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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet des Architekturdesigns, insbesondere auf ein System zur Bewertung und Minderung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang von Autobahnen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein System zur Durchführung einer Bewertung hydrogeologischer Auswirkungen auf vorzeitiges Versagen flexibler Straßenbeläge in hügeligem Gebiet entlang des State Highway.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In bergigem Gelände ist es unvermeidlich, Straßen in den Hang zu schneiden, um Gehwege zu bauen. Die Qualität der geologischen Materialien, die zum Bau der Straßen verwendet werden, hat Einfluss darauf, wie gut sie als Transportmedium funktionieren. Das Vorhandensein geologischer Merkmale und technischer Merkmale der zugrunde liegenden geologischen Abfolgen kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung einer Straßendecke haben. Für eine ordnungsgemäße Autobahnplanung ist ein gründliches Verständnis der Untergrundeigenschaften unter der geplanten Autobahntrasse erforderlich. Ein unzureichendes Verständnis der geotechnischen Eigenschaften und des Verhaltens der Restböden, auf denen die Straßen gebaut werden, sowie die Nichtberücksichtigung des Einflusses der Geologie und Geomorphologie während der Planungs- und Bauphase können ebenfalls zu Straßenausfällen führen. Böden weisen schlechte geotechnische Eigenschaften auf, darunter unzureichende Tragfähigkeit, niedrige maximale Trockendichte, hohe Flüssigkeitsgrenze, hoher Plastizitätsindex und hoher Feuchtigkeitsgehalt. Typische geotechnische Faktoren, die zu Straßenausfällen führen, sind niedrige Tragfähigkeitswerte und eine hohe Kompressibilität des Bodens.
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Andere Faktoren wie Hydrogeologie, Klima und Entwässerung gehören zu den wichtigsten Faktoren, die die Stabilität der Fahrbahn beeinflussen. Mangelnde Entwässerung einer Fahrbahn kann dazu führen, dass mehr Wasser in die Fahrbahnstruktur eindringt und dadurch die darunter liegenden Elemente zerfallen. Dadurch kommt es zu einem erheblichen Festigkeitsverlust des Fahrbahn- und Bankettmaterials, was häufig zum Versagen der Fahrbahn führt.
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Das Versagen der Straße könnte auch durch die Verwendung minderwertiger Trag- und Unterbaumaterialien verursacht werden. Einer der wichtigsten meteorologischen, topografischen und Entwässerungsfaktoren, die die Straßenleistung beeinflussen, ist die Tiefe des Grundwasserspiegels. Die Gesamttragfähigkeit des Fahrbahnaufbaus und die Steifigkeit der ungebundenen Schichten werden maßgeblich von der relativen Lage des Grundwasserspiegels zum Bodenniveau beeinflusst. Bei Materialien, die einen hohen Anteil an Feinanteilen enthalten, wirkt sich Feuchtigkeit eher nachteilig aus. Die Lebensdauer von Straßennetzen kann durch übermäßige Feuchtigkeit in den ungebundenen Fahrbahnschichten verkürzt werden, was zu einer verminderten Struktursteifigkeit führen kann. Die Wasserbewegung durch die Schicht aus heißem Mischasphalt (HMA) zu den darunter liegenden Schichten wird durch die Durchlässigkeit der Oberflächenschicht in flexiblen Belägen reguliert. Auch die Schwere von Rissen und Fugen ist ein wesentlicher Faktor für das Eindringen von Wasser in einen bestimmten Abschnitt der Fahrbahn, da Hochwasser auch durch Oberflächenschäden eindringen kann. Bei einer Überschwemmung laufen die Oberflächen- und Untergrundentwässerungsbereiche mit Wasser über und tragen nicht zur Entwässerung der Fahrbahn bei.
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Daher ist es wichtig, die Ursachen für frühe Ausfälle zu ermitteln. Um dies zu erreichen, muss eine gründliche geophysikalische und geotechnische Untersuchung der verschiedenen Elemente durchgeführt werden, die zum Versagen der Fahrbahn beitragen. Abhilfe schaffen müssen neue Fahrbahnstrukturen, die die negativen Auswirkungen hydrogeologischer Effekte abmildern.
