Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 274 Damjan Želodec, mag. inž. prom. damjan.zelodec@dri.si DRI upravljanje investicij, d. o. o., Kotnikova ulica 40, 1000 Ljubljana prof. dr. Bojan Žlender, univ. dipl. inž. grad. bojan.zlender@um.si Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo, Katedra za geotehniko, Smetanova ulica 17, 2000 Maribor izr. prof. dr. Marko Renčelj, univ. dipl. inž. grad. marko.rencelj@um.si Univerza v Mariboru, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo, Katedra za prometne gradnje, Smetanova ulica 17, 2000 Maribor Znanstveni članek UDK 625.033.38:656.11(1-88) NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) A NEW APPROACH TO THE ASSESSMENT OF THE BEARING CAPACITY OF PAVEMENT STRUCTURES BASED ON NON-DESTRUCTIVE METHOD WITH A FALLING WEIGHT DEFLECTOMETER (FWD) Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 275 Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Povzetek V večini razvitih držav po svetu imajo razvit monitoring stanja nosilnosti voziščnih konstrukcij za potrebe gospodarjenja s prome- tno infrastrukturo ali pa zgolj za pregled nad obstoječim stanjem. Z naraščanjem prometnih obremenitev se zvišujejo tudi zah- teve po zagotavljanju ustrezne nosilnosti voziščnih konstrukcij. Le-te zagotovimo s pravilno izbiro materialov, vgrajenih v vozišč- ne konstrukcije, in pogostostjo izvedbe meritev nosilnosti z ustrezno merilno opremo (sprotno odkrivanje slabo nosilnih mest). V ta namen se najpogosteje uporablja merilna oprema deflektometer s padajočo utežjo (FWD), ki z neporušno metodo meri podajnost voziščne konstrukcije. Surove podatke, ki jih dobimo z meritvami podajnosti (neposredno pod obremenilno ploščo in na različnih oddaljenostih od nje), lahko interpretiramo na različne načine. Pri tem imamo na voljo programska orodja za ana- lize nosilnosti ali pa uporabimo zgolj surove podatke meritev podajnosti s terena. Na ta način z minimalnim številom vhodnih podatkov dobimo ustrezno oceno stanja voziščne konstrukcije. V okviru projektne naloge smo izvedli meritve podajnosti na izbranih odsekih različnih kategorij cest ter na podlagi surovih podatkov meritev podajnosti, naredili oceno stanja posameznih plasti v voziščni konstrukciji. Ocena stanja je bila zasnovana po metodologiji tujih avtorjev in je vključevala ocenjevalne lestvice, ki so bile narejene na osnovi irskih smernic in po »južnoafriški« metodologiji (v Južni Afriki razvita polmehanska in polempirična analitična tehnika za ocenjevanje strukturnega stanja vozišča) ter prilagojene na simulacijo prehoda obremenitve 50 kN na kolo. Ugotovljena so bila precejšna odstopanja pri vrednostih podajnosti za posamezni ocenjevalni razred in izbrani parameter kljub prilagoditvi na zahtevane osne obremenitve za državne ceste v Sloveniji. Po podrobni analizi obravnavanih metodologij je bilo ugotovljeno, da se določene vrednosti podajnosti posameznih parametrov znotraj ocenjevalne lestvice sicer lahko uporabijo v praksi, vendar bodo potrebne še dodatne prilagoditve. Noviteta prispevka je predstavitev novega pristopa ocenjevanja nosilnosti voziščnih konstrukcij po surovih podatkih meritev podajnosti in hkrati dopolnitev obstoječe metodologije, ki je trenutno v upo- rabi na državnem cestnem omrežju v upravljanju Direkcije RS za infrastrukturo. Ključne besede: podajnost, deflektometer s padajočo utežjo (FWD), neporušna metoda, parametri krivulj podajnosti, nosilnost, monitoring Summary Most developed countries in the world have developed monitoring of the bearing capacity of pavement structures for the purpose of pavement management system (PMS) or simply to get an overview of the existing situation. As traffic loads increase, so do the requirements to ensure adequate bearing capacity of pavement structures. Bearing capacity is ensured with correct choice of materials incorporated into the pavement structure and the frequency of bearing capacity measurements using sui- table measuring equipment (detection of weak bearing capacity points). For the detection of weak bearing capacity points, the most commonly used measuring equipment is the Falling Weight Deflectometer (FWD), which measures the deflections in the pavement structure with a non-destructive method. The raw data obtained from the deflection measurements (directly under the load plate and at different distances from the load plate) can be interpreted in various ways. The raw measurement data can be interpreted using load analysis software tools or only the raw deflection measurement data from the field. In this way, an adequate assessment of the condition of the pavement structure can be made with a minimum number of inputs. As part of the project assignment, deflection measurements were carried out on selected sections of different road categories. Based on the raw deflection measurement data, an assessment of the condition of the individual layers in the pavement structure was made. The pavement condition assessment was based on the methodology of foreign authors. It included assessment scales based on Irish guidelines and the 'South African' methodology (a semi-mechanical and semi-empirical analytical method de- veloped in South Africa to assess the structural condition of road pavements). The assessment scales were adjusted to simulate the passage of a load of 50 kN per wheel. Significant variations were found in the deflection values of the assessment scales for each assessment class and selected parameter. Despite the adaptation of the assessment scales to the required axle loads for national roads in Slovenia, they can be used only partially. After a thorough analysis of the methodologies considered, it was found that certain values for the deflections of individual parameters, within the assessment scale, can be used in practice, but further adjustments are needed. The novelty of the paper is the presentation of a new approach for the assessment of the bea- ring capacity of pavement structures using raw deflection measurement data. The new approach will complement the existing methodology currently in use on the national road network managed by the Slovenian Infrastructure Agency. Key words: deflections, falling weight deflectometer (FWD), non-destructive method, deflection basin parameters, bearing capacity, monitoring Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 276 1 UVOD Deflektometer s padajočo utežjo (v nadaljevanju FWD) je ena izmed najbolj uveljavljenih naprav v svetu, ki z neporušno me- todo meri podajnost voziščnih konstrukcij. Podatki meritev nosilnosti služijo za načrtovanje novih