Dokumentationssystem för Yttäckande Packningskontroll CDS-012-J CDS S/0010

Transkript

1 Dokumentationssystem för Yttäckande Packningskontroll CDS-012-J CDS S/0010

2 Innehåll Innehåll Inledning Bakgrund Innehåll Packning av jord och sprängsten Packningsredskap Packningskontroll med punktmetoder Yttäckande packningskontroll Yttäckande Packningskontroll, YPK Erforderlig utrustning Packningsmätarvärde CMV och OMV Packning och dokumentation Dubbelslag och vaggsvängning YPK-protokoll Kalibrering av packningsmätarvärden Börvärde och tillåtna avvikelser Efterkontroll Normsituation Systemkomponenter CDS-012-J Packningsmätare Monteringsanvisning I-sensor Displayenhet Bruksanvisning Uppläggning av dokumentationsyta Systemstart Registrering Menyer Startmeny Inställningar Objektdata Datum/Tid Vältdata Stråklängd Gränser

3 7.1.7 Visa bild Printerutskrift Dataöverföring Börja registrera Arbetsbild Gradient YPK-protokoll Felsökning Funktionsbeskrivning Felsökningshjälpmedel Felsökning CDS-012-J Anslutning av skrivare Program för datahantering CdsView CdsCom CdsComXL CdsMap Byte av EPROM Tekniska data Reservdelslista Litteratur Alfabetiskt register

4 1. Inledning 1.1 Bakgrund Förutsättningarna för packning och kontroll av obundna lager har dramatiskt förändrats under senare tid. För bara ett par år sedan ansågs packningen vara den minst viktiga delen av byggnadsprocessen, men ett ökat kvalitetstänkande och den allt stramare ekonomiska situationen har medfört att kraven på packningsarbetet har ökat markant. Omfattande kostnadsanalyser av t.ex. en vägs totalkostnad har klart visat att livslängden hos de dyra asfaltlagren är starkt beroende av underlagets bärighetstillstånd, dvs. packningsresultatet. För att kunna tillgodose moderna krav på effektivitet och kvalitet behövs inte enbart modern utrustning utan även ett visst nytänkande. Traditionella punktmetoder som hittills använts för kontroll av packningsresultatet kan varken ge den erforderliga överblicken över ett byggnadsobjekt eller den erforderliga detaljinformationen om varje kvadratmeter. Modern elektronik har emellertid öppnat vägen för mätning under pågående arbete och för hantering och presentation av stora datamängder. Elektroniska, vältintegrerade packningsmätare och vältmonterade system för dokumentation av hela packningsprocessen har drastiskt förändrat packningstekniken. I en rad europeiska länder har myndigheterna observerat dagens behov och möjligheter och antingen anpassat befintliga föreskrifter till de ändrade förutsättningarna och/eller utgivit nya. Yttäckande Packningskontroll (YPK) ingår f.n. i föreskrifter i Sverige, Finland, Tyskland och Österrike. 1

5 1.2 Innehåll Syftet med denna manual är att ge läsaren såväl en bred orientering som detaljinformation om Yttäckande Packningskontroll, YPK, samt att ge svar på frågor i samband med YPK's praktiska tillämpning. I kapitel 2, Packning av jord och sprängsten, ges läsaren en överblick över utrustning och förfarande vid packning och packningskontroll av jord och sprängsten, och i kapitel 3, Yttäckande Packningskontroll, beskrivs YPK's praktiska användning. Kapitel 4, Systemkomponenter, och kapitel 5, Monteringsanvisning, förklarar systemets delar och hur de skall monteras. I kapitel 6, Bruksanvisning, finns handledningen för användaren och detaljinformation om systemets mjukvara återfinns i kapitel 7, Menyer. Kapitel 8, YPK-protokoll, beskriver ingående YPK-protokollet. Kapitel 9, Felsökning, är avsett att ge svar på användarens vanligaste frågor och innehåller även ett felsökningsschema. I kapitel 10, Anslutning av skrivare, beskrivs hur lämpliga skrivare skall anslutas. Data som lagras i dokumentationssystemet kan överföras till en PC för vidarebehandling och lämpliga program för överföring och bearbetning beskrivs närmare i kapitel 11, Program för datahantering. I kapitel 12, Byte av EPROM, beskrivs tillvägagångssättet vid byte av EPROM. Systemets tekniska data m.m. återfinns i kapitel 13, Tekniska data och i kapitel 14, Reservdelslista, finns en förteckning över systemets reservdelar. I kapitel 15, Litteratur, återfinns en litteraturförteckning och där kan den läsare som vill veta mer om YPK hitta lämplig litteratur. Längst bak finns ett Alfabetiskt register över väsentliga nyckelord, för att läsaren lättare skall kunna hitta i manualen. 2

