Jostein Aksnes og Bård Nonstad, Statens vegvesen Dagfin Gryteselv, SINTEF

Transkript

1 Kapittel 4 Tilstandsregistrering Jostein Aksnes og Bård Nonstad, Statens vegvesen Dagfin Gryteselv, SINTEF 4.1 Systemer for tilstandsregistrering Spor-, jevnhets- og tverrfallsmålinger Vegbilder Visuelle kartlegginger manuelle Bæreevnemålinger Georadar Oppgraving - grunnboringer Friksjonsmåling av vegdekker Tilstandsutviklingsmodeller Versjon Kapittel 4 Tilstandsregistrering 1

2 4 Tilstandsregistrering For å kunne planlegge optimalt vedlikehold eller rehabilitering av en vegstrekning, er det viktig med god og tilstrekkelig kartlegging av tilstand og forhold på og ved vegen. Dette innebærer både innsamling av ulike data og informasjon, samt å sette denne informasjonen sammen og presentere den slik at riktige tiltak kan velges. I dette inngår mulighet for å vurdere årsaksforhold til opptredende skader. Dette kapitlet beskriver noen av de viktigste informasjonskilder og verktøy som kan benyttes for beskriving av tilstand og valg av tiltak. 4.1 Systemer for tilstandsregistrering - Spor, jevnhet, tverrfall (ViaPPS, tidligere ALFRED ) - Vegbilder (ViaPhoto) - Visuelle kartlegginger - Bæreevne - Georadar - Oppgraving grunnboringer - Friksjonsmåling Spor-, jevnhets- og tverrfallsmålinger Statens vegvesen utfører spor-, jevnhets- og tverrfallsmålinger på alle riks- og fylkesveger stort sett hvert år. I tillegg måles det på strekninger der det er lagt nye dekker samme sommersesong. Disse initialmålingene er i enkelte tilfeller også grunnlag for endelig oppgjør med asfaltentreprenør basert på fastsatte kvalitetskrav. Målebilen er vist i Figur 4.1. Figur 4.1 Målebil for spor-, tverrfall- og jevnhetsmåling (Foto: Torleif Haugødegård) Kapittel 4 Tilstandsregistrering 2

3 Utstyret er en roterende laserskanner med følgende tekniske data: 14 omdreininger pr sekund, dvs tverrprofilavstand er 16 cm i 8 km/t 4 m målebredde, 55 pkt pr tverrprofil Utstyret registrerer: Tverrprofil (spordybder, tverrfall, vegmerkingslinjer, enkelte skader, bl.a sprekker) Lengdeprofil (jevnhet/iri) Tekstur, ruhet (kan indirekte også indikere noe om friksjon) Data for spordybde (mm), jevnhet (IRI mm/m) og tverrfall (%) registreres pr kjørefelt, beregnes og bearbeides og lagres i NVDB for hver 2 m. Rådata fra registreringen kan i tillegg inspiseres i en egen applikasjon for mer detaljert informasjon. Blant annet kan man identifisere både oppmerking og sprekker fra disse rådataene. Figur 4.2 Visning av detaljdata (rådata) fra registreringen Figur 4.3 Visning av tilstandsutvikling for spor og jevnhet i PMS basert på 9-percentiler Kapittel 4 Tilstandsregistrering 3