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Aus der Sicht der vorangegangenen Diskussion wird deutlich, dass Bedarf an einem System zur Bewertung und Minderung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang von Autobahnen besteht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System zur Bewertung und Minderung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang einer Autobahn. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das System zur Analyse der Auswirkung hydrogeologischer und geotechnischer Parameter auf die Fahrbahnleistung. Die betrachtete Untersuchungsregion liegt am State Highway I in Mizoram, Indien, der Aizawl und Lunglei , zwei der größten Bezirke Mizorams, verbindet. Auf der Staatsstraße kam es mehrfach zu vorzeitigen Ausfällen. Für die Untersuchung wurden fünf (05) der am stärksten beschädigten Standorte mit Versagensspannweiten zwischen 85 und 200 m ausgewählt. Um die Ursache des Versagens zu ermitteln, wurden an den gestörten Abschnitten geophysikalische und geotechnische Experimente durchgeführt. Zur Analyse der Lithologie und des Grundwasserzustands an bestimmten Standorten wurde ein vertikaler elektrischer Sondierungsansatz mithilfe der elektrischen Widerstandsmethode verwendet. Um die Eigenschaften im Zusammenhang mit Durchlässigkeit, Verdichtung und Plastizitätsverhalten des Bodens zu bestimmen, wurden in den betroffenen Regionen Bodenproben aus dem Untergrund entnommen. Die Ergebnisse der geophysikalischen und geotechnischen Tests wurden sorgfältig analysiert und es wurde deutlich, dass geologische Merkmale das wichtigste Element waren, das die Leistung des Belags beeinflusste. Das Vorhandensein von undurchlässigen Grundgesteinsschichten in geringen Tiefen unter dem Untergrund, das Absinken der Gesteinsschichten in Richtung des Abhangs und das Ausströmen von Grundwasser in Form von Quellen entlang des Hügelhangs wurden allesamt als Faktoren identifiziert, die zu einem vorzeitigen Versagen des Geländes führten Orte, die in der Erfindung berücksichtigt werden.
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Ziel der vorliegenden Offenlegung ist es, ein System zur Bewertung und Minderung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang von Autobahnen bereitzustellen. Das System umfasst: eine Vielzahl von Geräten zum Sammeln von Bodenproben, wobei Bodenproben auf der Ebene des Untergrunds am Rand einer Fahrbahn entnommen werden, wobei ein kleiner Behälter zum Aufbewahren der gesammelten Bodenproben verwendet wird; eine Testeinheit, die mehrere Geräte verwendet, um den Atterberg- Grenztest, die Partikelgrößenanalyse, die Permeabilität, den Standardverdichtungstest, den Schertest und den California Bearing Ratio (CBR)-Test am gesammelten Boden durchzuführen; und eine Einheit zur Messung des elektrischen Widerstands ist so konfiguriert, dass sie Daten zum elektrischen Widerstand misst und sammelt, wobei die Einheit zur Messung des elektrischen Widerstands mehrere Elektroden in einer bestimmten Konfiguration umfasst, die mit einem Widerstandsmessgerät verbunden sind, um Daten zum elektrischen Widerstand zu sammeln.
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In einer Ausführungsform umfasst das Sammeln von Bodenproben das Ausheben von Boden am Rand des Straßenbelags, bis das Untergrundniveau erreicht ist, wobei das Sammeln von Bodenproben sowohl für gute als auch für fehlerhafte Strecken des ausgewählten Straßenbelags durchgeführt wird.
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In einer Ausführungsform werden die Bodenproben in einem kleinen Behälter zur Untersuchung ins Labor gebracht.
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In einer Ausführungsform werden elektrische Widerstandsmessungen mithilfe einer vertikalen elektrischen Sondierungstechnik durchgeführt, um den Grundwasserzustand und die Lithologie ausgewählter Straßenabschnitte zu beurteilen. Die Messung des elektrischen Widerstands umfasst die Platzierung aller vier Elektroden in einer Linie, wobei der Abstand der äußeren Elektroden im Vergleich zum Abstand der inneren Elektroden groß gehalten wird, wobei die Elektroden an fünf verschiedenen Stellen des ausgewählten Straßenbelags platziert werden, um den spezifischen Widerstand der Untergrundschicht zu ermitteln Die Elektroden mit dem Widerstandsmessgerät sammeln elektrische Widerstandsdaten zur Durchführung vertikaler elektrischer Sondierungen. Diese Widerstandsdaten und Elektrodenkonfigurationsdetails werden als Eingabe einem Computerprozessor zugeführt, der so konfiguriert ist, dass er die scheinbaren Widerstandsdaten gegen den Elektrodenabstand aufträgt, um ein Widerstandstiefenmodell zu erhalten.