in obnovo obstoječih voziščnih konstrukcij, hkrati so tudi vhodni podatek pri gos- podarjenju s prometno infrastrukturo. Poleg naštetega se vse več upravljavcev prometne infrastrukture odloča tudi za moni- toring obstoječih vozišč, ki bodo služile kot transportne poti za potrebe gradbišč. Dodatno se lahko uporablja tudi za spre- mljanje stanja letališke infrastrukture [Kovačič, 2020]. Znano je, da prometne obremenitve pogojujejo v voziščni kon- strukciji časovno ponavljajoče se prostorsko napetostno stanje, izraženo s komponentami normalne in strižne napetosti. Spo- sobnost voziščne konstrukcije, da v celoti prevzame omenjene napetosti, imenujemo nosilnost. Optimalna nosilnost je zago- tovljena, če voziščna konstrukcija prevzame predvideno pro- metno obremenitev [Jamnik, 2000]. Kot merilo nosilnosti voznih površin se je uveljavila podaj- nost. Ta mora, odvisno od lastnosti vgrajenih materialov, ostati v določenih mejah. Zagotovimo jo lahko z izbiro materialov in debelinami plasti tako, da je zagotovljen tolikšen raznos obremenitve, da je podajanje vozne površine v čim večji meri elastično. Začetek pojavljanja plastičnih deformacij pri fleksi- bilnih voziščnih konstrukcijah je znak, da vozna površina na- stopajočih obremenitev ni sposobna prevzemati predvsem zaradi zunanjih vplivov (zmanjšana deformacijska stabilnost oz. odpornost vgrajenih materialov proti preoblikovanju) ali že nastalih faz utrujenosti (porušitev notranje zgradbe) zaradi prevzetih obremenitev [Jamnik, 2000]. Podatke, ki jih dobimo pri meritvah nosilnosti, lahko analizira- mo na različne načine. Interpretirajo se lahko kot surovi podatki meritev nosilnosti (podajnost pod obremenilno ploščo in na raz- ličnih oddaljenostih od nje) ali se uporabijo programska orodja, ki omogočajo različne možnosti analiziranja in preračunavanja le-teh. Za kakovostne izračune želenih parametrov oz. analize rezultatov meritev nosilnosti pri preračunih potrebujemo čim natančnejše vhodne podatke (debeline posameznih plasti v voziščno konstrukcijo vgrajenih materialov, temperatura as- faltne plasti, prometne obremenitve). V kolikor vhodni podatki niso dovolj natančni in nimamo izbranih ustreznih metod pre- računov znotraj programskih orodij, lahko pride do odstopanj ter težav pri interpretaciji rezultatov meritev podajnosti. S to težavo se v praksi pogosto srečujemo, saj na analize rezultatov meritev vplivajo številni dejavniki in vhodni podatki. Da se izog- nemo kompleksnim izračunom s programskimi orodji, lahko za interpretacijo stanja nosilnosti uporabimo surove podatke meritev. Podajnostno krivuljo sestavljajo povezane vrednosti iz- merjenih podajnosti pod obremenilno ploščo in na določenih razdaljah od nje. Parametri so izračunani iz izmerjenih podaj- nosti. Da lahko ocenimo stanje nosilnosti posamezne plasti, je treba narediti ocenjevalno lestvico, ki bo temeljila na izbranih parametrih (stanje celotne voziščne konstrukcije (D0), površinski indeks ukrivljenosti (SCI200 oz. SCI300), indeks ukrivljenosti vme- snih plasti MLI/BDI (D300-D600), indeks ukrivljenosti spodnjih plasti LLI/BCI (D600-D900), stanje togosti podlage D1800, parametri RoC, AREA in CBR) in na ustrezno zastavljenih razredih. Različni (tuji) avtorji so naredili ocenjevalne lestvice za obremenitev 40 kN na kolo, ki pa je nižja od predpisane kolesne obremenitve (50 kN na kolo) za omrežje cest v Sloveniji. Za rešitev zastav- ljenega problema in dosego cilja je treba odgovoriti na nekaj pomembnih vprašanj: »Katere podajnostne razrede po ocenje- valni lestvici uporabiti za posamezno kategorijo cest?«, »Katera testna polja izbrati, glede na raznoliko geografsko lego cest v RS?«, »Ali bomo zbrali zadostno število meritev nosilnosti na izbrani kategoriji ceste, da bomo imeli ustrezen oz. dovolj velik vzorec?«, »Kakšne pozitivne učinke bo imel nov pristop ocenje- vanja stanja vozišča na obstoječo metodologijo?«, »Ali bo nov model ocenjevanja stanja vozišč uporaben tudi z drugimi ne- porušnimi metodami?« Prav tako je cilj, da lahko omenjen novi pristop za ocenjevanje nosilnosti vozišč po surovih podatkih po- dajnosti uporabimo z ostalimi neporušnimi metodami (z geo- radarsko metodo, kjer določamo debeline posameznih plasti v voziščno konstrukcijo vgrajene materiale, z metodo vizualnega ocenjevanja stanja vozišč po modificiranem švicarskem indek- su MSI, z metodo določanja tornih karakteristik vozišča itd.). Na podlagi dosedanjih izkušenj interpretacije meritev nosil- nosti (izračunane preostale življenjske dobe vozišča ali surovih podatkov meritev) in s pomočjo tujih raziskav smo izdelali le- stvico z opisi stanja posamezne plasti v voziščni konstrukciji, prilagojeno na simulirano obremenitev 50 kN na kolo. Izdelano lestvico smo nato povezali z vrednostmi podajnosti, ki smo jih dobili na izbranih testnih poljih oz. odsekih. Na ta način smo naredili pomemben korak k razvoju dodatnega orodja za interpretacijo rezultatov meritev nosilnosti, kadar razpolagamo z minimalnim številom vhodnih podatkov. 2 DEFLEKTOMETER S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Deflektometer s padajočo utežjo (FWD) je merilna aparatura (slika 1), ki z neporušno metodo meri podajnost voziščnih kon- strukcij. Merilni sklop je sestavljen iz vlečnega vozila, prikolice (naprave FWD), računalnika s programom za kontrolo izvajanja meritev in beleženje rezultatov v kabini vlečnega vozila [Želo- dec, 2020]. Meritve podajnosti potekajo na naslednji način: operater iz ka- bine vlečnega vozila (preko računalniškega programa) spusti obremenilno ploščo na površino vozišča v desni kolesnici. Ute- ži se dvignejo na takšno višino, da s prostim padom simulirajo Slika 1. Merilna oprema FWD. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 277 dinamično silo 50 kN (slika 2), ki povzroči, z upoštevanjem po- vršine obremenilne plošče, napetost pod obremenilno ploščo 707 kN/m2. Izvedejo se trije udarci, kot merodajen podatek se vzame tretji udarec. FWD zabeleži podajnosti pri vsakem udar- cu na vsakem od devetih geofonov, ki so locirani na različnih razdaljah od središča obremenilne plošče: 0 mm, 200 mm, 300 mm, 450 mm, 600 mm, 900 mm, 1200 mm, 1500 mm in 1800 mm. Operater naknadno izmeri še temperaturo vozišča in jo vnese v program za zajem podatkov meritev [Jamnik, 2000]. Meritve se lahko izvajajo na različnih razdaljah med eno in drugo merilno točko, razdalje se določijo glede na namen meritev (projektni ali mrežni nivo meritev) [Želodec, 2015]. Shematski prikaz t. i. »širjenja vibracij«, ki nastanjajo pri izved- bi meritev ter posledično zajema podajnosti pod geofonih, je prikazan na sliki 3. 