SE457807B - Foerfarande och anordning foer maetning av vaegbanors baerighet - Google Patents

Description

457 807 10 15 20 25 30 35 2 vikt mot vägbanans yta, varvid man uppmäter deformatio- nen av vägbanan genom den pà fallvikten anordnade, form- mässigt definierade spetsen. Detta förfaranden är tids- ödande och kräver dessutom viss avlysning av trafik pà mätytorna under den tid mätningarna pågår.

En annan tidigare praktiserad lösning är att från ett intermittent eller långsamt framfört fordon utföra s k stamp mot vägbanan och uppmätning av därvid uppkom- mande deformation av vägbanan. Dessa långsamt framförda eller ömsom stillastående ömsom framförda fordon arbe- tar också tidsödande och utgör genom sin låga hastighet likaledes en viss trafikfara.

Enligt andra metoder utsättes vägens yta för vibra- tioner eller belastning från en stillastående lastbil el dyl, varvid effekten pá ytan mätes framförallt i ter- mer av nedtryckningens djup och form. Även dessa metoder är mycket långsamma och riskabla att använda i trafiken.

En annan olägenhet vid de sistnämnda förfarandena är dessutom att de förutom att de endast medger punktmäs- siga mätningar och även åstadkommer viss àverkan på väg- beläggningen blir mycket dyra. I USA har man exempelvis räknat ut att varje mätpunkt medför kostnader i storleks- ordningen ca 1.000 dollar om alla kostnader räknas in.

En sammanställning av aktuella förfaranden framgår exempelvis av Steen Nielsen "Sammenliguende baereerne- màlinger med forskelligt inventeringsudestyr", Statens Vejlaboratorium, rapport nr 124, Roskilde, juli 1981, Erling Reinslett "Vegers baereevne, Vegdirektoratet, Veglab0ratoriet, Oslo 1982 eller Anssi Lampinen "Varia- tion av bärigheten i vägens tvärprofil“, Statens tekniska forskningscentral, forskningsrapport nr 222, Esbo 1983.

Nedtryckningen av vägbanan genom tung trafik kan idag mätas med mekaniska mätdon med en noggrannhet av 0,1 - 0,2 mm. Enligt utförda mätningar ger även de bästa vägarna en deformation överstigande 0,1 mm vid 100 kN (22 k/P) axellast. En mätanordning med noggrannheten :0,1 mm bör sålunda kunna utnyttjas för mätning ax de- 10 15 20 25 30 35 457 807 3 formationen under 100 kN axellast på alla vägar utom så- dana vägar som ur bärighetssynpunkt hör till de allra bästa och där således någon bärighetsmätning inte hel- ler torde bli aktuell. _ Nedtryckningens form kan bero på inhomogeniteter i vägbyggnadsmaterialet, variationer i packningsgrad i höjdled och sidled, ràdande fuktighetsförhållanden i vägen, närhet till vägren mm.

Formen pà nedtryckningen vid belastning av vägbanan varierar beroende på hur djupt problemen i vägkroppen ligger, även här t ex på grund av inhomogenitet och packningsskillnader i materialet i höjd- och sidled, säsongsbetonade fuktighetsvariationer, närhet till väg- ren etc. bet tycks emellertid som Om de flesta nedtryck- ningarna ligger inom storleksordningen 200 mm avstånd från nedtryckningskontaktytan, men det kan även bli be- tydligt större avstånd.

Föreliggande uppfinning har fått till uppgift att åstadkomma ett förfarande samt en anordning för mätning av vägbanors bärighet, varvid de tidigare vid sådan mät- ning uppkomna skadorna på vägbanan undvikes. Vidare skall mätningarna bli klart mindre tidsödande och icke erford- ra någon avlysning av trafiken. Vidare skall ett stort antal mätningar kunna åstadkommas till avsevärt reducerad kostnad och helst skall mätningarna kunna utföras mer eller mindre kontinuerligt och utan att störa en normal trafikrytm.

Mätresultaten skall därvid framtagas såsom vid känd belastning uppkommande deformation av vägbanan.