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In einer Ausführungsform umfasst die Beurteilung des Risikos von Fahrbahnversagen entlang einer Autobahn die Charakterisierung des Oberflächenabflusses und der Wasserbewegung in oder unter die Fahrbahnstruktur, indem Merkmale im Zusammenhang mit der geologischen Struktur wie Brüche, Falten, Fugensätze, Schichtung, Neigungsbetrag und Neigung berücksichtigt werden Berücksichtigung der Richtung der Gesteinsschichten entlang ausgewählter Standorte.
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Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein System zur Bewertung und Minderung von Fahrbahnausfallrisiken entlang einer Autobahn bereitzustellen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die hydrogeologischen und geotechnischen Faktoren zu identifizieren und zu verstehen, die zu einem vorzeitigen Straßenversagen beitragen.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die strukturelle Integrität und Haltbarkeit flexibler Straßenbeläge zu verbessern.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine ganzheitliche Lösung zur Verbesserung der Fahrbahnleistung unter Berücksichtigung sowohl hydrogeologischer als auch fahrbahnstruktureller Faktoren bereitzustellen, was zu einer langlebigeren und widerstandsfähigeren flexiblen Fahrbahn führt.
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Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:
- 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems zur Bewertung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang einer Autobahn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; Und
- 2 veranschaulicht ein Diagramm, das die neue verbesserte Struktur des Straßenbelags gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnungen zeigen möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnungen nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann, der die Beschreibung hierin nutzt, leicht ersichtlich sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
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Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.
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Der Fachmann versteht, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
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Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.
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Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems zur Bewertung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang einer Autobahn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System (100) umfasst eine Vielzahl von Geräten (102) zum Sammeln von Bodenproben, wobei Bodenproben auf der Ebene des Untergrunds am Rand einer Fahrbahn entnommen werden, wobei ein kleiner Behälter (102a) zum Aufbewahren der gesammelten Bodenproben verwendet wird; eine Testeinheit (104), die mehrere Geräte (104a) verwendet, um einen Atterberg-Grenztest, eine Partikelgrößenanalyse, eine Permeabilität, einen Standardverdichtungstest, einen Schertest und einen California Bearing Ratio (CBR)-Test am gesammelten Boden durchzuführen; und eine Einheit zur Messung des elektrischen Widerstands (106), die zum Messen und Sammeln von Daten zum elektrischen Widerstand konfiguriert ist, wobei die Einheit zur Messung des elektrischen Widerstands (106) eine Vielzahl von Elektroden (108) umfasst, die in einer spezifischen Konfiguration angeordnet und mit einem Widerstandsmessgerät (110) verbunden sind, zum Sammeln von Daten zum elektrischen Widerstand.
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In einer Ausführungsform umfasst das Sammeln von Bodenproben das Ausheben von Boden am Rand des Straßenbelags, bis das Untergrundniveau erreicht ist, wobei das Sammeln von Bodenproben sowohl für gute als auch für fehlerhafte Strecken des ausgewählten Straßenbelags durchgeführt wird.
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In einer Ausführungsform werden die Bodenproben in einem kleinen Behälter (102a) zur Untersuchung ins Labor gebracht.
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In einer Ausführungsform werden elektrische Widerstandsmessungen mithilfe einer vertikalen elektrischen Sondierungstechnik durchgeführt, um den Grundwasserzustand und die Lithologie ausgewählter Straßenabschnitte zu beurteilen. Die Messung des elektrischen Widerstands umfasst die Platzierung aller vier Elektroden (108) in einer Linie, wobei der Abstand der äußeren Elektroden im Vergleich zum Abstand der inneren Elektroden groß gehalten wird, wobei die Elektroden an fünf verschiedenen Stellen des ausgewählten Straßenbelags platziert werden, um den spezifischen Widerstand des Untergrunds zu ermitteln Schicht, und die Elektroden mit dem Widerstandsmesser (110) sammeln elektrische Widerstandsdaten zur Durchführung vertikaler elektrischer Sondierungen. Die genannten Widerstandsdaten und Elektrodenkonfigurationsdetails werden als Eingabe einem Computerprozessor (112) zugeführt, der so konfiguriert ist, dass er die scheinbaren Widerstandsdaten gegen den Elektrodenabstand aufträgt, um ein Widerstandstiefenmodell zu erhalten.
