1 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ. Εικόνα 7. Ακατέργαστα δεδοµένα

Transcript

1 1 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Μετά την καταγραφή όλων των απαραίτητων στοιχείων µέσω της τεχνικής γεωραντάρ, ακολούθησε η επεξεργασία και ανάλυσή τους. Σκοπός της επεξεργασίας των αρχικών δεδοµένων που προέκυψαν από τις σαρώσεις του Συστήµατος GPR ήταν αφενός ο προσδιορισµός της στρωµατογραφίας των υπό διερεύνηση οδοστρωµάτων και αφετέρου ο υπολογισµός του πάχους των στρώσεων οδοστρώµατος και κυρίως των ασφαλτικών στρώσεων (Willett και Rister 22). Η σχετική διαδικασία ανάλυσης που πραγµατοποιήθηκε µε το ειδικό λογισµικό του Συστήµατος (Roadscanners 21) ενισχύθηκε από πληροφορίες που προέκυψαν από οπτικές παρατηρήσεις, συλλογή κατασκευαστικών στοιχείων, προσδιορισµό υλικών οδοστρώµατος κλπ. Η διαδικασία ανάλυσης ξεκίνησε µε την εισαγωγή των ακατέργαστων στοιχείων συλλογής στη βάση δεδοµένων του ειδικού λογισµικού. Όπως φαίνεται στο παράδειγµα της εικόνας 7, η αρχική µορφή των ακατέργαστων στοιχείων δεν ήταν δυνατό να οδηγήσει σε σαφή αποτελέσµατα όσον αφορά στη στρωµατογραφία των υπό διερεύνηση οδοστρωµάτων. Αρχικά λοιπόν πραγµατοποιήθηκε µια προ-επεξεργασία των στοιχείων αυτών, µε σκοπό την ενίσχυση του σήµατος της κεραίας, τον προσδιορισµό της επιφάνειας του οδοστρώµατος, την αφαίρεση παρεµβολών, ανακλάσεων σήµατος και των λοιπών στοιχείων που θα µπορούσαν να προκαλέσουν κάποιο σφάλµα στην ανάλυση. Μετά την προ-επεξεργασία αυτή, οι στρώσεις του οδοστρώµατος άρχισαν πλέον να διακρίνονται (βλ. εικόνα 8). Εικόνα 7. Ακατέργαστα δεδοµένα

2 Εικόνα 8. Προ-επεξεργασµένα δεδοµένα Εικόνα 9. Αναγνώριση στρώσεων Το επόµενο στάδιο ανάλυσης ήταν η αναγνώριση των διεπιφανειών µεταξύ των στρώσεων, µε δυνατότητα υπολογισµού του πάχους της κάθε στρώσης (βλ. εικόνα 9). Συγκεκριµένα µέσω του ειδικού λογισµικού ανάλυσης υπολογίστηκε ο χρόνος που χρειάστηκαν τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα να διαπεράσουν τα υλικά του οδοστρώµατος και να επιστρέψουν στο δέκτη σε αντιστοιχία µε την κάθε στρώση του οδοστρώµατος. Εν συνεχεία υπολογίστηκαν οι διηλεκτρικές σταθερές των επιµέρους στρώσεων του οδοστρώµατος, οι οποίες επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες ανάλογα µε το είδος της στρώσης (Saarenketo και Scullion 2). Ειδικά για τον υπολογισµό της διηλεκτρικής σταθεράς της ασφαλτικής στρώσης, χρησιµοποιήθηκε, µέσω του λογισµικού ανάλυσης, η σχέση 1. Α 1+ ε Α r = Α 1 Α p p 2 (1)

3 όπου ε r η διηλεκτρική σταθερά της ασφαλτικής στρώσης, Α το πλάτος της ανάκλασης της επιφάνειας του οδοστρώµατος και Α p το πλάτος του ανακλώµενου σήµατος από την ειδική µεταλλική επιφάνεια που τοποθετείται πάνω στην επιφάνεια του εδάφους για τη βαθµονόµηση του βάθους. Γνωρίζοντας πλέον τις διηλεκτρικές σταθερές των ασφαλτικών στρώσεων, καθώς και τους χρόνους διάδοσης του σήµατος σε αυτές υπολογίστηκαν τα σχετικά πάχη σύµφωνα µε τη σχέση 2. cti di = 2 εr (2) όπου c η ταχύτητα των ηλεκτροµαγνητικών κυµάτων στον αέρα (c=3x1 8 m/s) και t i ο χρόνος διάδοσης του σήµατος στην ασφαλτική στρώση. Από τα υπολογισµένα πάχη εντοπίστηκαν εκείνα τα οποία αντιστοιχούν στις 25 θέσεις όπου είχαν πραγµατοποιηθεί οι λήψεις πυρήνων. Με ανάλογη διαδικασία είναι δυνατός και ο προσδιορισµός των παχών και των άλλων στρώσεων του οδοστρώµατος (βάση, υπόβαση). Επίσης αξίζει να σηµειωθεί ότι η διαδικασία ανάλυσης των δεδοµένων συλλογής µε το Σύστηµα GPR είναι χρονοβόρα και απαιτεί την εµπειρία του αναλυτή, καθώς είναι ιδιαίτερα σύνθετη και γίνεται ακόµη πιο σύνθετη όταν απαιτείται ο συνδυασµός των πληροφοριών που δίνουν οι κεραίες του Συστήµατος στο σύνολο τους. 2 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα συνολικά πάχη των ασφαλτικών στρώσεων που µετρήθηκαν από τους 25 πυρήνες που ελήφθησαν ως αντιπροσωπευτικά δείγµατα των υπό διερεύνηση οδοστρωµάτων συγκρίθηκαν µε τα υπολογισµένα πάχη των ασφαλτικών στρώσεων στις ίδιες θέσεις. Εφαρµόστηκε γραµµική συσχέτιση στα δύο δείγµατα και απεδείχθη ο πολύ καλός συσχετισµός µεταξύ των υπολογισµένων µε των µετρηµένων παχών (R 2 =,98) (βλ. εικόνα 1). Το στοιχείο αυτό ενισχύει την άποψη ότι η µέθοδος γεωραντάρ µπορεί να αντικαταστήσει τη διαδικασία λήψης πυρήνων, τουλάχιστον όσον αφορά στον υπολογισµό των παχών των ασφαλτικών στρώσεων.