Dessa problem löses medelst uppfinningen i enlig- het med patentkraven därigenom att en vägbanytas höjd- läge beröringsfritt mätes relativt en referensposition dels framför och dels strax bakom en på vägbanan ifråga rullande tyngd, att mätvärdena jämföres med varandra samt att differensvärdet registreras tillsammans med po- sitionsuppgift för mätningen. Därvid kan flera mätningar ske över ett valt breddavsnitt av vägbanan. Lämpligen 457 807 10 15 20 25 30 35 4 kan mätningen strax bakom den rullande tyngden fördröjas i relation till mätningen framför analogt med mätfordo- nets hastighet pà sådant sätt att praktiskt taget samma mätpunkt på vägbanan mätes dels framför och dels strax bakom ifrågavarande tyngd eller att ett antal avstånds- mätare tvärs körriktningen användes för att identifiera vägens tvärprofil, t ex maxspàrdjupet före resp efter belastningen.

Med rullande tyngd avses i föreliggande sammanhang även rullande överföringsorgan, som åstadkommer berö- ringskontakten mellan en icke rullande tyngd (t ex last- flak) och vägbanan.

Enligt en utföringsform av en anordning för utövan- de av förfarandet mätes en vägprofil tvärs körriktningen framför testfordonet med ett flertal avståndsmätanord- ningar, och samma profil mätes en gång till strax efter testfordonet med ett lika stort antal analogt nedåtrik- tade avståndsmätanordningar efter det att vägen belas- tats med ett tungt fordons hjulpar eller en hjulanord- ning på en släpkärra.

För att mäta deformationen genom ett tungt fordon behöver mätningar göras före passagen och direkt efter.

Ett problem är härvid att vid hög hastighet återfinna samma punkt resp ytavsnitt på vägen för båda mätningar- na. Ett lämpligare sätt att lösa detta problem är att hela tiden mäta ett större breddavsnitt av vägen med ett större antal i bredd framför exempelvis framaxeln resp omedelbart bakom bakaxeln monterade avstàndsmät- anordningar. På detta sätt erhålles en sorts vägprofil både före och efter belastningen, som ger både referens- position och erhållen nedtryckning.

Vid varje enskild mätning kan med hjälp av exempel- vis laseravständsmätanordningar erhållas-noggrannheter pà ca 0,1 - 0,2 m. Om man t ex är intresserad av medelbä- righeten på 50 m vägbana och antar att denna är homogen, kan man jämföra medelvärden från alla påverkade resp opåverkade mätställen över nämnda vägprofil. Med mätning 10 15 20 25 30 35 . 457 807 5 var 10:e mm, t ex 5.000 mätningar pá nämnda vägsträcka, utvisar praktiska prov med särskild laseroptikator att medelvärdessignifikanta skillnader på mindre än 0,1 mm erhålles. Avstàndsmätningen kan även ske på annat sätt, t ex med ultraljud, Dopplerradar etc.

Uppfinningen medger vidare mätning med hög hastig- het. Sådan höghastighetsmätning ger god likhet med vad vägen utsättes för i praktiken och bör ge bättre värden och prognoser än mätningar med làg hastighet. Deforma- tionen av vägbanan minskar emellertid något med ökande hastighet och medför sålunda eventuellt mindre mätfel om kompensation för hastighet icke vidtages. Därför före- slås enligt en utföringsform av uppfinningen även att rullningshastigheten vid mätningen registreras. En stil- lastàende mättyngd ger en djupare nedtryckning med tiden och därmed även ett osäkrare mätvärde, då tidsfaktorn varierar mellan olika bärigheter.

Uppfinningen föreslår vidare att bärighetsmätningen företrädesvis utföres med laserkameror, som då lämpligen anordnas i tva ramper efter varandra med inbördes samma utformning vad gäller laserkamerornas inbördes placering före och efter den rullande tyngden. Lämpligen injuste- ras de båda ramperna relativt varandra i höjdled pà så- dant sätt, att den eller de laserkameror som i sidled på största avstånd fràn den rullande tyngden mäter vägbanan får samma referensposition och ger samma referensvärde för mätning av vägbanans höjdläge före och bakom den rullande tyngden.

Det är inte speciellt kritiskt, hur långt framför den rullande tyngden vägbanans höjdläge mätes dock bör sådan mätning inte ske alltför nära den rullande tyng- den som ju ger en i viss mån trattformad nedtryckning.

Mätningen framför tyngden skall ske framför detta pà- verkade område, vilket i praktiken kan innebära storleks- ordningen 1 m eller mera framför tyngden. Bakom den rul- lande tyngden skall mätvärdet ske relativt tätt efter det att tyngden lämnar sin kontakt med vägbanan. Prak- -J 457 10 15 20 25 30 35 807 6 tiska försök har visat att sådan mätning skall ske så tätt som möjligt bakom den sista kontaktpunkten mellan den rullande tyngden och vägbanan vid låg hastighet. Ju högre rullningshastigheten blir, desto större avstånd kan accepteras i riktning bakåt.