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In einer Ausführungsform umfasst die Beurteilung des Risikos von Fahrbahnversagen entlang einer Autobahn die Charakterisierung des Oberflächenabflusses und der Wasserbewegung in oder unter die Fahrbahnstruktur, indem Merkmale im Zusammenhang mit der geologischen Struktur wie Brüche, Falten, Fugensätze, Schichtung, Neigungsbetrag und Neigung berücksichtigt werden Berücksichtigung der Richtung der Gesteinsschichten entlang ausgewählter Standorte.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Bewertung des Risikos von Fahrbahnausfällen entlang einer Autobahn bereit. Ziel ist es, die Ursache vorzeitiger Ausfälle zu ermitteln, die an mehreren Stellen entlang der Staatsstraße I in Mizoram beobachtet wurden. Im Hinblick auf verschiedene Aspekte im Zusammenhang mit Fahrbahnversagen wurde eine umfassende geophysikalische und geotechnische Untersuchung durchgeführt. Um die Grundursache des Versagens zu ermitteln, wurden die Ergebnisse geotechnischer und geophysikalischer Tests sowie die vor Ort gesammelten geologischen Untersuchungsdaten individuell bewertet. Darüber hinaus wird auf der Grundlage der Ergebnisse eine verbesserte Struktur der Fahrbahn bereitgestellt, die die beobachteten Probleme, die zu einem vorzeitigen Versagen der Fahrbahn führen, abmildern kann.
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Die 164 km lange Staatsstraße I in Mizoram, im Volksmund als ATL-Route bekannt, verläuft zwischen Aizawl und dem Bezirk Lunglei in Mizoram und gilt als vorrangige Route. Das feucht-tropische Klima des Forschungsgebiets zeichnet sich durch kühle Sommer und kühle Winter aus. Die Temperatur schwankt im Winter zwischen 8 und 24 Grad Celsius und im Sommer zwischen 18 und 32 Grad Celsius. Die Niederschlagsmenge ist in Mizoram relativ hoch. Da jedoch der Großteil des verfügbaren Wassers als Oberflächenabfluss verloren geht, kommt es in der Zeit nach dem Monsun häufig zu einem Wasserdefizit. Unter dem Einfluss des Südwestmonsuns kommt es im Untersuchungsgebiet von Juni bis September zu starken Regenfällen mit einer durchschnittlichen jährlichen Niederschlagsmenge von 2794 mm. Der „Good/Sound Section“ von Mel 5 wurde in diese Analyse einbezogen, um ihn mit anderen frühen Ausfallstellen zu vergleichen. Es wird bereitgestellt, um zu erklären, wie sich geologische und hydrologische Faktoren auf die Instandhaltung von Straßen auswirken.
