiar dokonywany jest przez pojazd (fot. 1) wyposażony w cyfrowy system GPR, zwykle z kilkoma rodzajami anten radarowych. 

fot. 1.

Według doświadczeń firmy Aperio, najlepsze wyniki uzyskuje się stosując antenę zainstalowaną około 15 mm nad powierzchnią nawierzchni (fot. 2). Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie prędkości pomiaru do 80 km/h. Dokładność pomiaru cech nawierzchni zależy od częstotliwości próbkowania systemu, która jest kontrolowana przez częstotliwość radaru (antenę) i prędkość pojazdu. Przy prędkości 80 km/h typowa częstotliwość próbkowania wynosi jeden impuls co 0.5 m, a więc elementy o wielkości mniejszej niż 0.5 m mogą zostać „zgubione". Powierzchnia analizowana przez radar zależy od konfiguracji anteny i zwykle wynosi około 300 mm (długość) na głębokości 300 mm.

fot.2.

Do poprawnej interpretacji wyników niezbędne jest wykonanie odwiertów kalibrujących, określających rodzaj materiału w nawierzchni oraz kalibrujących prędkość impulsu fali radiowej. Dla kalibrowania zwykle wykonuje się odwiert co 10 km na drogach zamiejskich i 5 km na drogach miejskich. Optymalne położenie miejsc do wykonania odwiertów lokalizowane jest po wstępnej obróbce danych.

Wynikiem pomiaru GPR jest uzyskanie rysunków jak na rys. 3.

rys. 3

GPR pozwala określić: 

- grubość warstw związanych z dokładnością +/- 8%, a warstw niezwiązanych +/-15%,

- miejsca ukrytych zmian konstrukcji nawierzchni, 

- przybliżone miejsca zmian w podłożu m.in. silne zawilgocenia podłoża, 

- miejsca, w których znajdują się urządzenia podziemne.

W nawierzchniach sztywnych (z betonu cementowego) GPR określa:

- ułożenie i rozstaw zbrojenia,

- pustki pod betonem,

- szczegóły dotyczące szczelin dylatacyjnych.

W nawierzchniach podatnych i półsztywnych GPR dodatkowo określa: 

- odspojenia między warstwami bitumicznymi,

- odspojenia między warstwą bitumiczną a podbudową związaną,

- względną ocenę integralności warstw.

Penetroradar – wspomaganie zarządzania siecią drogową

Dane na poziomie zarządzanej sieci drogowej zawierają zwykle informacje z: 

- wizualnej oceny stanu, 

- równości poprzecznej,

- równości podłużnej,

- współczynnika tarcia,

- ugięć

i są wykorzystywane do planowania budżetów, ustalania kolejności remontowania (wyboru odcinków).

Na podstawie zebranych informacji zarządzający jest w stanie określić strategię utrzymania sieci na najbliższy okres oraz plan wieloletni.

Penetroradar – do przygotowania remontu drogi

Przygotowanie projektu remontu drogi wymaga posiadania zestawu danych, dzięki którym inżynier technolog nawierzchni może przygotować właściwą koncepcję remontu. 

Do takich danych należą:

- informacje o konstrukcji nawierzchni na całym odcinku,

- informacje o ugięciach nawierzchni,

- informacja o stanie powierzchni,

- informacje o odkształceniach,

- informacje o cechach materiałowych poszczególnych warstw nawierzchni,

- informacje o stanie podbudowy, rozwarstwieniach między warstwami bitumicznymi itd.

Dane te mogą być zdobyte różnymi metodami, a raczej kombinacją wielu z nich. Dzięki zastosowaniu GPR można określić w sposób ciągły zmiany w konstrukcji nawierzchni i wstępnie wyselekcjonować słabe miejsca drogi. Dalej wyniki mogą być porównywane z innymi informacjami otrzymanymi np. z FWD, odwiertów, badań pełzania itd. 

Penetroradar – zapewnienie dokładności pomiarów

Podstawowym problemem pojawiającym się od początku wykorzystywania GPR w drogownictwie jest wiarygodność i dokładność wyników pomiarów. Jakość danych o konstrukcji nawierzchni zależy przede wszystkim od właściwości materiałów nawierzchni. Przykładowo, w najgorszym możliwym przypadku - jak beton nasączony środkami odladzającymi - cała energia fal wysyłanych w kierunku nawierzchni zostanie pochłonięta przez warstwę betonu i w rezultacie nie otrzyma się żadnego sygnału odbitego od spodu betonu. Takiego przypadku nie można już poprawić żadnym wzmacnianiem sygnału czy też filtrowaniem danych. Podsumowując, jakość wyników z GPR jest zmienna i wpływa na wiarygodność końcowych danych.

W celu uzyskania maksimum dobrych i wiarygodnych danych z GPR, firma Aperio stworzyła system określania poziomu wiarygodności wyników, bazujący na ocenie jakości danych z radaru i dodatkowych danych kalibrujących. Poziom wiarygodności związany jest także z oceną statystycznej ekstrapolacji danych.

Przykładowo, jeśli dane z radaru ocenione są na poziomie zaufania 50% (radar wysokiej rozdzielczości ale bez wykonania odwiertów kalibrujących) to wykonanie odwiertów pozwala na podniesienie wiarygodności do poziomu 80-90%.

Dzięki takiemu określeniu wiarygodności wyników, inżynier dokonujący oceny danych jest w stanie podjąć decyzję, czy posiadane wyniki są wystarczające czy też z uwagi na wagę projektu należy wykonać dodatkowe badania.

Zwykle dokładne pomiary odcinków wykonuje się przy prędkości poniżej 10 km/h, w kilku przejazdach z różnymi antenami (o różnych częstotliwościach). Dzięki temu uzyskuje się liniowy obraz tego samego odcinka na różnych poziomach dokładności.

Zakończenie

GPR czyli penetroradar jest nowoczesnym urządzeniem do ciągłego pomiaru grubości warstw w konstrukcji nawierzchni. W sprzężeniu z innymi metodami rozpoznania stanu nawierzchni pozwala na dokładne przygotowanie remontu odcinka lub oszacowanie planu utrzymaniowego dla sieci dróg. 

 Data ostatniej aktualizacji: 14 października 2006
Witryna istnieje od stycznia 1999 r.

Optymalizowane dla rozdzielczości 800x600, IE 4+

Webmaster road.pl
Copyright 1999 - 2005  by Krzysztof Błażejowski
zasady korzystania z witryny www.road.pl