Ett i samband med mätningen bakom den rullande tyng- den uppkommande problem härvid är att den rullande tyng- den resp dess belastningsöverförande organ i viss mån är i vägen för montering av mätutrustningen. Av denna an- ledning kan man anbringa mätanordningen bakom den rul- lande tyngden resp överföringsorganet och vinkla mät- riktningen framåt samt multiplicera det därigenom erhåll- na, något för stora mätvärdet med kosinus för framvink- lingsvinkeln. Om denna vinkel är konstant är även kosi- nusvärdet konstant och mätvärdet kan helt enkelt multi- pliceras med en avpassad konstant.

De erhållna mätvärdena framför och bakom den rullan- de tyngden kan - eventuellt efter bearbetning - direkt avdragas från varandra om de refererar till samma refe- rensposition. Användes däremot olika referenspositioner för mätningen framför och mätningen bakom den rullande tyngden korrigeras mätvärdet framför och bakom den rul- lande tyngden i relation till tillhörande referensposition.

Uppfinningen skall nu ytterligare illustreras genom bifogade ritningar. I dessa visar schematiskt fig 1 en s k rullande tyngd i form av en släpvagn, fig 2 en mätning av en helt plan väg och fig 3 mätningen av en vägprofil.

Enligt fig 1 användes en belastad släpkärra som s k rullande tyngd. Tyngdens vikt P påverkar ett eller flera hjul, vilka åstadkommer en nedtryckning av vägbanan un- der hjulet resp hjulen. Framför den rullande tyngden mätes avståndet a lodrätt nedåt med en beröringslöst ar- betande mätanordning. Bakom den rullande tyngden mätes avståndet snett framåt för att mätpunkten skall komma närmare den punkt, där den rullande tyngdens hjul släpper vägbanan. Det därvid erhållna mätvärdet b skall i enlig- 10 15 20 25 30 35 457 307 7 het med vänstra delen av figuren multipliceras med ko- sinus för framvinklingsvinkeln alfa, dvs avståndet rakt nedåt är b x cos alfa. Förutom mätningarna rakt framför och bakom den rullande tyngdens hjul sker dessutom en mätning på sidan om den rullande tyngden både framför och bakom densamma, varigenom framtill, exempelvis er- hålles en referensposition r1 och i sidled bakom den rullande tyngden en referensposition rz. Nedtryckningen M genom den rullande tyngden erhålles då exempelvis en- ligt formeln M = b x cos alfa - r2 - (a - I1).

Ett annat alternativ är att på ett rullande fordon med lågt belastade framhjul och tungt belastade bakhjul anordna två tvärgående ramper med ett störra antal laser- kameror i varje ramp samt identisk placering av de olika laserkamerorna i de båda ramperna. Ena rampen monteras framför framaxeln på fordonet och en av ramperna monte- ras omedelbart bakom ena bakhjulet, eventuellt vinklat framåt mot hjulet såsom antytts ovan i fig 1.

Pig 3 visar schematiskt ett arrangemang med ett an- tal beröringsfritt arbetande mätanordningar, varav en (C) är anordnad direkt framför/bakom ena hjulet medan de övriga sex i två grupper I, II, III resp I', II', III' är anordnade med ca 50 mm mellanrum på ömse sidor om C.

Den fjärde mätanordningen IV' på ena sidan sitter på ca 500 mm avstånd till höger om mittkameran medan till väns- ter om dessa åtta mätanordningar ytterligare tre kame- ror IV, V och VI är anordnade på t ex 50 resp 70 resp 100 cm avstånd från mätanordningen C framför/bakom det belastade hjulet. I detta fall kan de båda yttersta mät- anordningarna, nämligen VI resp IV' anordnas för att de- finiera referenspositioner för tillhörande mätvärdesserie a framför framaxeln resp mätvärdesserien b x kosinus alfa bakom bakaxeln. På detta sätt mätes en vägprofil både före och strax efter den rullande tyngden med elva laserkameror. Nedtryckningen erhålles som differens mel- lan profilerna, dvs nedtryckningsskillnaden mot de öv- riga lasrarna, se linjen M i fig 3. 457 867 8 Genom uppmätning av den rörelse som uppstår kan man få en god prognos pà vägens hållbarhet. Nedtryckningen kan tyda på material- eller packningsbrister som med trafik på vägen kommer att ge ojämnheter och spårdjup.