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Die Untersuchungsregion besteht aus Schiefer, Schluffstein und Sandstein und liegt innerhalb der miozänen Bhuban- Formation. In der Forschungsregion kommen Schiefer, Schluffstein und Sandstein aus der miozänen Surma- Formation vor. Die Schichtung verläuft im Allgemeinen von NNO nach SSW, mit Neigungen zwischen 40 und 50 Grad im Osten und Westen. Entlang der NS-Achse sind die Sedimente in asymmetrische Synklinalen und Antiklinalen gefaltet, die nahezu offen sind. Es gibt Schräg-, Quer- und Längsverwerfungen, die die Faltenfolge in dem Gebiet verändern. Die wichtigsten Verwerfungen sind Längsstreichfehler am Scheitel der Faltbetten. Die Landschaft des ausgewählten Gebiets ist gebirgig und weist ein deutliches Relief auf. Parallele bis subparallele Hügelketten, die von Norden nach Süden verlaufen, charakterisieren die Topographie und den physiografischen Ausdruck des untersuchten Gebiets. Tiefe Schluchten werden durch schmale synklinale Täler gebildet, die parallel zu subparallelen antiklinalen Hügelketten verlaufen. Die Westschenkel der Antiklinalen sind steiler als ihre Ostschenkel. Bei diesen Hügeln handelt es sich im Wesentlichen um Strukturhügel. Als Reaktion auf zahlreiche natürliche Faktoren ist der Prozess der Verwitterung und Entblößung noch im Gange. Die Flüsse, die die hohen Hügel teilen und entweder nach Norden oder Süden fließen, um tiefe Schluchten zu bilden. Die Topographie des Gebietes ist relativ unausgereift. Die Region wurde auf der Grundlage von Lithologie, Relief, Entwässerung und Strukturmuster in zwei Haupteinheiten aufgeteilt: Hügel und Täler mit freiliegender Struktur. Ein erheblicher Teil des Forschungsgebiets wird von denudostrukturellen Hügeln eingenommen, die hauptsächlich tonhaltig sind und aus Schiefer, Schluffstein, Tonstein, feinkörnigem und kompaktem Sandstein und gelegentlich Kalkstein bestehen . Die Hauptform wurde weiter in Täler mit niedriger Linie unterteilt Grate und mäßige lineare Grate. Ungefähr 90 % des Bezirks bestehen aus gemäßigten linearen Höhenzügen. Die Hauptbestandteile sind Variationen des harten, kompakten Sandsteins, Schiefers und Schluffsteins der Bhuban-Formation.
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Zur Untersuchung der geotechnischen Eigenschaften wurden Bodenproben vom ausgewählten Untersuchungsstandort entnommen. Es wurden Bodenproben aus dem Untergrund entnommen. Bis zum Erreichen des Untergrundniveaus erfolgte der Aushub nahe der Fahrbahnkante. Die erhaltenen Bodenproben wurden verschiedenen Labortests unterzogen, darunter dem Atterberg- Grenztest, der Partikelgrößenanalyse, der Durchlässigkeit, dem Standardverdichtungstest, dem Schertest und dem California Bearing Ratio (CBR)-Test. Zusätzlich zu den Bodenproben, die aus Fehlschlägen gewonnen wurden, wurden auch Bodenproben aus einer gesunden Strecke (Mel 5-ch,7 km) gesammelt, um die geotechnischen Eigenschaften zu vergleichen und als Kontrollprobe zu dienen.
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Um den Grundwasserzustand und die Lithologie der ausgewählten Abschnitte zu analysieren, wurde im Rahmen einer geophysikalischen Methode eine elektrische Widerstandsmethode unter Verwendung der Technologie der vertikalen elektrischen Sondierung (VES) angewendet. Eine der geophysikalischen Methoden zur Untersuchung der Beschaffenheit der Untergrundformationen ist der Ansatz des elektrischen Widerstands. Um den spezifischen Widerstand und die Dicke verschiedener Untergrundschichten an einer bestimmten Stelle zu bestimmen, wird eine vertikale elektrische Sondierung durchgeführt. Die Technik basiert auf der Schätzung der elektrischen Leitfähigkeit oder des spezifischen Widerstands des Mediums. Es wird die Schlumberger-Konfiguration verwendet, die die vier Elektroden in einer geraden Linie hält. In den meisten Fällen wird der Abstand der Außenelektroden viel größer gehalten als der Abstand der Innenelektroden.
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Mithilfe der durch den Inverse-Slope-Ansatz vorgeschlagenen Lithologieeinheit war es möglich, die Lithologietypen und die Mächtigkeit der einzelnen Schichten an den vertikalen elektrischen Sondierungsstellen vorherzusagen. Zur Ermittlung der elektrischen Widerstandsdaten wurde das Widerstandsmessgerät SSR MP-ATS für die vertikale elektrische Sondierung (VES) verwendet. Basierend auf der Spannung des elektrischen Feldes, das von den weit entfernten geerdeten Elektroden erzeugt wird, wird eine Schätzung vorgenommen. Schlumberger-Arrays wurden bei vertikalen elektrischen Sondierungen an fünf (5) Stationen verwendet, um den spezifischen Widerstand der Untergrundschichten zu messen. Um mit der IP2win-Software ein Widerstands-Tiefen-Modell zu erstellen, wurden zunächst die scheinbaren Widerstandswerte (qa) gegen den Elektrodenabstand (AB/2) aufgetragen. Daten zum spezifischen Widerstand werden anhand von Hilfsdiagrammen und Masterkurven ausgewertet.