4 Figur 4.4 Lengdeprofilvisning av spor, jevnhet og tverrfall, 2 m intervaller (PMS) Vegbilder Samtidig med spor- og jevnhetsregistreringer tas det stillbilder av vegen og det nærmeste sideterrenget for hver 2 m. Bildene kan for så vidt vises enkeltvis i hvilket som helst bildevisnings-/behandlingsverktøy (jpg-format). Det er laget et dataprogram, ViaPhoto, som gjør det enklere å vise bildene. I ViaPhoto er det funksjoner for visning av flere bilder, visning av begge kjøreretninger samtidig, simulert kjøring av vegen i f.eks 8 km/t og mulighet for å måle virkelige bredder på ulike objekter. Breddemåling er ypperlig til f.eks å beregne omfang på tiltak der vegbredder ikke er kjent (linjal-/målestokkfunksjon). Telling av ulike objekter er også enkelt. Antall kummer, sluker, skilt, lengde rekkverk og kantstein gjøres finnes enkelt ut fra disse bildene. I PMS kan også disse vegbildene vises, men med noe begrenset funksjonalitet. Linjal fungerer bl.a. ikke i PMS sin visning av vegbilder (pr desember 21). Figur 4.5 viser eksempel på vegbilder slik de vises i ViaPhoto. Kapittel 4 Tilstandsregistrering 4

5 Figur 4.5 Visning av vegbilder i ViaPhoto Visuelle kartlegginger manuelle Visuell kartlegging av dekketilstand kan blant annet være aktuelt ved planlegging av forsterkningstiltak eller som en del av en mer omfattende tilstandsoppfølging av forsøksstrekninger. For å være i stand til å velge riktig utbedringstiltak er det nødvendig å ha kunnskap om de fremtredende dekkeskadene på en vegstrekning og om årsakene til at de har oppstått. Visuell skadekartlegging, gjerne over flere år, vil i denne sammenheng være til stor hjelp. En visuell registrering av vegdekkeskader vil alltid være influert av vurderingene til den eller de personer som utfører registreringen. For å bidra til en mest mulig ensartet skadevurdering utarbeidet Statens vegvesen Skadekatalog for bituminøse vegdekker (Håndbok 193) i Skadekatalogen er en veiledning til Håndbok 18 Vegbygging, og inneholder beskrivelse av de vanligste skadetyper, oversikt over mulige årsaker samt forslag til utbedringstiltak. Kapittel 4 Tilstandsregistrering 5

6 Figur 4.6 Håndbok 193 Skadekatalog for bituminøse vegdekker Bæreevnemålinger Figur 4.7 Falloddsutstyr Kapittel 4 Tilstandsregistrering 6

7 Et fallodd (Falling Weight Deflectometer, FWD) består i prinsippet av to deler; en vekt som faller fra en bestemt høyde ned på en belastningsplate og en serie med geofoner som registrerer nedbøyningen i lastsenteret og i ulik avstand fra belastningsplata. Krafta som overføres mellom plata og underlaget måles av ei kraftcelle. Lasten fra falloddet skal normalt tilsvare ei hjullast på 5 tonn. Tolkning av nedbøyningmålinger Figur 4.8 Nedbøyningsbasseng ved falloddsmåling Størrelsen på nedbøyningene og formen på nedbøyningsbassenget kan gi flere opplysninger om tilstanden for vegen. Er det svake materialer øverst i vegkonstruksjonen vil krumningen (d - d 2 ) bli stor. Er det svake materialer i undergrunnen vil deformasjonen langt fra lastsenteret (d 9 evt. d 15 ) bli stor. Forholdstallet mellom maksimal deformasjon i lastsenteret (d ) og krumningen av deformasjon under lastsenteret (d -d 2 ) gir indikasjon på hvor i vegkonstruksjonen svakheten sannsynligvis ligger. d d d 2 > 5 Svakhet i undergrunn/forsterkningslag d 3 < < 5 Svakhet i forsterkningslag/bærelag d d 2 d d d 2 < 3 Svakhet i bærelag/dekke Kapittel 4 Tilstandsregistrering 7