Mätanordningen enligt uppfinningen kan med relativt hög hastighet, dvs landsvägsfart, utföras och ger då god likhet med vad vägen utsättes för och bättre progno- ser än vad som erhålles med låg hastighet.

För att undvika effekter av sprickor, enskilda ste- nar m m i vägbanan kan t ex användas en ca 1 cm stor la- serpunkt samt medelvärden över ca 1 dm i körriktningen.

Som resultat kan användas ca 10 efter varandra uppmätta profiler som då avser ca 1 m från båda profilmätarna.

Medelvärdesdifferenser och standardavvikelsedifferenser kan användas för vägprognoser. Ju större differensen är, desto sämre utfaller i regel prognosen. 10 15 Vidare ger typen av differens en viss uppfattning om hur djupt material- problemet ligger. En tvär differens, dvs tvär profil ty- der på ytliga skador, en bred “tratt“ tyder på djupare 20 belägna skador eller inhomogeniteter.

Samband mellan statiska metoder och denna dynamis- ka beröringsfria mätmetod kan lätt etableras så att ti- digare "know how" kan användas för vägprognoser, dvs samband mellan trafik, bärighet och nedbrytning av vägen. 25 De uppmätta värdena kan presenteras i olika form, exem- pelvis för varje meter eller sammanställning av exempel- vis 100 m eller andra fritt valbara sträckor med hjälp av en dator i mätfordonet.

Claims (20)

