Artikelförfattare: Wenjun Hua, Stefan Larsson och Carl Wersäll, KTH
Jordpackning är den absolut vanligaste jordförstärkningsmetoden som används i princip i alla byggprojekt, och där är packningskvaliteten avgörande för hållbar infrastruktur. Traditionella metoder för kvalitetskontroll, såsom plattbelastningsförsök (PLT), brister dock i effektivitet och täckning. Yttäckande packningskontroll ger en kontinuerlig och yttäckande uppföljning, men dess korrelation med plattbelastningsförsök har varit svag. Utvecklingen av yttäckande packningskontroll har under lång tid varit begränsad, men med nya tekniska möjligheter har intresse återigen väckts för att utveckla tekniken. Som en fortsättning på en serie tidigare utförd forskning, syftar detta doktorandprojekt till att vidareutveckla yttäckande packningskontroll med användning av moderna mät- och analysverktyg. I ett första steg korreleras PLT mot gamla och nya värden från yttäckande packningskontroll. Det slutgiltiga målet är dock att utveckla den yttäckande packningskontrollen så att behovet av statiska plattbelastningsförsök försvinner.
Jordpackning av hög kvalitet är avgörande för att säkerställa väg- och järnvägsbankars långsiktiga prestanda (figur 1) och samtidigt minimera underhållskostnaderna. I länder som Sverige, Österrike och Tyskland är plattbelastningsförsök [1] [2] den främsta metoden för kvalitetskontroll av packning. Detta test (se figur 1) omfattar en cykel med belastning, följt av avlastning och sedan ytterligare en belastning, där varje cykel ger olika spänningsnivåer. Baserat på förhållandet mellan spänning och sättning kan vi utvärdera deformationsmodulerna Ev1 och Ev2 (ofta kallade bärighet) för de packade materialen under den första respektive andra belastningscykeln. Dock har PLT påtagliga begränsningar. Det tar cirka en timme per test och ger endast data för specifika punkter inom området som packas.
YPK-tekniken (yttäckande packningskontroll), även känd som intelligent packning, erbjuder däremot en mer effektiv metod. YPK-tekniken har sitt ursprung i Sverige på 1970- och 1980-talen [3,4] och använder accelerometrar monterade på vältar för att leverera packningsdata i realtid över stora områden. Man har under åren sammanställt data för studie av korrelationen mellan YPK-mätningar och konventionella testresultat för kvalitetssäkring, till exempel Ev2-modulen, men man har inte fått konsekventa resultat.
Yttäckande packningskontroll
Valsens accelerationssignal under vibrationspackningen används för att fastställa YPK-värden som återspeglar den packade ytans packningskvalitet. Högre YPK-värden indikerar i allmänhet bättre packning, men inte nödvändigtvis. Dessa värden delas in i tre huvudkategorier: accelerationsbaserade, mekanikbaserade och energibaserade. Accelerationsbaserade värden, som CMV (Compaction Meter Value), är de äldsta och mest använda, medan mekanikbaserade värden, som Evib (vibrationsmodulen) och ks (rullintegrerad styvhet), bygger på jordens styvhet och är oberoende av packningsparametrar. Energibaserade värden, som Omega (ytan på hystereskurvan för kraft-förskjutning) och MDP (maskinens energianvändning vid framdriften), speglar energiförbrukning och hysteres. På senare tid har nya YPK-värden baserade på avancerad signalanalys, som CEV (Compaction Energy Value) och DMV (Dissipation Measured Value), dykt upp, men dessa har ännu inte verifierats fullständigt. Varje kategori har sina för- och nackdelar, som sammanfattas i tabell 1.
Att förstå skillnaden mellan plattbelastning och yttäckande packningskontroll
För att få en bättre korrelation mellan PLT och YPK är det viktigt att identifiera de faktorer som orsakar avvikelser mellan dessa mätningar. Dessa inkluderar påverkanszon, spänningsberoende, jordens beteende och mätningarnas karaktär.
En stor skillnad är storleken på mätverktygen, vilket leder till betydande variationer i mätdjupet. Till exempel kan en vibrationsvält, beroende på vikt och driftsinställningar, mäta upp till ett djup på 1 till 2 m med en valsbredd på cirka 2 m. Däremot för en 300 mm platta som används i PLT påverkas endast cirka 600-900 mm. En annan kritisk faktor är storleken på den påförda lasten. Det maximala trycket som appliceras i PLT med en 300 mm platta är 500 kPa. Den maximala vertikala spänningen i jorden är allmänt lägre under vibrationspackning. Denna skillnad påverkar mätresultaten på grund av den spänningsberoende styvheten i jorden. Dessutom innebär YPK vibrationsbelastningar och mäter den dynamiska interaktionen mellan vält och jord, medan PLT mäter den statiska interaktionen. Denna grundläggande skillnad gör det svårt att korrelera de två mätningarna.