8 Beregning av bæreevne Vegens bæreevne uttrykkes i tonn (aksellast) og beregnes ved hjelp av empiriske formler hvor kraft, nedbøyning og gjennomsnittlig antall tunge kjøretøyer pr. døgn (ÅDT T ) er inngangsparametre. Bæreevneformelen er forskjellig for veg med grus og asfaltdekke. Bæreevne på grusveg: Bæreevne på asfaltert veg: B B grus asfalt 225 p = 11 d 15 E dim = 11 2,6,6 5 ÅDT 5 ÅDT T T,72,72 hvor E dim 11 p = (MPa) (gjelder for platediameter 3 cm) og p er flatetrykk (MPa) d ( d d ) 2 Dimensjonerende bæreevne tilsvarer bæreevnen som 9 % av strekningen oppfyller (dvs. vi tillater at 1 % av strekningen er svakere) Georadar Georadar (3D-GPR) kan være et alternativ og/eller supplement til oppgraving og grunnboringer. Et eksempel på georadarantenne montert på bil er vist i Figur 4.9. I tillegg finnes ulike varianter bl.a. til bruk i tunnel og for bruk i terreng. Selve målingene vil i de fleste tilfeller kreve lite tidsforbruk. GPR produserer et kontinuerlig profil/snitt og vil f.eks. kunne avdekke lagtykkelser, dybde til fjell, variasjoner i materialtyper og vanninnhold og teledybde. Sammen med grunnboringer/oppgravinger for å kalibrere resultatene, kan det gi et godt bilde av grunnforholdene langs en vegstrekning. Georadar kan normalt ikke benyttes til å bestemme detaljerte materialegenskaper i grunnen som f.eks kornfordeling og materialsammensetning. Georadar er også egnet dersom spesielle objekter i grunnen ønskes påvist. Dette kan være ulike konstruksjoner, rør og kabler av en viss tykkelse. Georadaren kan under gunstige forhold se objekter ned til ca 5 cm størrelse og til en dybde på 2,5 3 m under overflaten. Figur 4.9 3D-GPR (3-Dimensional Ground Penetrating Radar). (Foto: SINTEF) Kapittel 4 Tilstandsregistrering 8

9 3D-GPR fungerer ved at det sendes ut elektromagnetiske impulser fra en eller flere antenner ned i grunnen. De reflekterte signalene fanges opp av antenner som gjennom signaltolkninger, beregninger og analyser, produserer tolkbare resultater. Disse må i sin tur vurderes av kompetent person for å gi anvendbart resultat til bruk i planlegging av prosjektering og/eller rehabilitering. Eksempel på dette er vist i figur 4.1. Resultatet er vist som lengdeprofil der lagdelinger og spesielle objekter/observasjoner er avmerket. Figur 4.1 3D-GPR; eksempel på resultatvisning lengdeprofil Oppgraving - grunnboringer Dersom konstruksjonsoppbygging og undergrunn og tilhørende materialegenskaper er ukjent, vil det kunne være aktuelt med oppgravinger og materialanalyser for å finne lagtykkelser og materialtyper. Omfang og opplegg for dette må tilpasse i hvert tilfelle. Statens vegvesens Håndbok 14 Laboratorieundersøkelser, Håndbok 15 Feltundersøkelser og Håndbok 16 Geoteknikk i vegbygging omhandler felt-/terrengundersøkelser og materialanalyser i detalj Friksjonsmåling av vegdekker Friksjonsforholdene har stor betydning for trafikksikkerheten på vegene både sommer og vinter. Hovedvekten av målingene foretas på vinterføre i forbindelse med oppfølging av kravene i driftskontraktene. Entreprenøren gjør målinger for å se om det er behov for friksjonsforbedrende tiltak, og byggherren (Statens vegvesen) gjennomfører friksjonsmålinger for å kontrollere at entreprenøren har gjort jobben sin. Sommerfriksjon måles normalt kun ved mistanke om glatt vegbane eller ved spesielle hendelser slik som ulykker. I tillegg gjøres det stikkprøvekontroller av nylagte og eldre vegdekker. Kapittel 4 Tilstandsregistrering 9

