Projekt 13099 – Avslutat Scannande mätning av styvhetsmodul på vägar - Etapp 2

Forskning vid KTH. I denna avhandling presenteras oförstörande ytvågsmätningar för karakterisering av dynamisk modul samt lagertjocklek på olika asfaltsytor och betongplattor. Användandet av mikrofoner möjliggör snabb datainsamling utan fysisk kontakt med asfaltsytan.

Kvalitetskontroll av vägens beläggning är viktig för att verifiera att rätt egenskaper uppnåtts och för att förhindra tidiga skador och brott. Dagens kvalitetskontroll är i första hand baserad på förstörande provning och utvärdering av provkroppar där packningsgraden bestäms genom mätning av densitet och hålrumshalt. Mekaniska egenskaper bestäms dock generellt inte då konventionella testmetoder är tidskrävande, dyra och komplicerade att utföra. Ny utveckling har visat på möjligheten att på ett korrekt sätt kunna bestämma den komplexa modulen som en funktion av belastningstid (frekvens) och temperatur genom att utföra seismiska laboratoriemätningar. Därför finns nu ett ökat intresse för snabbare, kontinuerliga fältmätningsmetoder där resultaten kan länkas samman med resultat från laboratoriet för framtida kvalitetskontroll baserad på mekaniska egenskaper.

Insamling av ytvågsdata i fält med hjälp av accelerometrar har med gott resultat kunnat utföras för bestämning av dynamisk modul och lagertjocklek för det översta asfaltslagret i vägar. Accelerometermätningar kräver dock en ny uppställning av utrustningen för varje ny position som testas och är därför långsamma vid storskaliga tester. Det demonstreras i denna avhandling hur kontaktlösa sensorer, såsom mikrofoner, möjliggör snabbare ytvågsmätningar som utförs i rörelse. Ett nytt datainsamlingssystem har konstruerats och byggts i detta projekt för att möjliggöra snabba rullande ytvågsmätningar. En serie om 48 mikroelektromekaniska (MEMS) mikrofoner monteras på rad för att möjliggöra flerkanalig datainsamling från en enskild impuls. Resultaten visar hur datainsamlingen och databearbetningen levererar robusta, högupplösta resultat som är jämförbara med dem från accelerometermätningar. Betydelsen av ett konstant avstånd mellan asfaltsytan och varje mikrofon undersöks genom numerisk analys. Resultat från fältdata som jämförs med resonansmätningar, utförda på provkroppar som borrats från samma positioner där fältmätningarna utförts, visar små skillnader. Rullande ytvågsmätningar som genomförts i fält vid olika temperaturer visar också på asfaltens kraftiga temperaturberoende.

En ny innovativ metod för att bestämma tjockleken på betongplattor presenteras också. Impact Echo, en metod som vanligen används för att bestämma tjocklek på betongplattor med hjälp av en accelerometer, är inte optimal när mikrofoner används på grund av deras låga signalbrusförhållande. Istället demonstreras hur kontaktlösa sensorer kan identifiera frekvensen hos propagerande vågor, med motriktad fashastighet och grupphastighet, som är direkt kopplad till tjockleksresonansen. De presenterade kontaktlösa ytvågsmätningarna tyder på god potential för framtida rullande kvalitetskontroll av asfaltsytor.

Slutredovisningen utgörs av doktorsavhandlingen "Non-Contact Surface wave measurements on pavements", Henrik Bjurström, KTH (70 sidor).