Διερεύνηση Της Μηχανικής Συμπεριφοράς Ασφαλτικών Οδοστρωμάτων

Abstract

Προϋπόθεση της διενέργειας δομικής αξιολόγησης οδοστρωμάτων αποτελεί η συντεταγμένη παρακολούθηση της συμπεριφοράς τους σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή t του χρόνου λειτουργίας τους. Ως πάγια τακτική στη διαδικασία αυτή, έχει κυριαρχήσει η αξιοποίηση προηγμένων συστημάτων για τη διενέργεια μη καταστρεπτικών δοκιμών (Non-Destructive Testing, NDT) που επιτρέπουν την αξιολόγηση χωρίς τη διατάραξη της δομής των οδών. Διαχρονικά, στοιχεία μηχανικής απόκρισης οδοστρωμάτων που συλλέγονται με το σύστημα του παραμορφωσίμετρου πίπτοντος βάρους (Falling Weight Deflectometer, FWD) και στοιχεία στρωματογραφίας που προκύπτουν από αναλύσεις στοιχείων συλλογής με το γεωραντάρ (Ground Penetrating Radar, GPR) αποτελούν τις δύο βασικές πληροφορίες που απαιτούνται για την ανάλυση δομών οδοστρώματος. Στο πλαίσιο αυτό, η συνηθέστερα χρησιμοποιούμενη παραδοχή ανάλυσης είναι η θεωρία των επάλληλων ελαστικών στρώσεων (Multi-Layered Elastic Theory, MLET), όπου όλα τα υλικά του οδοστρώματος νοούνται ως ελαστικά, ισότροπα και ομογενή. Πλήθος μεθοδολογιών ανάλυσης οδοστρωμάτων βασίζεται σε αυτή, γεγονός που εξηγεί το διαχρονικό ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας στην ανάπτυξη μεθόδων και μοντέλων που συνδυάζουν τις πληροφορίες από τα διαφορετικά NDT συστήματα (κυρίως των FWD και GPR) σε ένα ενιαίο πλαίσιο ανάλυσης (system integration/data integration) προκειμένου να παράγεται αξιοποιήσιμη πληροφορία. Ωστόσο, η ισχύς αυτών των μεθοδολογιών ή συναφών μοντέλων συχνά δεσμεύεται από περιορισμούς που αφορούν στα χρησιμοποιούμενα πειραματικά στοιχεία κατά την ανάπτυξη αυτών των προσεγγίσεων (πχ τοπικά υλικά, επιρροή περιβαλλοντικών συνθηκών, …). Μία άλλη σημαντική πρόκληση που αντιμετωπίζει ο μηχανικός οδοστρωμάτων στο πλαίσιο της αξιολόγησης των οδοστρωμάτων στο πεδίο, ιδιαίτερα σε επίπεδο έργου (project-level) όπου ενδιαφέρει η αξιολόγηση των αναγκών επανασχεδιασμού τους, αφορά στις παραδοχές που γίνονται για τη μηχανική συμπεριφορά των υλικών του οδοστρώματος. Ειδικότερα για τα ασφαλτομίγματα, η πρόοδος που σημειώνεται στις έρευνες που γίνονται σε κλίμακα εργαστηρίου για την ιξωδοελαστική τους συμπεριφορά (λόγω της εξάρτησής της από την ιξώδη φύση των συνδετικών υλικών) δεν συνάδει με δυνητική εφαρμογή και αξιοποίηση των ερευνητικών ευρημάτων σε κλίμακα πεδίου. Η πλειονότητα των αναλύσεων από προϋπάρχουσες έρευνες αφορά είτε σε εξειδικευμένα ζητήματα συμπεριφοράς υλικών, είτε σε βελτιστοποίηση των διαδικασιών σχεδιασμού οδοστρωμάτων. Περιορισμένες είναι οι σχετικές έρευνες που επικεντρώνονται στην επιτόπου αξιολόγηση της συμπεριφοράς υφιστάμενων οδοστρωμάτων. Επομένως, η συμβολή των χαρακτηριστικών των υλικών στη μηχανική συμπεριφορά του οδοστρώματος στο πεδίο αποτελεί μία διαχρονική και «ανοικτή» πρόκληση.Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η συμβολή στη διαδικασία δομικής αξιολόγησης ασφαλτικών οδοστρωμάτων μέσω βελτιστοποίησης της χρήσης στοιχείων εργαστηρίου και στοιχείων συλλογής στο πεδίο από υφιστάμενα μη καταστρεπτικά συστήματα καθώς και χρήσης διαθέσιμων εργαλείων ανάλυσης. Η διερεύνηση επικεντρώνεται σε δύο αλληλένδετους ερευνητικούς άξονες. Ο πρώτος αφορά σε επιμέρους βελτιστοποιήσεις της διαδικασίας της δομικής αξιολόγησης μέσω ενσωμάτωσης στοιχείων συλλογής με NDT συστήματα στο πλαίσιο της ανάλυσης οδοστρωμάτων, διαδικασία η οποία είναι συμβατή με τη MLET, ενώ ο δεύτερος εστιάζει στην υιοθέτηση της ιξωδοελαστικής συμπεριφοράς των ασφαλτομιγμάτων και στην αξιολόγηση της συμβολής της στην ακρίβεια εκτίμησης της μηχανικής συμπεριφοράς και της φθοράς των ασφαλτικών οδοστρωμάτων. Η δομή της διατριβής περιλαμβάνει επισκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας αναφορικά με τη μηχανική συμπεριφορά των υλικών του οδοστρώματος, τη διαδικασία αξιολόγησης ασφαλτικών οδοστρωμάτων και των διαθέσιμων ερευνητικών ευρημάτων από τη συμβολή της ιξωδοελαστικότητας των ασφαλτομιγμάτων στη συμπεριφορά οδοστρωμάτων. Ακολουθεί το σύνολο των αναλύσεων μαζί με τα σχετικά αποτελέσματα, ενώ τέλος συνοψίζονται και αξιολογούνται τα συμπεράσματα που προέκυψαν.