10 Det benyttes kontinuerlige friksjonsmålere som har et målehjul som bremses og kreftene som virker på hjulet registreres. Det er friksjonsmåleren ROAR (ROad Analyser and Recorder) som benyttes for å følge opp friksjonen på vegdekker i Norge. Måleresultatet angis som en friksjonskoeffisient, og er da et uttrykk for vegdekkets friksjon under de gitte betingelser. En måling foregår med en målehastighet på 6 km/t, samtidig som det legges ut en vannfilm på,5 mm foran målehjulet. Det benyttes et standardisert glatt målehjul (uten mønster). En måling skjer enten med fast- eller variabel slipp. Slipp (%) er en betegnelse for graden av oppbremsing i forhold til fritt rullende hjul. Låst hjul er dermed 1 % slipp. Variabel slipp vil si at målehjulet bremses fra fritt rullende til låst hjul i løpet av et par sekunder, og den maksimale friksjonsverdien i løpet av denne nedbremsinga registreres. Friksjonsdataene legges inn i en egen database (Rosita) for bearbeiding og føres så over til Nasjonal Vegdatabank (NVDB). Friksjon og friksjonsmåling er nærmere beskrevet i kapittel 5. Figur 4.11 Friksjonsmåling med Roar Mark III Kapittel 4 Tilstandsregistrering 1

11 Figur 4.12 Rosita Database for dekketilstandsmålinger; friksjon (sommermålinger), spor og jevnhet og vegmerking 4.2 Tilstandsutviklingsmodeller En tilstandsutviklingsmodell er et matematisk verktøy for beregning av framtidig tilstand til vegoverbygningen. Vanlig brukte tilstandsindikatorer er spordybde, krakelert dekkeareal og IRI (International Roughness Index). IRI er en av de viktigste tilstandsindikatorer og er et uttrykk for ujevnhet. Med gitte opplysninger om trafikkbelastning, klimapåkjenninger, materialegenskaper og vegens oppbygging kan en tilstandsutviklingsmodell kunne brukes til å beregne tilstandsutviklingen. Siden AASHTO-forsøkene i USA på 196-tallet har mange forskjellige tilstandsutviklingsmodeller blitt utviklet. De aller fleste er empiriske (erfaringsbaserte), dvs. de er utviklet for bestemte klima- og trafikkforhold. Empiriske modeller har imidlertid begrenset anvendbarhet og det kreves en stor innsats med kalibrering og tilpasning for at de skal kunne anvendes ved andre forutsetninger. En mindre gruppe av modeller som er utviklet er av typen mekanistisk-empirisk. Disse modellene bruker grunnleggende mekanistiske/teoretiske prinsipper og materialegenskaper for å beregne spenninger og tøyninger som brukes videre til beregning av framtidige dekkeskader ved bruk av empiriske relasjoner. Mekanistisk-empiriske modeller gjør det mulig å inkludere effekten av klimafaktorer (temperatur, fuktinnhold) i beregning av tilstandsutvikling. De er som regel mer komplekse og krever relativt omfattende data om materialegenskaper, trafikklaster og klima-faktorer. Kapittel 4 Tilstandsregistrering 11

12 Tilstandsutviklingsmodellene utgjør en viktig del av dekkeplanleggingssystemer (PMS), dimensjoneringssystemer og vegkapital forvaltingssystemer. Dette på grunn av at tilstandsutviklingsmodellene gjør oss bedre i stand til å forutsi framtidig dekketilstand som kan danne grunnlag for å: beregne framtidige kostnader for drift og vedlikehold av veger beregne framtidig ressursbehov optimalisere dimensjonering av vegkonstruksjonen bestemme riktig tidspunkt for vedlikeholdstiltak vurdere effekten av ulike tiltak Figur 4.13 Typisk tilstandsutviklingskurve/modell som kan være et hjelpemiddel for å bestemme riktig tid for vedlikeholdstiltak (DTI = dekketilstandsindikator) Figur 4.14 Tilstandsutviklingskurve Kapittel 4 Tilstandsregistrering 12