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Um Erkenntnisse über Elemente zu sammeln, die mit geologischen Strukturen wie Brüchen, Falten, Fugensätzen, Schichtung, Neigungsbetrag und Neigungsrichtung von Gesteinsschichten entlang von Berghängen an bestimmten Standorten zusammenhängen, wurde eine physikalische Untersuchung mithilfe einer Kompassvermessung durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchung war die Charakterisierung des Oberflächenabflusses und der Wasserbewegung in oder unter der Fahrbahnstruktur. Sowohl die Straßenstruktur als auch die Erdrutschproblematik werden durch die geologischen Gegebenheiten beeinflusst.
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Obwohl an einigen Stellen entlang der Staatsstraße das gleiche Straßenbelagsdesign, die gleiche Bautechnik und die gleichen Baumaterialien verwendet werden, verschlechtert sich die Qualität der Straßen schnell. Abgesehen von den ausgewählten Studienabschnitten funktioniert die Straße recht gut. Die vielen Gesteinsarten und geologischen Strukturelemente, die beim Verlegen des Hügelstraßenabschnitts vorgefunden wurden, hatten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Belags. Die Straße wird im Gegensatz zur Dammbauweise des Straßenbaus auf dem ausgegrabenen Hang eines bergigen Ortes gebaut. Straßenabschnitte weisen unterschiedliche Felsformationen mit Quellen an verschiedenen Stellen in steilem Gelände auf. Wie gezeigt wurde, wird die Straßenleistung durch hydrogeologische und geotechnische Elemente beeinflusst. Als Ergebnis wurden folgende Erkenntnisse gewonnen:
- • Straßenausfälle hängen mit hydrogeologischen Eigenschaften zusammen, etwa dem Versickern von Wasser aus nahegelegenen Hügeln in eingeschnittene Abschnitte, das stark durch Monsunregen beeinflusst wird, der durch Niederschläge in der darüberliegenden Verwitterungszone wieder aufgefüllt wird, und durch Quellen, aus denen Grundwasser austritt. Selbst während der Trockenzeit kann es in den Distrikten Hualngo und Pukpui zu Wasseraustritten auf der Straßenoberfläche kommen. Wasser sättigt und untergräbt die Basis des Belags, da vollständig nasser Boden dazu neigt, an Festigkeit zu verlieren.
- • Trotz der Tatsache, dass die Schicht-2-Widerstandswerte für MCON und MLT aufgrund des Vorhandenseins von weichem Gestein größer als 300 Xm sind , sind die Widerstandswerte in den Versagensabschnitten wie Hualngo , Falkawn , MCON und MLT niedrig. Den Widerstandsmessungen zufolge handelt es sich bei Boden und Gestein unter den Gehwegen um wasserführende Materialien.
- • Für die Straße ist eine geologische Analyse erforderlich, da sie in ihrer gesamten Trasse Boden- und Gesteinsschichten durchquert und anfällig für quellartige Grundwasserbewegungen ist. Die Leistung der Fahrbahn wird maßgeblich von der geologischen Struktur über ihre Länge beeinflusst. Die Bewegung des Grundwassers wird durch die Neigung und die Neigungsrichtung der Gesteins-/Bodenbettungsebene in Richtung der Fahrbahn (Neigungsneigung), gegen die Fahrbahn (Anti-Neigungsneigung), parallel zur Fahrbahn und durch Bruch beeinflusst.
- • Die Gesteinsbetten in den Versagensbereichen neigen sich in Richtung und parallel zur Hang-/Straßenausrichtung (Neigungshang). Durch den größeren Neigungswinkel und die Neigung des Felsbetts zur Straße wird eine bessere Entwässerungskapazität erreicht. Der schöne Abschnitt bei Mel 5 fällt um 41 Grad in die entgegengesetzte Richtung des Gefälles/der Straße ab. Wenn die Bettung ein Gefälle aufweist, trägt der Wasserfluss durch Risse zum Versagen der Fahrbahnstruktur bei.