3 METODE RAČUNANJA IN OCENJEVANJE STANJA NOSILNOSTI ASFALTNIH VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z merilno aparaturo FWD lahko izvajamo meritve asfaltnih ali betonskih vozišč, ob zamenjavi obremenilne plošče tudi ma- kadamskih/gramoznih voziščih. V nadaljevanju so predstavlje- ne različne metodologije analize podatkov meritev na vozišč- nih konstrukcijah, ki so sestavljene iz vezanih (asfaltnih) plasti, nevezanih nosilnih plasti (v nadaljevanju: tampon) in postelji- ce/nasipa (iz kamnitega materiala). 3.1 Meritve asfaltnih vozišč Na asfaltnih voziščih deluje naprava po naslednjem principu: obtežba in posledično deformacija se v nižje ležeče plasti pre- našata pod določenim kotom. V stroki se je uveljavilo Irwinovo pravilo, ki pravi, da je 95 % podajnosti, izmerjenih na površini, posledica deformacij v plasteh, ki ležijo pod linijo nagiba 34° od mesta vnosa obtežbe. Iz podajnosti najbolj oddaljenega geofona lahko tako ocenimo, kakšna je togost plasti na glo- bini pribl. 150 mm–200 mm (ob predpostavki kota prenosa obtežbe 45°). Če med seboj odštejemo podajnosti, dobljene pod geofoni, na različnih oddaljenostih od obremenilne ploš- če, dobimo podatek o togosti posameznih plasti, vgrajenih v voziščno konstrukcijo. Iz podatka o podajnosti, neposredno pod obremenilno ploščo, ocenimo togost celotne voziščne konstrukcije. Princip delovanja je shematsko prikazan na sliki 4 [Jurgele, 2018]. 3.2 Ocena strukturne kapacitete voziščne konstrukcije glede na parameter D0 Najenostavnejši način ocene strukturne kapacitete sta vrednotenje in primerjava temperaturno korigiranih glav- nih podajnosti. Glavna (ali tudi maksimalna) podajnost je posedek neposredno pod mestom vnosa obtežbe. Izmed različnih načinov ocenjevanja strukturne kapacitete je ta način najpreprostejši in tudi najbolj robusten, saj zahteva le minimalno število vhodnih podatkov. Zaradi neupošteva- nja lastnosti podlage je tudi najmanj natančen, še posebej pri voziščnih konstrukcijah z debelejšimi nosilnimi plastmi [Jurgele, 2018]. Slika 2. Prikaz kolesnih obremenitev na voziščno konstruk- cijo [SADC, 2022]. Slika 4. Raztros obtežbe v nižje ležeče plasti [Deblois, 2010]. Slika 3. Shematski prikaz principa meritev podajnosti [Bo- recky, 2019]. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 278 3.3 Meritve podajnosti in izračun vrednosti parametrov krivulj podajnosti Rezultati meritev z merilno aparaturo FWD so izmerjene po- dajnosti na različnih oddaljenostih od obremenitve, ki simu- lira prehod kolesa tovornega vozila. Indeksi ukrivljenosti so izračunani kot razlike med izmerjenimi podajnosti na posa- meznih odmikih od mesta obtežbe. Dobljeni rezultat izraža le spremembo deformacije v območju med višjo in nižjo globi- no ter na določeni razdalji med mestom obtežbe in geofoni, ki so nameščeni na različnih oddaljenostih od obremenilne plošče. Glavni kazalniki stanja vozišča oz. parametri krivulj podajnosti so [Jurgele, 2018]: – stanje celotne voziščne konstrukcije ali posedek pod obre- menilno ploščo (D0), – površinski indeks ukrivljenosti SCI200 oz. SCI300 (Surface Cur- vature Index), ki prikazuje razliko podajnosti v oddaljenosti 200 mm (oz. 300 mm) od mesta obtežbe in je kazalnik togosti asfaltnih plasti, – indeks ukrivljenosti vmesnih plasti MLI/BDI (D300-D600, Middle Layer Index/Base Damage Index), ki prikazuje razliko podaj- nosti med geofoni D300 in D600 ter je kazalnik togosti neveza- nih nosilnih plasti in posteljice, – LLI/BCI (D600-D900, Lower Layer Indeks/Base Curvature Index), ki prikazuje razliko podajnosti med geofoni D600 in D900 ter je kazalnik togosti temeljnih tal/nasipa, – podajnost pod geofonom D1800, ki je kazalnik togosti podlage. Na spodnji sliki (slika 5) lahko vidimo, kako se določijo zgoraj omenjeni površinski indeksi ukrivljenosti glede na različne od- daljenosti geofonov od obremenilne plošče. V nadaljevanju so v preglednicah (preglednici 1 in 2) prikazani parametri krivulj podajnosti z opisi na osnovi irskih smernic. Slednji imajo za osnovo obtežbo 40 kN na kolo in je nižja kot v Sloveniji, kjer imamo obtežbo 50 kN na kolo. Navedeni pre- glednici prikazujeta podajnosti pod obremenilno ploščo (D0) (stanje celotne voziščne konstrukcije), indeks SCI300 (stanje as- faltnih plasti) in D2100 (stanje podlage). 3.3.1 Metoda območja (metoda AREA) Poleg zgoraj naštetih parametrov se lahko pri analizi stanja vo- zišča uporabi tudi metoda območja (metoda AREA). Metoda AREA (v nadaljevanju AREA) predstavlja normalizirano območje navpično prerezane krivulje podajnosti med mestom obre- menitve in na različnih razdaljah od obremenitvene plošče. Izračun AREA, kjer so uporabljene vrednosti štirih geofonov, je prikazan v spodnji enačbi [Pierce, 2017]: Slika 5. Prikaz zajema podajnosti na različnih oddaljenostih od obremenilne plošče [Bateman, 2016]. Preglednica 1. Vrednosti parametrov D0 in SCI300 z opisi na osnovi irskih smernic [TII, 2000]. Preglednica 2. Vrednosti parametra D2100 z opisom na osnovi irskih smernic [TII, 2000]. UPORABA FWD-ja NA DRŽAVNIH/REGIONALNIH CESTAH Opomba: Vse podajnosti so normalizirane na obtežbo 40 kN na kolo D0 (µm) SCI300 (D0-D300) (µm) Opis < 100 < 40 Zelo toga asfaltna plast 100 - 200 40 - 80 Toga asfaltna plast 200 - 350 80 - 140 Dokaj toga asfaltna plast - lahko zahtevamo asfaltno nadgradnjo, ki je odvisna od količine prometa. 350 - 500 140 - 200 Zmerno toga asfaltna plast - predvideva se asfaltna nadgradnja, ki je odvisna od količine prometa. 500 - 700 200 - 300 Zmerno toga do slaba asfaltna plast - zahteva se asfaltna nadgradnja (možnost tudi zamenjava zrnate plasti - tampona). > 700 > 300 Slaba asfaltna plast - pot- rebna je zamenjava tam- pona ali rekonstrukcija. UPORABA FWD-ja NA DRŽAVNIH/REGIONALNIH CESTAH Opomba: Vse podajnosti so normalizirane na obtežbo 40 kN na kolo D9 ali D2100 – kriterij za stanje podlage (µm) Opis < 10 Zelo toga podlaga 10 – 20 Toga podlaga 20 – 30 Toga do zmerno močna podlaga 30 – 40 Zmerno močna do slaba podlaga 40 – 50 Slaba podlaga > 50 Zelo slaba podlaga Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 279 (1) kjer je D0 podajnost pod obremenilno ploščo, D300 je podajnost, izmerjena na oddaljenosti 300 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče, D600 je podajnost, izmerjena na oddaljenosti 600 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče, D900 je podajnost, izmerjena na oddalje- nosti 900 mm od mesta obremenitve oz. od centra obreme- nilne plošče. Najnižja vrednost AREA ne more biti manjša od 11,1 inč. ali 280 mm (pojavi se takrat, kadar imajo vse plasti voziščne kon- strukcije enak modul elastičnosti). Nizke