4 4 35 R 2 =.98 Υπολογισµένο πάχος (cm) Μετρηµένο πάχος (cm) Εικόνα 1. Συσχέτιση µετρηµένων και υπολογισµένων παχών των ασφαλτικών στρώσεων 35 Πάχος ασφαλτικών στρώσεων (cm) Θέσεις Μετρηµένο πάχος Υπολογισµένο πάχος Εικόνα 11. Αποκλίσεις τιµών µετρηµένων και υπολογισµένων παχών των ασφαλτικών στρώσεων Επίσης υπολογίστηκε η ακρίβεια των υπολογισµένων παχών των ασφαλτικών στρώσεων σε σχέση µε τα αντίστοιχα µετρηµένα από πυρήνες (βλ. εικόνα 11). Αν εξαιρεθούν οι περιπτώσεις των θέσεων 2 και 1, όπου η απόκλιση του υπολογισµένων παχών από τα µετρηµένα είναι 13,5% και 18,2% αντίστοιχα, σε όλες τις άλλες θέσεις η ίδια απόκλιση είναι µικρότερη του 1%, µε µία µέση τιµή της τάξης του 3,8%.

5 εδοµένου ότι τα υπό διερεύνηση οδοστρώµατα δεν ήταν όλα του ιδίου τύπου, η µέση ποσοστιαία απόκλιση που υπολογίστηκε µεταξύ των µετρηµένων και των υπολογισµένων παχών ασφαλτικών στρώσεων θεωρείται ικανοποιητική. Ταυτόχρονα η απόκλιση αυτή φαίνεται να πιστοποιεί την ακρίβεια της τεχνικής γεωραντάρ, τουλάχιστον όσον αφορά στην ασφαλτική στρώση. 3 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η µέθοδος γεωραντάρ είναι µία γεωφυσική µέθοδος που τα τελευταία χρόνια έχει ευρέως εφαρµοστεί για την αξιολόγηση των οδοστρωµάτων και κατ επέκταση των έργων οδοποιίας, σε διεθνές επίπεδο. Οι συµβατικές µέθοδοι λήψης πυρήνων, οι οποίες εκτός του ότι είναι καταστρεπτικές, είναι χρονοβόρες και απαιτούν την όχληση της κανονικής κυκλοφορίας. Αντίθετα η υπόψη µέθοδος παρέχει τη δυνατότητα απρόσκοπτης και συνεχούς καταγραφής της στρωµατογραφίας των οδοστρωµάτων. Εξάλλου, οι πυρήνες παρέχουν µόνο σηµειακές πληροφορίες, οι οποίες ίσως να µην είναι αντιπροσωπευτικές για το σύνολο ενός οδικού έργου. Η διαδικασία ανάλυσης των δεδοµένων συλλογής µε το Σύστηµα GPR είναι σύνθετη και για το λόγο αυτό χρονοβόρα. Πραγµατοποιείται µε εξειδικευµένα λογισµικά, τα οποία σε συνδυασµό µε την απαιτούµενη εµπειρία του αναλυτή, οδηγούν στον προσδιορισµό των διεπιφανειών των επιµέρους στρώσεων ενός οδοστρώµατος και κατ επέκταση στον υπολογισµό των παχών τους. Ειδικά ως προς τα πάχη των ασφαλτικών στρώσεων προέκυψε στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας, ότι τα υπολογισµένα, µέσω των µετρήσεων και της ανάλυσης δεδοµένων του Συστήµατος GPR, πάχη είναι πολύ καλά συσχετισµένα µε τα αντίστοιχα µετρηµένα πάχη από πυρήνες. Η ακρίβεια της συσχέτισης αυτής είναι µεγάλη, καθώς η µέση απόκλιση των τιµών των µετρηµένων και των υπολογισµένων παχών είναι µάλλον µικρή. 4 ΑΝΑΦΟΡΕΣ ASTM Standard Test Method for Determining the Thickness of Bound Pavement Layers Using Short-Pulse Radar. Non-destructive Testing of Pavement Structures, ASTM D GSSI. 22. Radan for Windows: User s manual. USA Jaselskis, E. J., Grigas, J. & Brilingas, A. 23. Dielectric Properties of Asphalt Pavement. Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol. 15, No 5: Loulizi, A., Al-Qadi, I. L. & Lahouar, S. 23. Optimization of ground-penetrating radar data to predict layer thicknesses in flexible pavements. Journal of Transportation Engineering, ASCE, Vol. 129, No. 1: Maser, K Condition assessment of transportation infrastructure using ground penetrating radar. Journal of Infrastructure Systems, ASCE, Vol. 2, No. 2: RoadScanners. 21. Road Doctor user s Guide. Finland Saarenketo, Τ. & Scullion, T. 2. Road evaluation with ground penetrating radar. Journal of Applied Geophysics 43: Willett, D. A. & Rister, B. 22. Ground Penetrating Radar: Pavement Layer Thickness Evaluation. Research Report, Kentucky Transportation Center, USA