- • Eine Bettungsebene auf dem Pukpui- Abschnitt neigt sich mit einer Neigung von 11 Grad in die gleiche allgemeine Richtung wie das Gefälle der Straße. Ein Straßeneinschnitt verläuft in Richtung der Senke. Die geologische Struktur, die den Wasserfluss entlang des Straßengefälles ermöglicht, und die undurchlässigen Schieferfelsen, die ein weiteres Eindringen von Wasser verhindern, sind für den vorzeitigen Untergang des Pukpui-Gebiets verantwortlich.
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Flexible Beläge erfordern eine gleichmäßige Scherspannungsübertragung, aber schwaches Gestein in der körnigen Schicht stört diese Übertragung, begrenzt den Lastwiderstand und führt zu Verformungen und Spurrillen des Belags. Schwaches Gestein unter der Fahrbahn verringert die strukturelle Integrität und führt zu vorzeitigem Versagen und ungleichmäßiger Setzung. Größere Gesteinskörnungen können Verkehrsbelastungen besser standhalten, da sie sich aufgrund ihrer Größe langsamer abbauen, insbesondere bei sprödem Gestein. Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit und Temperatur sowie Radlasten tragen zum Abbau von Aggregaten bei, wobei größere Partikel langsamer abgebaut werden. Das Modell der elastischen Schicht in flexiblen Belägen wird durch die spröde Reaktion schwachen Gesteins auf Feuchtigkeit und Belastung beeinträchtigt, was zu einem vorzeitigen Versagen der körnigen Schicht führt. Um diesem Problem entgegenzuwirken, können Steinblöcke (30 cm x 20 cm x 15 cm) eingesetzt werden, um der Zersetzung des Gesteins und dem Einfluss von Wasser standzuhalten und so eine verringerte Durchlässigkeit, Verstopfungen der Entwässerung, Spurrillen und Risse in der Fahrbahnstruktur zu verhindern. Daher wird in dieser Erfindung eine verbesserte, geeignete Fahrbahnkonstruktion durchgeführt, um ein vorzeitiges Versagen der Fahrbahn zu vermeiden.
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2 veranschaulicht eine Tabelle, die die neue verbesserte Struktur des Straßenbelags gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Wenn Fahrzeuge über eine flexible Fahrbahn fahren, üben ihre Räder Lasten auf die Oberfläche aus, was zu einer Verformung der Fahrbahn führt. Diese Verformung verteilt sich auf verschiedene Schichten der Fahrbahn, einschließlich der Trag-, Unterbau- und Planumsschichten. Das Gestein in diesen Schichten trägt zur Stabilität und Tragfähigkeit bei und beeinflusst die Reaktion des Belags auf Spannungen und Belastungen sowie seine allgemeine Haltbarkeit.
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Allerdings weicht die vorgegebene Gesteinsabstufung häufig ab, nachdem die Fahrbahn Belastung und Feuchtigkeit ausgesetzt wurde, was zu einer Verschlechterung des Gesteinsaggregats führt. In der körnigen Schicht neigt das Gesteinsaggregat dazu, zu brechen, bevor es die Verkehrslast auf das angrenzende Stützgestein überträgt, was zu erhöhten Spannungen, lokalen Spannungskonzentrationen, verstärkter Spurrinnenbildung und beeinträchtigter Entwässerung führt.
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Um die Festigkeit und Steifigkeit der Gesteinsschicht zu erhöhen, besteht ein alternativer Ansatz darin, Steinblöcke anstelle von Schotter zu verwenden. Angesichts der Beschränkungen der verfügbaren Materialien, insbesondere in der körnigen Schicht von Mizoram, wird die Änderung der Gesteinsgröße zu einer notwendigen Überlegung. Steinblöcke weisen eine geringere Zersetzung durch Stöße, Abrieb, Zerkleinerung und Witterungseinflüsse auf, was vor allem auf ihre Größe und erhebliche Massivität zurückzuführen ist.