6 2. Packning av jord och sprängsten I detta kapitel ges läsaren en kort överblick över utrustning och förfarande vid packning och packningskontroll av jord och sprängsten. Det finns inte utrymme i en manual att uttömmande beskriva alla förutsättningar och metoder, därför hänvisas till gängse facklitteratur (se även kapitel 15, Litteratur) för mera ingående studier. 2.1 Packningsredskap Syftet med att packa ett s.k. obundet lager, dvs. ett lager jord eller sprängsten är att öka lagrets förmåga att bära en bestämd statisk last t.ex. en byggnad eller en dynamisk last t.ex. trafiklasten på en väg. Packningsarbetet skall utföras så effektivt som möjligt för att på kortast möjliga tid åstadkomma ett jämnt underlag med erforderlig bärförmåga utan under- eller överpackade partier. Ett underlag med ojämnt packningsresultat kommer med stor sannolikhet att medföra framtida sättningsdifferenser, som i sin tur kan orsaka skador på byggnaden eller vägen. Packning av jord- eller sprängstenslager i samband med byggandet av vägar, järnvägar, flygfält, deponier och dammar, utförs normalt med hjälp av en eller flera lämpliga vältar. Det finns tre olika välttyper: Statiska vältar, vibrerande vältar och oscillerande vältar. A.) B.) C.) Figur 1. Statisk vält (A), vibrerande vält (B) och en oscillerande vält (C). 3

7 Dessa välttyper finns dessutom i flera olika utföranden t.ex. envals, tandem, dragen eller självgående vält. En vält kan specificeras genom statiska vältparametrar (valsdiameter, valslängd, linjelast, vikt m.m.) och genom dynamiska vältparametrar (vibrationsamplitud, vibrationsfrekvens, välthastighet, körriktning i förhållande till excenterns rotationsriktning m.m.). De statiska vältarna (se figur 1) packar endast genom sin tyngd. De kan inte användas för YPK och beskrivs därför inte närmare. Vibrerande vältar Vibrerande vältar har en eller två vibrerande trummor (se figur 1). Vibrationen åstadkoms med hjälp av en inuti trumman roterande excentervikt. Excentervikten roterar med en vibrationsfrekvens på Hz (Hz = Hertz = varv per sekund) och ger valsen en vibrationsamplitud på 0,5-2,0 mm. De flesta vibrerande vältar är försedda med två amplituder ("låg" och "hög") och varje amplitud har en korresponderande frekvens (normalt kombineras den låga amplituden med den höga frekvensen och den höga amplituden med den låga frekvensen). Under ogynnsamma förhållanden, dvs. vid vissa kombinationer av å ena sidan vältens massa, frekvens och amplitud och å andra sidan det packade lagrets tillstånd, kan en vibrerande vält råka i "vaggsvängning" eller "dubbelslag". Vid vaggsvängning eller dubbelslag ändras vältens beteende markant och kraftiga skakningar och hög bullernivå uppkommer. Detta tillstånd är oönskat vid packning, i och med att: packningsresultatet påverkas negativt, genom att materialet kan återuppluckras och krossas skakningarna kan begränsa vältens livslängd vibrationer sprids till omgivningen. förarens arbetsmiljö försämras CMV-värdet påverkas. Om vaggsvängning eller dubbelslag inträffar vid den höga amplituden bör vältens låga amplitud väljas, och om det inträffar även vid den låga amplituden, bör packningsarbetet med den aktuella välten avbrytas. För att kunna fortsätta packningsarbetet bör välten bytas ut mot en annan vält. Oscillerande vältar Oscillerande vältar (se figur 1) arbetar enligt en ny, patenterad packningsprincip. En oscillerande vält har två synkront roterande excenteraxlar som ger valsen en snabbt alternerande rörelse framåt/bakåt, istället för en vibrerande vals upp-och nedgående rörelse (vertikala slag mot underlaget). Därigenom lyfter en oscillerande vals aldrig från underlaget utan packningsarbetet åstadkoms genom en kombination av vältens tyngd (som en statisk vält) och horisontella skjuvkrafter ("gnuggning" av underlaget). Oscillerande vältar arbetar i stort sett med samma frekvenser och amplituder som motsvarande vibrerande vältar. Amplituden anges i mm även för oscillerande vältar, men här avses den tangentiella oscillationsamplituden (till skillnad från den vertikala vibrationsamplituden hos vibrerande vältar). 4