vrednosti AREA ka- žejo, da ni bistvene razlike med sestavo voziščne konstrukcije in osnovnim materialom v podlagi oz. nosilnostjo voziščne konstrukcije in podlage (kar sicer ni slabo, če je podlaga zelo toga, vendar se to redko dogaja). Kadar so moduli elastičnosti enaki (lahko izračunamo minimalno vrednost AREA), je raz- merje med parametri D300, D600 in D900 ter D0 naslednje [Pave- ment Interactive, 2022]: (2) Najvišja vrednost AREA znaša 36 inč. ali 915 mm in se pojavi takrat, kadar so vse štiri izmerjene deformacije enake. Da so vse štiri izmerjene deformacije enake, bi morala biti vozi- ščna konstrukcija zelo toga (betonska ali s cementom stabilizirana nosilna plast v voziščni konstrukciji) ali ime- ti zelo debelo asfaltno plast. To pomeni, da so vrednosti parametrov D0, D300, D600 in D900 enake in lahko po enačbi (3) izračunamo maksimalno vrednost AREA [Pavement Inter- active, 2022]: (3) Tipične vrednosti metode AREA (konfiguracija s štirimi geofoni) in parametra D0 (podajnost pod obremenilno ploščo) v mm in mikrometrih so prikazane v preglednicah (preglednici 3 in 4) v nadaljevanju [Pierce, 2017]. 3.4 Metoda krivinskih radijev (Radious of Curvature metoda - RoC) Metoda krivinskih radijev (Radious of Curvature metoda – v na- daljevanju RoC) je bila razvita v Južni Afriki in prikazuje struktur- no stanje asfaltne in tamponske plasti. Zaradi bližine (200 mm) geofona do roba obremenilne plošče in s tem povezanih ter opaženih površinskih motenj/odstopanj je metoda RoC manj zanesljiva. Za izračun vrednosti po metodi RoC se uporablja naslednja enačba [Pierce, 2017]: (4) kjer je L – 200 mm in D200 je podajnost, izmerjena na oddalje- nosti 200 mm od mesta obremenitve oz. od centra obreme- nilne plošče. V preglednici 5 so povzete vrednosti posameznega parame- tra krivulj podajnosti z opisi strukturnega stanja in tipa vozišča. Posebej so obravnavane vrednosti klasične (fleksibilne) vozišč- ne konstrukcije, ki je sestavljena iz asfaltne in nevezane nosilne plasti, glede na obnašanje vozišča in števila prometnih obre- menitev na njem (preglednica 6). Preglednica 3. Tipične vrednosti parametra AREA in D0 [Pierce, 2017]. Preglednica 4. Opisi parametra AREA in D0 [Pierce, 2017]. Tip vozišča AREA vrednost (mm) D0 (µm) Betonsko vozišče 740 – 810 250 – 500 Asfaltno vozišče, debelina ≥ 200 mm 530 – 760 500 – 1000 Asfaltno vozišče, debelina ≤ 200 mm 410 – 530 760 – 1200 Asfaltna tankoslojna prevleka 380 – 430 760 – 1200 Asfaltna tankoslojna prevleka (šibka) 300 – 380 1.000 – 1500 AREA vrednost Maksimalna centralna podajnost D0 (µm) Splošni zaključki Nizka Nizka Šibka voziščna konstrukcija / močna podlaga Nizka Visoka Šibka voziščna konstrukcija / šibka podlaga Visoka Nizka Močna voziščna konstrukcija / močna podlaga Visoka Visoka Močna voziščna konstrukcija / šibka podlaga Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 280 3.5 Izračun debelinskega indeksa (Structural Number - SNeff) iz meritev podajnosti Poznamo več metod za izračun debelinskega indeksa in nosil- nosti podlage (kalifornijskega indeksa nosilnosti oz. California Bearing Ratio – CBR) neposredno iz izmerjenih vrednosti po- dajnosti, ki smo jih korigirali glede na izmerjeno temperaturo asfalta ob meritvah. Glede na zahtevane vhodne podatke jih delimo na [Jurgele, 2018]: – metode, ki ne potrebujejo podatkov o debelini voziščne konstrukcije, – metode, ki potrebujejo poznavanje skupne debeline plasti v voziščno konstrukcijo vgrajenih materialov. Zadnja izmed zgoraj naštetih metod je sestav- ni del smernic za načrtovanje voziščnih kon- strukcij AASHTO (Guide for Design of Pavement Structures 1993). Te temeljijo na enakih principih dimenzi- oniranja voziščnih konstrukcij, kot so uporabljeni v sloven- ski tehnični specifikaciji TSC 06.520:2009 Projektiranje – Dimenzioniranje novih asfaltnih voziščnih konstrukcij [TSC, 2009]. V našem primeru najpogosteje uporabljamo nasle- dnjo metodo izračuna SNeff enačba (5) [Jameson, 1993]: (5) kjer je D0 podajnost pod obremenilno ploščo, D900 je podajnost, izmerjena na oddaljenosti 900 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče, in D1500 je podajnost, izmerjena na oddaljenosti 1500 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče. 3.6 Izračun vrednosti parametra CBR glede na vrednosti krivulj podajnosti Pri izračunu parametra CBR si lahko pomagamo z grobimi po- datki podajnosti in ga izračunamo na več načinov. V praksi se najpogosteje uporablja izračun CBR po metodi iz smernic za načrtovanje voziščnih konstrukcij AASHTO (v nadaljevanju: me- toda AASHTO) in po avtorju metode Jamsonsa (v nadaljevanju: metoda Jameson). Obstajajo tudi druge metode izračunov, ki jih lahko uporabimo in prilagodimo. a) Izračun CBR po metodi Jameson [Jameson, 1993]: (6) kjer je D900 podajnost, izmerjena na oddaljenosti 900 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče, in CBRsubgrade je kalifornijski indeks nosilnosti podlage v %. Preglednica 6. Obnašanje voziščne konstrukcije (z nevezano nosilno plastjo iz zrnatega materiala) glede na prometne obremenitve pri simulaciji obremenitve 40 kN na kolo [Horak, 2008]. Obnašanje vozišča Prometna obremenitev pri obtež- bi 80 kN/os (v milijonih prehodov NOO 80 kN) Maksimalna D0 (mm) SCI/BLI (mm) MLI/BDI (mm) LLI/BCI (mm) Zelo togo 12 do 50 < 0,3 < 0,08 <0,05 <0,04 Togo 3 do 8 0,3 do 0,5 0,08 do 0,25 0,05 to 0,15 0,04 do 0,08 Fleksibilno 0,8 do 3 0,5 do 0,75 0,25 do 0,50 0,15 to 0,20 0,08 do 0,10 Zelo fleksibilno < 0,8 > 0,75 > 0,5 > 0,20 > 0,10 Tip vozišča Ocena strukturnega stanja Parametri krivulj podajnosti (Deflection Bowl Parameters) D0 (µm) RoC (µm) SCI/BLI (µm) BDI/MLI (µm) BCI/LLI (µm) Vozišče z nevezano nosilno plastjo Zadovoljivo stanje < 500 > 100 < 200 < 100 < 50 Opozorilno stanje 500 – 750 50 – 100 200 – 400 100 – 200 50 – 100 Slabo stanje > 750 < 50 > 400 > 200 > 100 Vozišče s cementno stabilizirano nosilno plastjo Zadovoljivo stanje < 200 > 150 < 100 < 50 < 40 Opozorilno stanje 200 – 400 80 – 150 100 – 300 50 – 100 40 – 80 Slabo stanje > 400 <80 > 300 > 100 > 80 Vozišče z bitumnom stabilizirano nosilno plastjo Zadovoljivo stanje < 400 > 250 < 200 < 100 < 50 Opozorilno stanje 400 – 600 100 – 250 200 – 400 100 – 150 50 – 80 Slabo stanje > 600 < 100 > 400 > 150 > 80 Preglednica 5. Ocene vrednosti za parametre krivulj podajnosti (D0, BLI, MLI, LLI in RoC) za različne tipe voziščne konstruk- cije pri simulaciji obremenitve 40 kN na kolo [Horak, 2008]. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 281 b) Izračun CBR po metodi Roberts [Roberts, 2006]: (7) kjer je D900 podajnost, izmerjena na oddaljenosti 900 mm od mesta obremenitve oz. od centra obremenilne plošče, in CBRsubgrade je kalifornijski indeks nosilnosti podlage v %. c) Izračun CBR po metodi AASHTO [AASHTO, 2022]: (8) (9) kjer je Mr modul nosilnosti podlage (psi) ali pretvorjeno v bare (1 psi = 0,069 bara), P = magnituda obremenitve (9,000 lb ali 4082,3 kg), δr = izmerjena podajnost pri odmiku za radij (inčih) ali pretvorjeno v mm (1 inč = 25,4 mm) in r = radialni odmik (inči) ali pretvorjeno v mm (1 inč = 25,4 mm). Omenjeni izraču- ni CBR in dobljene vrednosti le-teh (na podlagi meritev podaj- nosti) se lahko razlikujejo od dejanskih izračunov v laboratoriju. Pri tem si pomagamo z vzporedno izvedbo porušnih raziskav, in sicer z vrtinami ali izkopi na terenu. 4 IZVEDBA MERITEV FWD NA IZBRANIH ODSEKIH Meritve podajnosti z merilno aparaturo FWD temeljijo na neporušni metodi, kjer ne posegamo v strukturo voziščne konstrukcije, ampak zgolj s simuliranjem prehoda kolesne obremenitve 50 kN na kolo merimo podajnost voziščne kon- strukcije. Na podlagi teoretičnih izhodišč, obrazloženih v pred- hodnih poglavjih, smo obravnavali cestne odseke različnih kategorij. Izbrani odseki so bili analizirani na krajših razdaljah med posameznima merilnima točkama (projektna raven). Ne- kateri izbrani odseki so bili izmerjeni v smeri naraščajoče in pa- dajoče vrednosti stacionaže, nekateri pa samo v smeri naraš- čajoče vrednosti stacionaže. V večini primerov je šlo za meritve podajnosti za potrebe obnov, rekonstrukcij ali preverbe stanja po izgradnji. Vsi obravnavani odseki so bili so bili izmerjeni z dinamično obremenitvijo, ekvivalentno prehodu NOO 100 kN na merjenem mestu. Sledijo si v naslednjem vrstnem redu: – glavna cesta prvega reda (G1); Črnova–Arja vas, odsek 1262 (v naraščajoči in padajoči smeri stacionaže); – glavna cesta drugega reda (G2); Ljubljana (Rudnik)–Škoflji- ca, odsek 0215 (v naraščajoči in padajoči smeri stacionaže); – regionalna cesta prvega reda (R1); Obvoznica Škofja Loka, odsek 1392 (v naraščajoči smeri stacionaže); – regionalna cesta prvega reda (R2); Razdrto–Manče, odsek 0344 (v naraščajoči smeri stacionaže); – regionalna cesta tretjega reda (R3); Spodnja Pohanca–Ka- pele, odsek 2204 (v naraščajoči in padajoči smeri staciona- že); – občinska cesta (LC); Šikole–Stražgonjca–Zupančičeva ulica, odsek LC 165011 (v naraščajoči smeri stacionaže); – občinska cesta (JP); Dobro Polje–Mošnje, odsek JP 849171 (v naraščajoči smeri stacionaže). V preglednici 7 so zbrani rezultati meritev po različnih para- metrih (D0, parametri podajnostne krivulje in ostali) kot pov- prečne vrednosti meritev na celotnem izbranem odseku in kot 85 % vrednosti meritev (»85 % kvantil«). IVRC IZVEDBA MERITVE OPIS D0(T) (µm) SCI300 (D0-D300) (µm) BDI/MLI (D300-D600) (µm) BCI/LLI (D600-D900) (µm) D1800 (µm) AREA (mm) SNeff CBR (%) (JAMESON) CBR (%) (AASHTO) G1 G1-1a Poprečna vrednost 248 59 70 39 30 587 8 9 7 G1-1b 85 % kvantil 423 120 131 70 51 686 12 14 14 G1-2a Poprečna vrednost 237 43 74 40 31 619 8 8 8 G1-2b 85 % kvantil 407 99 142 69 51 736 14 14 19 G2 G2-1a Poprečna vrednost 366 84 110 61 46 570 5 5 5 G2-1b 85 % kvantil 479 128 155 81 64 631 6 8 7 G2-2a Poprečna vrednost 270 64 83 44 32 560 6 8 7 G2-2b 85 % kvantil 375 105 119 63 55 645 8 14 14 R1 R1-1a Poprečna vrednost 175 65 55 23 15 456 9 17 20 R1-1b 85 % kvantil 243 84 76 35 28 514 11 23 39 R2 R2-1a Poprečna vrednost 203 73 58 28 15 490 9 14 14 R2-1b 85 % kvantil 343 129 106 50 26 583 13 21 27 Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 282 Na slikah v nadaljevanju so prikazani rezultati meritev podaj- nosti pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo na izbranih od- sekih za nekaj od zgoraj naštetih parametrov. Stanje celotne voziščne konstrukcije je prikazano na sliki 6 s parametrom D0(T). Slika 7 prikazuje stanje voziščne konstrukcije po parametru SCI300, iz katerega je razvidno stanje asfaltnih plasti. R3 R3-1a Poprečna vrednost 204 45 45 30 37 650 10 7 6 R3-1b 85 % kvantil 380 103 103 60 52 749 17 11 8 R3-2a Poprečna vrednost 204 38 43 30 42 672 10 7 5 R3-2b 85 % kvantil 373 95 105 60 60 787 16 10 8 LC LC-1a Poprečna vrednost 479 112 154 79 51 552 4 5 5 LC-1b 85 % kvantil 660 158 217 117 80 620 5 10 10 JP JP-1a Poprečna vrednost 365 162 103 46 16 422 5 11 11 JP-1b 85 % kvantil 433 195 118 52 21 459 6 14 14 Pomen oznak: 1 – število ponazarja izvedbo meritev v naraščajoči smeri stacionaže a – oznaka za povprečno vrednost rezultatov meritev 2 – število ponazarja izvedbo meritev v padajoči smeri stacionaže b – oznaka za 85 % kvantil rezultatov meritev Preglednica 7. Povprečne vrednosti parametrov glede na posamezni odsek ceste. Slika 6. Vrednosti podajnosti pod obremenilno ploščo D0(T) (µm) med posameznimi lokacijami meritev. Slika 7. Vrednosti podajnosti po parametru SCI300 (µm) med posameznimi lokacijami meritev. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 283 Slika 10 prikazuje stanje podlage po parametru D1800. Poleg ostalih parametrov krivulje podajnosti smo zajeli še sta- nje voziščne konstrukcije in podlage. To opisujeta parametra AREA (mm) in D0(T) (µm), ki sta prikazana na sliki 11. Na sliki 8 je po parametru BDI/MLI (D300-D600) vidno stanje neve- zane nosilne plasti in posteljice. Poleg stanja asfaltnih plasti in nevezanih plasti se velikokrat uporablja podatek o stanju temeljnih tal oz. nasipa (slika 9). To je parameter BCI/LLI (D600-D900). Slika 8. Vrednosti podajnosti po parametru BDI/MLI (D300-D600) (µm) med posameznimi lokacijami meritev. Slika 9. Vrednosti podajnosti po parametru BCI/LLI (D600-D900) (µm) med posameznimi lokacijami meritev. Slika 10. Vrednosti podajnosti po parametru D1800 (µm) med posameznimi lokacijami meritev. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 284 5 PREDLOG NOVEGA PRISTOPA OCENJEVANJA STANJA VOZIŠČ GLEDE NA NOSILNOST V praksi se uporabljajo različni načini interpretacije meritev podajnosti, bodisi s posebnimi programskimi orodji ali z ne- posredno uporabo surovih podatkov meritev. V Sloveniji za analize nosilnosti uporabljamo programsko orodje ELMOD (Evaluation of Layer Moduli and Overlay Design – določitev ela- stičnih modulov plasti in dimenzioniranje nadgradnje). Upo- raben je na fleksibilnih voziščnih konstrukcijah, kjer nimamo togih plasti oz. ga lahko izjemoma uporabimo tudi na polto- gih voziščnih konstrukcijah (s posebno obravnavo). Podatka, ki ju dobimo v interpretacijo, sta preostala življenjska doba (PŽD) in potrebna debelina ojačitve (za doseganje planirane Slika 11. Vrednosti podajnosti po parametru D0(T) (µm) in AREA (mm) med posameznimi lokacijami meritev. Razlika med simuliranjem obtežbe 50 kN in 70 kN na kolo (sredina vzletno pristajalne steze) Geofoni D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 D1500 D1800 Povprečna vrednost podajnosti 29 % 30 % 30 % 30 % 30 % 31 % 32 % 32 % 33 % 85 % vrednosti podajnosti 31 % 31 % 32 % 32 % 32 % 33 % 34 % 34 % 35 % Razlika med simuliranjem obtežbe 50 kN in 70 kN na kolo (desna robna stran vzletno pristajalne steze) Geofoni D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 D1500 D1800 Povprečna vrednost podajnosti 30 % 31 % 31 % 31 % 31 % 32 % 33 % 33 % 33 % 85 % vrednosti podajnosti 31 % 31 % 32 % 32 % 32 % 33 % 34 % 35 % 36 % Razlika med simuliranjem obtežbe 50 kN in 70 kN na kolo (leva robna stran vzletno pristajalne steze) Geofoni D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 D1500 D1800 Povprečna vrednost podajnosti 30 % 30 % 30 % 31 % 31 % 31 % 32 % 32 % 32 % 85 % vrednosti podajnosti 31 % 31 % 31 % 32 % 32 % 33 % 34 % 33 % 33 % Vrednosti podajnosti pri razliki simuliranja prehoda 20 kN na kolo Geofoni D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 D1500 D1800 Povprečna vrednost podajnosti 30 % 30 % 30 % 31 % 31 % 32 % 32 % 33 % 33 % 85 % vrednosti podajnosti 30 % 31 % 31 % 31 % 31 % 32 % 32 % 33 % 33 % Vrednosti podajnosti pri razliki 10 kN Geofoni D0 D200 D300 D450 D600 D900 D1200 D1500 D1800 Povprečna vrednost podajnosti 15 % 15 % 15 % 15 % 15 % 16 % 16 % 16 % 16 % 85 % vrednosti podajnosti 15 % 15 % 15 % 15 % 16 % 16 % 16 % 16 % 17 % Preglednica 8. Razlike med surovimi podatki meritev podajnosti pri simulaciji obtežbe 50 kN in 70 kN na kolo na vzletno- pristajalni stezi na letališču Maribor. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 285 življenjske dobe vozišča 20 let) za vsako merilno točko. Ker na izračun obeh parametrov vpliva veliko dejavnikov (debeline posameznih plasti, prometne obremenitve, temperatura as- falta itd.) lahko pride do odstopanj pri interpretaciji z ostalimi kazalniki. Z namenom priprave novega načina interpretacije dobljenih rezultatov meritev nosilnosti smo v članku predstavili izvede- no raziskavo uporabnosti surovih podatkov meritev podajnosti (parametrov krivulj podajnosti) na izbranih odsekih glavnih, regionalnih ter tudi občinskih cest. Pri tem smo uporabili li- teraturo tujih avtorjev, ki so svoje ugotovitve strnili v različnih raziskavah ([Horak, 2008], [TII, 2000]) in naredili nove ocenje- valne lestvice nosilnosti z opisi stanj v voziščno konstrukcijo vgrajenih plasti ali celotne voziščne konstrukcije. Slednje smo uporabili v raziskavi in jih uporabili v naših primerih. Pojavila se je težava neposredne primerjave/uporabe različnih lestvic – v tujini so lestvice prilagojene dinamični obremenitvi, primerljivi obremenitvi voziščne konstrukcije z obtežbo 40 kN na kolo, v Sloveniji pa s 50 kN na kolo. V našem primeru smo torej morali lestvice parametrov, ki so jih obravnavali tuji avtorji, prilagoditi na obremenitev, ki jo uporabljamo v Sloveniji. Pri prilagoditvi parametrov smo si pomagali z rezultati meri- tev na letališču Maribor, kjer smo s tremi različnimi obtežba- mi (50 kN, 70 kN in 120 kN na kolo) merili podajnost vzletno- pristajalne steze z merilno aparaturo FWD. Voziščna konstruk- cija vzletno-pristajalne steze je sestavljena iz asfaltne plasti debeline 16 cm in nevezane nosilne plasti debeline 40 cm, kar predstavlja približek debelinam voziščnih konstrukcij (po banki cestnih podatkov se debeline asfaltnih plasti v povpre- čju gibljejo med 10 cm in 14 cm, debeline nevezanih nosil- nih plasti pa med 30 cm in 40 cm) na državnem cestnem omrežju [Kovačič, 2020]. S tem smo zadostili pogoju, da gre za skoraj klasično voziščno konstrukcijo (fleksibilna voziščna konstrukcija) in da imamo zadostno število meritev (skupaj je bila narejena 101 meritev podajnosti na treh različnih mes- tih, in sicer na sredini, desni in levi strani vzletno-pristajalne steze). Po analizi surovih podatkov meritev podajnosti, izmerjenih na vzletno-pristajalni stezi na letališču Maribor, je bilo ugotovlje- no, da je med simulacijo prehoda obremenitve 50 kN in 70 kN na kolo razlika v podajnostih 30 %. Če to razliko razdelimo na manjše vrednosti (na simulacijo kolesne obremenitve 10 kN na kolo), ugotovimo, da moramo vrednosti parametrov z opisi v preglednicah za simulacijo obremenitev 40 kN na kolo po- večati vrednosti za 15 % (preglednica 8). Omenjene povečane vrednosti in meje za posamezno strukturno stanje so zajete v preglednicah v nadaljevanju (preglednice 9–11). V preglednici 9 so prikazani razredi z opisi parametrov (ob- stoječimi in predlaganimi) in vrednostmi za celotno voziščno konstrukcijo ter asfaltno plast (D0 in D300), prilagojenimi na si- mulirano obremenitev 50 kN na kolo. Poleg zgoraj omenjenih kazalnikov smo prilagodili tudi lestvi- co z opisi parametrov za stanje podlage. V spodnji pregledni- ci (preglednica 10) so navedene vrednosti, ki so jih tuji avtor- ji navajali za parameter D2100 (D2100 je podajnost, izmerjena na oddaljenosti 2100 mm od mesta obremenitve oz. od centra Preglednica 9. Lestvica in opis parametrov D0 in D300 pri simulaciji obremenitve, enakovredni 50 kN na kolo. Preglednica 10. Lestvica in opis parametra D1800 pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. D0 (µm) SCI300 (D0-D300) (µm) Opis parametrov Nov predlog opisa parametrov < 115 < 46 Zelo toga asfaltna plast Zelo dobro stanje vozišča 115 - 230 46 – 92 Toga asfaltna plast Dobro stanje vozišča 230 - 405 92 – 161 Dokaj toga asfaltna plast - lahko zahtevamo asfaltno nadgradnjo, ki je odvisna od količine prometa. Zadovoljivo stanje vozišča 405 - 575 161 - 230 Zmerno toga asfaltna plast - predvideva se asfaltna nadgradnja, ki je odvisna od količine prometa. Mejno stanja vozišča 575 - 805 230 - 345 Zmerno toga do slaba asfaltna plast - zahteva se asfaltna nadgradnja (možnost tudi zamenjava zrnate plasti - tampona). Slabo stanje vozišča > 805 > 345 Slaba asfaltna plast (potrebna je zamenjava tampona ali rekonstrukcija). Zelo slabo stanje vozišča D9 ali D1800 Opis parametrov Nov predlog opisa parametrov < 10 Zelo toga podlaga Zelo dobro stanje pod- lage 10 – 20 Toga podlaga Dobro stanje podlage 20 – 30 Toga do zmerno močna podlaga Zadovoljivo stanje podlage 30 – 40 Zmerno močna do slaba podlaga Mejno stanje podlage 40 – 50 Slaba podlaga Slabo stanje podlage > 50 Zelo slaba podlaga Zelo slabo stanje podlage Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 286 obremenilne plošče) [TII, 2000]. Zaradi različne oddaljenosti geofonov od obremenilne plošče (naš geofon je lociran na od- daljenosti 1800 mm, na osnovi irskih smernic pa je lociran na oddaljenosti 2100 mm od obremenilne