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Um den schädlichen Auswirkungen spröder Gesteinsreaktionen auf Radlasten und wasserbedingten Schäden an Fahrbahnen entgegenzuwirken, werden mehrere Maßnahmen empfohlen. Dazu gehören die Einführung eines vertikalen Zuschlagstoffabflusses und einer Drainageschicht (GSB), der Einbau von Steinblöcken mit Bettungssand unter der Deckschicht und die Anbringung einer Geomembran über der Unterbauschicht, um das Eindringen von Wasser von unten zu verhindern. Für Situationen mit schwachem Untergrund wird die Verwendung einer Steinsohle auf Fundamentebene empfohlen. Darüber hinaus kann die Wasseranfälligkeit von Bitumenbeton durch die Einarbeitung von Kunststoff in die Bitumenmischung minimiert werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die neue verbesserte Straßenbelagsstruktur die folgenden Merkmale:
- Steinblockschicht für verbesserte Widerstandsfähigkeit der Fahrbahn:
- Ein Aspekt der Erfindung führt eine Steinblockschicht in die Fahrbahnstruktur ein. Diese Steinblöcke zeichnen sich durch ihre Größe und Massivität aus und bieten eine erhöhte Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Zersetzung durch Radlasten, Feuchtigkeit, Stöße, Abrieb und Witterungseinflüsse. Durch die Verwendung von Steinblöcken werden Probleme gemildert, die mit dem Verlust der Gesteinsabstufung verbunden sind, wie er bei herkömmlichen Gehwegen zu beobachten ist. Indem sie ihre Integrität unter Last bewahren, ermöglichen sie eine reibungslosere Lastübertragung auf benachbarte Stützgesteine und reduzieren so lokale Spannungskonzentrationen, Spurrillen und Entwässerungsprobleme.
- Erweiterte Entwässerungs- und Feuchtigkeitskontrollmaßnahmen:
- Der zweite Aspekt der Erfindung befasst sich mit der durch Feuchtigkeit verursachten Aggregatzersetzung und dem Wassereintritt aus dem Untergrund. Es wird eine vertikale Drainage- und Entwässerungsschicht (GSB) eingeführt, um die Feuchtigkeit effizient zu verwalten, die negativen Auswirkungen von Belastung und Feuchtigkeit auf die Fahrbahn zu reduzieren und ihre Lebensdauer zu verlängern. Über der Unterbauschicht ist eine Geomembran eingearbeitet, um das Eindringen von Wasser zu verhindern, die Stabilität der Fahrbahn zu verbessern und eine Schwächung des Unterbaus zu verhindern. In Fällen, in denen ein schwacher Untergrund ein Problem darstellt, wird eine Steinsohle auf Fundamentebene empfohlen, um die Tragfähigkeit des Belags weiter zu erhöhen. Darüber hinaus umfasst die Erfindung eine Modifizierung der Bitumenmischung durch Zugabe von Kunststoffzusätzen, um die Wasseranfälligkeit zu verringern und so die Wasserbeständigkeit des Bitumenbetons zu erhöhen.
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Durch die Kombination dieser Erfindungen zu einem ganzheitlichen System zur Verbesserung von Fahrbahnbelägen bietet die Erfindung eine vielfältige Lösung zur Optimierung der Fahrbahnleistung. Es befasst sich mit Fragen im Zusammenhang mit der Tragfähigkeit, der Feuchtigkeitskontrolle und dem Widerstand gegen Zersetzung, was zu haltbareren und langlebigeren flexiblen Belägen führt. Dieser umfassende Ansatz ist besonders vorteilhaft für Regionen mit schwierigen geologischen und ökologischen Bedingungen, wie z. B. Mizoram, Indien, wo ein vorzeitiges Versagen der Fahrbahn entlang des State Highway-I, der Aizawl mit Lunglei verbindet, immer wieder ein Problem darstellt.
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Die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.
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Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.
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REFERENZEN
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- 100
- Ein Blockdiagramm eines Systems zur Bewertung des Risikos von Fahrbahnschäden auf Autobahnen.
- 102
- Eine Vielzahl Von Geräten
- 102a
- Ein Kleiner Behälter
- 104
- Eine Prüfeinheit
- 104a
- Vielzahl Von Geräten
- 106
- Eine Elektrische Widerstandsmesseinheit
- 108
- Mehrere Elektroden
- 110
- Ein Widerstandsmessgerät
- 112
- Ein Computerprozessor