8 Oscillerande vältar har flera fördelar jämfört med statiska och vibrerande vältar: 1. Oscillerande vältar packar genom sin tyngd och genom överföring av skjuvkrafter, till skillnad från statiska vältar som endast packar genom sin tyngd. 2. Oscillerande vältar lyfter ej från underlaget, dvs. de slår inte mot underlaget och packar därför skonsammare och jämnare jämfört med vibrerande vältar som slår mot underlaget. 3. Oscillerande vältar har en mindre djupverkan än vibrerande vältar, vilket är en fördel vid packning av tunna lager, men en nackdel vid packning av lager som är tjockare än cm. För alla tre välttyper gäller att en effektiv maskininsats förutsätter att packningen utförs med lämplig välthastighet och, vad gäller vibrerande och oscillerande vältar, med optimal frekvens och amplitud. För att uppnå ett jämnt packningsresultat är det av stor vikt att välten framförs längs parallella stråk som täcker hela ytan som skall packas (yttäckande packning!). Stråken körs lämpligen med en viss överlappning. 2.2 Packningskontroll med punktmetoder Materialet som skall packas - jord, grus, eller sprängsten - kan ha mycket varierande egenskaper som avsevärt påverkar möjligheterna att packa och kontrollera utfört arbete. Dit hör bl.a. kornformen (rundtill kantkornig), kornfördelningen (ensartad till ojämnkornig), kornstorleksfördelningen (grov- till finkornig) och vattenhalten. Möjligheterna att packa och kontrollera utfört arbete påverkas dessutom av tjockleken hos det lager som skall packas, liksom av dess packningstillstånd (opackat, dåligt/välpackat, jämnt/ojämnt packat) och av tillståndet hos underlaget eller djupare liggande lager (mjukt, styvt). Traditionellt har packningsresultat kontrollerats med hjälp av olika punktmetoder i syfte att bestämma materialets densitet eller lagrets Elasticitetsmodul (E-modul). Huvudsakligen har punktmetoderna: densitetsmätning, statiskt plattförsök och fallviktsmätning tillämpats. Densitetsmätning Det finns olika metoder för att bestämma ett materials densitet "in-situ", dvs på platsen, och de vanligaste är mätning med vattenvolymeter respektive med isotopmätare, se figur 2 respektive figur 3. 5