plošče) in spremembe simulacije prenosa obtežbe s 40 kN na 50 kN na kolo se vred- nosti parametrov primerjalne lestvice irskih smernic in v našem primeru ne spreminjajo (na podlagi linearnega padanja vred- nosti podajnosti pri izvedbi meritve). S tem smo ohranili enake vrednosti, kot jih imajo tuji avtorji v svoji primerjalni lestvici. Narejena je bila tudi prilagoditev lestvice s parametri na pod- lagi »južnoafriške« metodologije. Glede na tip vozišča lestvico sestavljajo po tri strukturna stanja s po petimi različnimi pa- rametri. Primerjava je imela poudarek na fleksibilni voziščni konstrukciji (vozišče s tamponsko plastjo). Preračun vrednosti parametrov je bil narejen na enak način kot na primeru irskih smernic. S tem smo spremenili meje za oceno strukturnega stanja po posameznem tipu vozišča. Na slikah v nadaljevanju primerjamo obravnavane parametre med merjenimi odseki. Vidna so vsa tri strukturna stanja vozišča glede na posamezni parameter za izbrano lokacijo meritve. Za lažjo predstavo smo jih obarvali z barvami od zelene do rdeče. Z zeleno je označeno zadovoljivo, rumeno opozorilno in z rdečo slabo stanje (meje so določene glede na preglednico 11). Primerjava je bila narejena tudi na podlagi prilagojene lestvice z opisi parametrov na osnovi irskih smernic. Vse vrednosti pa- rametrov za posamezno lokacijo meritve so prikazane v nada- ljevanju. Prav tako smo jih označili od zelene do rdeče barve, in sicer od zelo dobrega stanja do zelo slabega stanja. Tip vozišča Ocena strukturnega stanja Parametri krivulj podajnosti (Deflection Bowl Parameters) D0 (µm) RoC (µm) SCI/BLI (µm) BDI/MLI (µm) BCI/LLI (µm) Vozišče z nevezano nosilno pastjo Zadovoljivo stanje < 575 > 115 < 230 < 115 < 57,5 Opozorilno stanje 575 – 862,5 57,5 – 115 230 – 460 115 – 230 57,5 – 115 Slabo stanje > 862,5 < 57,5 > 460 > 230 > 115 Vozišče s cementno stabilizirano nosilno plastjo Zadovoljivo stanje < 230 > 172,5 < 115 < 57,5 < 46 Opozorilno stanje 230 – 460 92 – 172,5 115 – 345 57,5 – 115 46 – 92 Slabo stanje > 460 < 92 > 345 > 115 > 92 Vozišče z bitumnom stabilizirano nosilno plastjo Zadovoljivo stanje < 460 > 287,5 < 230 < 115 < 57,5 Opozorilno stanje 460 – 690 115 – 287,5 230 – 460 115 – 172,5 57,5 – 92 Slabo stanje > 690 < 115 > 460 > 172,5 > 92 Preglednica 11. Ocene vrednosti za parametre krivulj podajnosti (D0 , BLI, MLI, LLI in RoC) za različne tipe voziščne konstrukcije, prilagojene na simulacijo obremenitve 50 kN na kolo. Slika 12. Vrednosti podajnosti za parameter D0(T) (µm) med posameznimi lokacijami meritev za opise stanja pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 287 Slika 13. Vrednosti podajnosti za parameter SCI300 (µm) med posameznimi lokacijami meritev za opise stanja pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Slika 14. Vrednosti podajnosti za parameter BDI/MLI (D300-D600) (µm) med posameznimi lokacijami meritev za opise stanja pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Slika 15. Vrednosti podajnosti za parameter BCI/LLI (D600-D900) (µm) med posameznimi lokacijami meritev za opise stanja pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 288 Slika 16. Vrednosti podajnosti za parameter D0(T) (µm) na osnovi irskih smernic med posameznimi lokacijami meritev za opise pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Slika 17. Vrednosti podajnosti za parameter SCI300 (µm) na osnovi irskih smernic med posameznimi lokacijami meritev za opise pri simulaciji obremenitve 50 kN na kolo. Slika 18. Vrednosti podajnosti za parameter D1800 (µm) med posameznimi lokacijami meritev za opise pri simulaciji obreme- nitve 50 kN na kolo. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 289 Pri interpretaciji meritev podajnosti je treba pojasniti, da višje vrednosti parametrov predstavljajo slabše stanje voziščne kon- strukcije in obratno. Po uporabi »južnoafriške« metodologije prihaja do precejšnjega odstopanja pri vrednostih podajnosti v primerjavi z meritvami, ki smo jih dobili na naših obravna- vanih odsekih (slike 12–15). Meje parametrov po »južnoafriški« metodologiji so zastavljene previsoko. Po naših izkušnjah me- ritev podajnosti je parameter D0(T) (µm) z opisom zadovoljivo stanje bolj primeren za opis slabo stanje. Ocenjujemo, da je omenjena metodologija primernejša za uporabo na cestah, ki je dimenzionirana za manjše prometne obremenitve (regio- nalno turistične in lokalne ceste, javne poti, gradbiščne ces- te itd.). Sledila je obravnava podatkov meritev podajnosti po posameznih parametrih na osnovi irskih smernic. Primerjalna lestvica z razredi posameznih parametrov prikazuje približek rezultatom meritev, ki jih dobivamo v praksi oz. na terenu (slike 16–18). Vrednosti podajnosti za parameter D1800 (µm) se v veliki meri ujemajo z našim trenutnim vrednotenjem, tako da ne bo potrebnih večjih sprememb. Po pregledu vrednosti podajnosti po parametru D0(T) (µm) bomo morali meje posa- meznih razredov prestaviti višje, saj so trenutne vrednosti po- dajnosti bolj primerne za avtoceste, kjer je drugačna sestava voziščne konstrukcije. 6 SKLEP Vse več upravljavcev prometne infrastrukture uporablja nepo- rušne metode za preverjanje oz. ocenjevanje stanja nosilnosti voziščnih konstrukcij. Pri tem je govor o letališki infrastrukturi ter cestni infrastrukturi (javne ceste različnih kategorij). Vsaka od naštetih infrastruktur ima svoje specifičnosti zaradi različ- nih vgrajenih materialov v voziščne konstrukcije (beton, bi- tumen ali cement v stabilizirani nosilni plasti, reciklirani ma- teriali, lomljeni kamen) in potrebuje posebno obravnavo. V raziskavo smo zajeli različne odseke cest, na katerih izvajamo meritve na mrežnem in občasno tudi projektnem nivoju. Za omenjene ceste nimamo ocenjevalne lestvice stanja voziščne konstrukcije po surovih podatkih podajnostih, kar včasih pred- stavlja oteženo delo pri interpretaciji rezultatov meritev. V ta namen smo v raziskavi uporabili dva pristopa ocenjevanja sta- nja voziščnih konstrukcij, in sicer na osnovi irskih smernic in po »južnoafriški« metodologiji. Prvo smo prilagodili ocenjevalno lestvico, ki temelji po »južnoafriški« metodologiji (preglednica 10) in prikazuje oceno stanja vozišča pri simulaciji obremenitve 50 kN kolo. Ugotovljeno je bilo, da vrednosti podajnosti po po- sameznem razredu dosegajo opise stanja vozišča za kategori- jo cest z nižjimi prometnimi obremenitvami (regionalne ceste tretjega reda ali turistične ceste) ali ceste v upravljanju občin (lokalne ceste in javne poti). Sledila je prilagoditev ocenjevalne lestvice, ki temelji na osnovi irskih smernic, na simuliranje pro- metne obremenitve 50 kN na