1. Bl 203 10 15 20 25 30 457 807 PATENTKRAV l. Sätt att mäta en vägbanas bärighet genom uppmät- ning av vid belastning uppkommande deformation av vägba- nan, k ä n n e t e c k n a t därav, att vägbaneytans höjdläge beröringsfritt mätes mobilt relativt en referens- position dels framför och dels strax bakom en på vägbanan * rullande tyngd (P), att mätvärdena (a,b) efter eventuellt erforderlig korrektion för referensposition (rl,r2) och mätvinkel (NJ subtraheras från varandra samt att diffe- rensvärdet (M) registreras eller indikeras.
2. 2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t där- av, att differensvärdet (M) registreras tillsammans med positionsuppgift för mätningen och/eller tillsammans med uppgift om rullningshastighet vid mätningen.
3. 3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att vägbaneytans höjdläge framför och bakom den rullande tyngden (P) mätes i flera punkter tvärs vägba- nans längdriktning över ett vägbaneavsnitt med vald bredd.
4. 4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t där- av, att en i sidled på avstånd från den rullande tyngden (P) liggande mätpunkt användes som referensposition.
5. 5. Sätt enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att mätningarna av väg- baneytans höjdläge framför och bakom den rullande tyngden (P) samt av referenspositioner sker medelst ekomätning med ultraljud, radar, laserstrålar eller annan berörings- fritt arbetande avståndsmätanordning.
6. 6. Sätt enligt krav 4 eller S, k ä n n e t e c k - n a t därav, att mätningarna bakom den rullande tyngden tidsfördröjes relativt mätningarna framför den rullande tyngden i relation till dess rullningshastighet på sådant sätt att samma punkter resp ytor på vägbanan mätes fram- för och bakom den rullande tyngden (P).
7. 7. Sätt enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att mätningarna framför resp bakom den rul- 457 807 10 l5 20 25 30 35 10 eventuell mätvärdesbearbetning liksom bildningen av differensvärdena sker fortlöpande och puls- vis. lande tyngden (P),
8. 8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t där- av, att mätpulser användes med sådan pulslängd att en en- staka mobil mätning sveper över ett vägbaneytavsnitt med ca 1-10 cm längd i rullningsriktning.
9. 9. Sätt enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid mätningarna fortlöpande erhållna mätvärden (a,b) bearbetas till medelvärden, avsnitt. avseende valda väglängd-
10. 10. Sätt enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att mätningarna bakom den rullande tyngden sker i framåtriktad vinkel ßw) samt att mätresultatet kompenseras (cosoø för nämnda vinkel.
11. ll. Anordning för utövande av förfarandet enligt något eller några av föregående krav för mätning av en vägbaneytas bärighet genom beröringsfri, nedâtriktad upp- mätning av genom belastning uppkommande deformation av vägbaneytan, k ä innefattande' n n e t e c k n a d- av en mobil enhet a) en rullande tyngd (P), för mobil belastning av väg- baneytan, b) en framför den rullande tyngden (P) placerad, be- röringsfritt nedåtmätande första avståndsmätanordning, c) en strax bakom den rullande tyngden (P) berörings- fritt nedåtmätande andra avstândsmätanordning, d) en anordning för bildande av referensposition (rl,r2) och e) ett utvärderingsorgan för bildande av ett diffe- rensvärde (M) med utgånspunkt från den första och den andra mätanordningens mätvärden (a, b - cosoß relativt tillhörande referenäpositionen (rl,r ). 2
12. 12. Anordning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d genom en registreringsanordning för inmatning och lagring av erhållna mät- och/eller differensvärden samt en anord- ning för positionsmässig relatering av erhållna mätvärden 10 15 20 25 30 35 457 807 ll i förhållande till vägbanan och/eller rullningshastighet för omedelbar eller senare utvärdering och redovisning av den undersökta vägbaneytans bärighet.
13. 13. Anordning enligt krav ll eller 12, k ä n n e - t e c k n a d därav, att framför och bakom den rullande tyngden (P) är anordnade flera parvis i rullningsriktning placeringsmässigt samordnade avstândsmätanordningar, av- sedda att mäta vägbaneytans höjdläge dels på sidan om och dels framför samt bakom den rullande tyngden (P).
14. 14. Anordning enligt krav ll, 12 eller 13, k ä n n e - t e c k n a d avwaianordning för fortlöpande avkänning av den rullande tyngdens (P), aktuella rullningshastig- het samt en anordning för tidsmässig samordning av den bakre mätanordningens mätvärden (b; b - cosw) relativt tillhörande framför densamma placerade första mätanord- ningens mätvärden (a) på sådant sätt att ett mätvärde(airl) från den första mätanordningen jämföres med ett samma punkt eller avsnitt avseende mätvärde (b - cos Érz) från den andra, dvs tillhörande bakre mätanordningen. is.
15. Anoraáinq enligt krav 11-14, k ä n n e t e C k - n a d av en anordning för intermittent eller pulsvis aktivering av mätanordningarna framför och bakom den rul- lande tyngden (P).
16. 16. Anordning enligt något eller några av kraven ll-15, k ä n n e t euc k n a d därav, att den rullande tyngden (P) utgöres av ett belastat hjul av ett motor- drivet fordon.
17. 17. Anordning enligt något eller nâgra av kraven ll-15, k ä n n e t e c k n a d därav, att den rullande tyngden (P) utgöres av ett belastat släpfordonshjul.
18. 18. Anordning enligt något eller några av kraven ll-15, k ä n n e t e c k n a d därav, att den rullande tyngden (P) innefattar två hjul med inbördes avstånd samt att ett flertal nedâtriktade, parvis samordnade, berörings- fritt mätande avstândsmätanordningar är placerade dels till höger, dels till vänster om båda hjulen, dels mellan hjulen och dels framför/bakom varadera hjulet, varvid 457 10 15 20 807 12 varje mätanordningspar samverkar med varsitt jämförelse- organ och att ett av mätanordningsparen är avsett för fastställande av referenspositioner (rl,r2) före och efter den rullande tyngdens (P) rullningsaxel.
19. l9. Anordning enligt krav 18, k ä n n e t e c k - n a d därav, att som mätanordningspar för fastställande av referensposition användes det mätanordningspar som i sidled ligger längst från ettdera hjulet eller båda hjulen.
20. 20. Anordning enligt något eller några av föregående kraven ll-15, k ä n n e t e c k n a d därav, att en ramp med ett flertal beröringsfritt arbetande mätanordningar är anordnad framför den rullande tyngden (P) och en ramp med identiskt anordnade beröringsfritt arbetande mätan- ordning bakom den rullande tyngden (P), varvid en yttersta eller båda yttersta mätanordningarna användes för fast- ställande av referenspositioner (rl,r2) medan övriga av- ståndsmätanordningar användes för uppätning av vägpro- filer framför (a) och bakom Oo - cosofl den rullande tyng- den samt att nedtryckningen uppmätes såsom differens (M) mellan de uppmätta profilerna (a, b ~ cosflø.