9 Figur 2. Densitetsmätning med vattenvolymeter. Vid densitetsbestämning med vattenvolymeter, gräver man ett 1-2 liter stort hål i materialet, bestämmer hålets volym med en vattenfylld gummiblåsa, väger det uppgrävda materialet i naturligt tillstånd, torkar materialet och väger det. Hålets volym och det torkade materialets vikt ger provets torrdensitet i g/cm 3. Figur 3. Densitetsmätning med isotopmätare. Vid densitetsmätning med isotopmätare, utnyttjas det packade materialets egenskap att kunna dämpa gammastrålning. Det finns två olika typer av strålningsmätare: 1. Reflekterande strålningsmätare 2. Transmitterande strålningsmätare På en reflekterande strålningsmätare (backscatter) sitter strålningskällan och detektorn på undersidan av mätaren. På en transmitterande strålningsmätare är strålningskällan placerad i spetsen på en sond som trycks ned ca. 30 cm i lagret, se figur 3. Detektorn sitter antingen på undersidan av mätaren eller, hos 6

10 den s.k. dubbelsonden, i spetsen av en andra sond som trycks ned parallellt med sonden med strålningskällan. Djupverkan hos en reflekterande strålningsmätare är ca. 7 cm i normala jord- och sprängstenslager och djupverkan hos en transmitterande strålningsmätare med en sond är maximalt 20 cm. Normalt utförs även ett så kallat "modifierat Proctorförsök" varvid en större mängd material, från samma ställe som det med vattenvolymetern eller isotopmätaren undersökta materialet, undersöks på laboratorium, med avseende på optimal vattenhalt och maximal densitet. Kvoten mellan densitet in-situ och maximal densitet enligt Proctor (standard eller modifierad) ger den så kallade "packningsgraden", uttryckt i procent (%). Densiteten in-situ respektive packningsgraden anger endast lagrets tillstånd i den punkt där provet tagits och endast till det djup som provet representerar. Ett densitetsförsök med vattenvolymeter tar ca. 45 minuter, till det kommer tiden för vägning och torkning av materialet. Ett proctorförsök med fem instampningar, torkning, vägning m.m. tar ca. 4 timmar. Densitetsmätning med isotopmätare tar ca minuter. Technische Universität München har utfört omfattande jämförande mätningar med olika utrustningar och funnit, att resultat från olika densitetsmätningar i vanligen förekommande obundna material visar mycket stora spridningar, vilket i huvudsak torde bero på lokala variationer hos materialet men även på yttre faktorer såsom apparatur, operatör, väderleksförhållanden etc. Statiskt plattförsök Statiska plattförsök utförs i princip med hjälp av en styv platta, med en diameter på 30 cm, som på- och avlastas två gånger enligt ett normerat förfarande, se figur 4. Figur 4. Statiskt plattförsök med enklocks-utrustning. 7

11 Ur last/deformationskurvan, se figur 5, bestäms materialets E-modul för den första belastningen (Ev 1 ) och för den andra belastningen (Ev 2 ). Kvoten Ev 2 /Ev 1 får ej överstiga ett visst värde, som varierar mellan olika länder. Figur 5. Last/deformationskurva. Den ursprungliga utrustningen för statiskt plattförsök är försedd med tre deformationsmätare som avläses visuellt (tre-klocks-utrustning). En modernare version av utrustningen (figur 4) har endast en mätklocka och lastcyklerna registreras med hjälp av en fältdator, vilket i princip garanterar att mätdata inte kan manipuleras. Statiska plattförsök påverkas i viss mån av materialsammansättningen under plattan, dvs. om plattan vilar på en eller flera stora stenar, eller om materialet under plattan består av en ansamling finmaterial, fås ett felaktigt mätresultat. För att förhindra detta bör efter varje plattförsök materialsammansättningen till ca. 50 cm under plattan kontrolleras. Visar kontrollen anhopningar av grovt eller fint material bör försöket göras om i en annan punkt. I bland annat Tyskland kräver man att ett uppluckrat ytskikt avlägsnas för att plattan skall vila mot en ostörd yta. Det tar ungefär 30 minuter att utföra ett plattförsök med en-klocks-utrustningen. Om en-klocksutrustningen används räknar fältdatorn omedelbart fram E-modulen, och om den äldre tre-klocksutrustningen används tillkommer tiden för utvärdering. 8