kolo. Vrednosti podajnosti, ki so zajete v preglednicah 8 in 9, predstavljajo približek vrednostim podajnosti, ki jih dobimo pri meritvah nosilnosti v Sloveniji na omrežju državnih cest. Po primerjavi obeh ocenjevalnih lestvic po vrednostih podajnosti za posamezni opisani razred je bilo ugotovljeno, da bi lahko z ustrezno prilagoditvijo obe lestvici združili v eno. S tem bi dobili eno primerjalno lestvico za več parametrov in imeli več kazalnikov stanja voziščne konstrukci- je ter širšo uporabnost. Poleg pokazateljev stanja voziščne konstrukcije po surovih podatkih podajnosti smo v preglednici 7 prikazali še pa- rameter AREA (mm), debelinski indeks SNeff in kalifornijski indeks nosilnosti CBR (%) (v nadaljevanju: CBR) po metodi Jameson in AASHTO. Parameter AREA je skupaj z vrednostmi D0 (µm) zajet v preglednici 3 in odraža stanje med voziščno konstrukcijo in podlago. Če pogledamo tipične vrednosti za oba parametra v preglednici 3, lahko ugotovimo, da so meje vrednosti podajnosti po parametru D0 (µm) za asfaltna (za debelejša od 200 mm) in betonska vozišča precej visoke. Os- tale tri vrste tipov vozišč iz preglednice 3 pa bi lahko upora- bili na malo prometnih cestah, kjer imamo šibke voziščne konstrukcije. Debelinski indeks SNeff in CBR (%) sta namenjena za preveritev obstoječega stanja voziščne konstrukcije. Po pregledu meritev je vidno, da so tam, kjer imamo togo podlago, vrednosti indek- sa CBR (%) visoke in obratno, pri vmesnih rezultatih pa lahko pride do večjih odstopanj. V našem primeru sta bila omenjena indikatorja izračunana zgolj za predstavitev možnosti uporabe surovih podatkov meritev podajnosti. Oba indikatorja običajno interpretiramo skupaj s porušnimi preiskavami (razkopi in vrti- nami) in z rezultati laboratorijskih testov. Nadaljnje bomo naredili dodatne raziskave z meritvami nosilnosti na odsekih, ki bodo predmet rekonstrukcij, no- vogradenj in obnov. S tem bomo zadostili pogoju o dovolj kakovostnih vhodnih podatkih glede vgrajenih materialov in debelinah plasti, številu meritev in želene voziščne kon- strukcije (t. i. testno polje). Ostale odseke bomo izbrali glede na geografsko lego, kategorijo ceste in glede na prometne obremenitve. Natančneje bo treba razdelati tudi posamezne razrede z opisi in podajnostmi znotraj ocenjevalnih lestvic ter narediti primer- javo med ostalimi kazalniki stanja voziščnih konstrukcij (izra- čunanimi moduli elastičnosti posameznih plasti in posledično tudi PŽD). 7 LITERATURA AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures, Spletna stran portala AASHTO Structure, Strategic Plan and More – https://habib00ugm.files.wordpress.com/2010/05/aashto1993. pdf, American Association of State Highway and Transportati- on Officials, datum vpogleda 1. 11. 2022, 2022. Borecky, V., Haburaj, F., Artagan, S. S., & Routil, L. Analysis of GPR and FWD data dependency based on road test field surveys. Materials Evaluation, 77(2), 214-225, 2019. Bateman, D., Carswell, I., Caudwell, L., James, D., Ferne, B., Mei- tei, B., Jones, C., Practical verification of the theory behind lon- g-life asphalt pavements, 6th Eurasphalt & Eurobitume Con- gress, Prague, 2016. Deblois, K., Bilodeau, J. P., Doré, G, Use of falling weight defle- ctometer time history data for the analysis of seasonal variati- on in pavement response. Canadian Journal of Civil Enginee- ring. 37. 1224-1231. 10.1139/L10-069, 2010 Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD) Gradbeni vestnik letnik 71 november 2022 290 Horak, E., Benchmarking the structural condition of flexible pavements with deflection bowl parameters, Journal of the South African Institution of Civil Engineers, 50, 1-9, 2008. Jameson, G., Development of procedures to predict structural number and subgrade strength from falling weight deflecto- meter deflections. ARRB Transport Research, Vermont, South Victoria, 1993. Jamnik, J., Lipoglavšek, B., Bajec, J., Marinko, B., Cezar, J., Žmavc, J., Podgoršek, F., Stock, T., Prosen, J., Meritve nosilnosti vozišč- nih konstrukcij z deflektometrom s padajočo utežjo (FWD – Falling Weight Deflectometer) kot osnova za dimenzioniranje obstoječih voziščnih konstrukcij, Razvojno raziskovalni projekt, Ljubljana, Direkcija Republike Slovenije za ceste (DRSC), 2000. Jurgele, M., Želodec, D., Deflektometer s padajočo utežjo – princip delovanja in primeri uporabe v praksi, 14. Slovenski kongres o prometu in prometni infrastrukturi, Portorož, 2018. Kovačič, B., Želodec, D., Doler, D. Prototype of the Runway Mo- nitoring Process at Smaller Airports: Edvard Rusjan Airport Ma- ribor, Processes, 8(12). doi: 10.3390/pr8121689, 2020. Pavement Interactive, Spletna stran portala Pavement Intera- ctive - https://pavementinteractive.org/reference-desk/pave- ment management/pavement-evaluation/fwd-area-parame- ter/, Pavement Interactive - free online knowledge base for the paving industry, datum vpogleda 1. 11. 2022, 2022. Pierce, L., Bruinsma, J., Smith, K. D., Wade, M., Chatti, K., Van- denbossche, J., Using Falling Weight Deflectometer Data With Mechanistic-Empirical Design and Analysis, Volume III: Guide- lines for Deflection Testing, Analysis, and Interpretation, Final Report October 2006–December 2010, Federal Highway Ad- ministration, 2017. Roberts, J., Michel, N., Paine, D. STEP: A New Estimation of Flexible Pavement Configuration & Remaining Structural Life, Road and Transport Research Vol. 15 No. 4, 2006. SADC, Guideline on Low-Volume Sealed Roads, Spletna stran portala gTKP - https://www.gtkp.com/assets/uploads/ 20100103-131139-9347-SADC%20Guideline-Part2.pdf, The Glo- bal Transport Knowledge Partnership (gTKP), datum vpogleda 1. 11. 2022, 2022. TII, Guidelines for the Use of the Falling Weight Deflectometer in Ireland, Transport Infrastructure Ireland, 2000. TSC 06.520:2009, Projektiranje dimenzioniranje novih as- faltnih voziščnih konstrukcij, Ljubljana: Ministrstvo za promet, Direkcija republike Slovenije za ceste, 2009. Želodec, D., Jurgele, M., Poročilo o meritvah podajnosti in ana- lizah nosilnosti voziščnih konstrukcij na omrežju avtocest, Po- ročilo projektne ravni meritev, Družba za avtoceste v Republiki Sloveniji (DARS), d. d., 2015. Želodec, D., Poročilo o meritvah podajnosti in analizah nosil- nosti voziščnih konstrukcij na omrežju državnih cest v upravlja- nju DRSI, Redno letno poročilo meritev mrežne ravni, Direkcija Republike Slovenije za infrastrukturo (DRSI), 2020. Damjan Želodec, prof. dr. Bojan Žlender, izr. prof. dr. Marko Renčelj NOV PRISTOP OCENJEVANJA NOSILNOSTI VOZIŠČNIH KONSTRUKCIJ NA PODLAGI NEPORUŠNE METODE Z DEFLEKTOMETROM S PADAJOČO UTEŽJO (FWD)