12 Fallviktsförsök Fallviktsmätning har egentligen utvecklats för kontroll av vägbeläggning, men under senare år har metoden även använts i forskningssyfte för kontroll av obundna lager. Vid fallviktsförsök ("Falling Weight Deflectometer"), se figur 6, släpps en vikt med en bestämd massa på en platta med en bestämd diameter och när vikten träffar plattan registreras viktens retardation (uppbromsning) och underlagets deformation i slagpunkten och i några punkter vid sidan om slagpunkten, med hjälp av geofoner eller accelerometrar. 1. Platta 2. Handtag 3. Anslag 4. Vikt 5. Stång 6. Fjäderelement 7. Avtryckare 8. Stabiliseringsring Figur 6. Fallviktsapparat. Ur de uppmätta deformationerna beräknas underlagets dynamiska E-modul. Ett fallviktsförsök med fullt automatiserad utrustning tar ca. 2 minuter. Man bör beakta att fallvikten packar ett obundet underlag vid varje slag, samt att det för närvarande inte finns någon standard för packningskontroll av obundna lager med fallvikt. 9

13 2.3 Yttäckande packningskontroll Yttäckande Packningskontroll, YPK, har utvecklats för att förbättra och effektivisera packning och packningskontroll. I förhållande till konventionell teknik för packning och packningskontroll har YPK följande viktiga fördelar: Packningsmätarvärdena är reproducerbara Reproducerbarheten är mycket god, se figur 7, där tre på varandra följande överfarter i samma stråk visas. Man kan tydligt se att varje överfart liknar den föregående/efterföljande överfarten (toppar och dalar är belägna på samma ställen). Figur 7. Exempel på YPK-metodens goda reproducerbarhet. Mätning under packningsarbetet Konventionella kontrollmetoder fördröjer packningsarbetet, beroende på dels att packningsarbete inte är tillåtet i närheten av mätningarna, dels att utvärdering av mätningarna kan ta från flera timmar till dagar, vilket hindrar entreprenören att fortsätta packningsarbetet. Vid YPK insamlas mätdata under arbetets gång. Vältföraren kan direkt avläsa resultatet på systemets LCD-skärm och entreprenören respektive beställaren kan när som helst delges ett YPK-protokoll. Registrerade mätdata är inte manipulerbara Mätresultaten från de flesta punktmetoderna påverkas av yttre faktorer såsom apparatur, operatör och väder, och kan medvetet eller omedvetet manipuleras utan att man kan kontrollera korrektheten i efterhand. Vid YPK lagras alla mätvärden i originalform utan praktisk möjlighet till avsiktlig eller oavsiktlig förfalskning. Yttäckande Vid YPK dokumenteras och presenteras packningstillståndet för varje kvadratmeter packad yta. Visualisering En lättförståelig gråtonskala ger vältföraren, entreprenören och beställaren en överblick över ytans packningstillstånd efter den senaste överfarten i varje stråk. CDS-systemet kan monteras på alla dynamiska vältar 10

14 CDS-systemet kan monteras på alla på marknaden förekommande typer/fabrikat av dynamiska vältar (vibrerande och oscillerande vältar) undantaget är statiska vältar. Kostnadsaspekter Vägverket har jämfört kostnader för packningskontrollen med och utan CDS-system enligt VÄG 94. Jämförelsen visar att ett CDS-system helt kan skrivas av efter insatsen på en 13 m bred och 10 km lång väg. Vid denna jämförelse har inte tids- och kvalitetsvinster tagits med i beräkningen. Erfarenheter från Österrike bekräftar Vägverkets kalkyl. I kapitel 3, Yttäckande Packningskontroll, beskrivs YPK utförligt. 11

15 3 Yttäckande Packningskontroll, YPK Yttäckande Packningskontroll, YPK, är ett nytt sätt att styra och dokumentera hela packningsprocessen. Metoden har utvecklats i Sverige och tillämpades praktiskt i stor skala först i Tyskland genom Prüfamt für Grundbau, Technische Universität München vid kontroll av bl.a. en BMW-fabrik i Regensburg, en rangerbangård i München och Münchens nya flygplats MUC II. På tyska benämns metoden "Flächendeckende Verdichtungskontrolle, FDVK" och i engelsktalande länder använder man termen "Continuous Compaction Control, CCC". YPK är i första hand avsedd för kontroll av lager med obundna material som sprängsten, krossgrus, naturgrus, sand och blandjordar med liten andel finmaterial. I flera länder har man tagit fram föreskrifter som omfattar YPK, och dessa gäller främst för obundna bärlager, förstärkningslager och skyddslager. Huvudskälet till varför man i Sverige och andra länder mer och mer tillämpar YPK är att man på ett effektivt sätt vill åstadkomma ett jämnt packningsresultat. Ojämn packning eller kvarstående mjuka partier leder nämligen förr eller senare till sättningsdifferenser med skador på byggnadsobjektet (vägbeläggningen, byggnaden, startbanan eller dylikt) som följd. I vissa länder har man börjat använda YPK för att försäkra sig om homogenitet och ett jämnt packningstillstånd hos det obundna underlaget för asfaltbeläggningar, omedelbart innan dessa påförs. Anledning till detta är främst betydelsen av packningstillståndet hos underlaget för beläggningar, som i hög grad avgör beläggningens livslängd och därmed kostnaderna för underhåll och reparation av beläggningen. 3.1 Erforderlig utrustning YPK förutsätter att packningsredskapet är utrustat med en vältintegrerad packningsmätare (Compactometer eller Oscillometer) och ett dokumentationssystem, CDS-012, samt att det finns tillgång till en IBM-kompatibel PC med mjukvara för lagring, analys och presentation av packningsdata. Geodynamik har tagit fram PC-programmen CdsView, CdsCom, CdsComXL och CdsMap för dataöverföring, utvärdering etc. Dessa program beskrivs utförligt i kapitel 11, Program för datahantering. 12

16 SS 26 GEODYNAMIK CDS-012-J 0010 Figur 8 visar hur ett YPK-system kan användas. CDS Figur 8. Användning av ett YPK-system. I figur 8 är välten försedd med ett dokumentationssystem, CDS-012, och en vältintegrerad packningsmätare. Under packningsarbetet lagras packningsdata i CDS och efter det att packningsarbetet har avslutats tas CDS loss från välten och ansluts till en skrivare för utskrift av ett YPK-protokoll. CDS kan även anslutas till en PC för överföring av packningsdata till PC'n. I PC'n kan dessa data lagras och bearbetas ytterligare med PC-programmen CdsView, CdsCom, CdsComXL eller CdsMap. 3.2 Packningsmätarvärde CMV och OMV En vältintegrerad packningsmätare mäter kontinuerligt underlagets packningstillstånd och presenterar det i form av ett "packningsmätarvärde", CMV (Compaction-Meter-Value) för vibrerande vältar och OMV (Oscillo-Meter-Value) för oscillerande vältar. Packningsmätarvärdet registreras, lagras och presenteras med hjälp av dokumentationssystemet, CDS-012. Packningsmätarvärdet är ett dimensionslöst relativvärde som indikerar underlagets packningstillstånd och vars belopp varierar med underlagets styvhet. En Yttäckande Packningskontroll baserat på en packningsmätare är i första hand avsedd för kontroll av lager med obundna material såsom sprängsten, krossgrus, naturgrus, sand och blandjordar med liten andel finmaterial. Vid packning av blandjordar med hög andel finmaterial, eller av finjordar, lerjordar samt av asfaltbeläggningar m.m. påverkar vattenhalten eller bindemedelhalten packningsmätarvärdena CMV och OMV. Detta kan innebära att en variation hos packningsmätarvärdet mera avspeglar variationer i lagrets vattenhalt än i lagrets 13

17 packningsgrad eller E-modul. Trots detta utgör Yttäckande Packningskontroll ett utmärkt hjälpmedel för entreprenörens självkontroll vid packning av finkorniga material, t.ex. en vägbank eller för en översiktlig dokumentation av markytan, bankbotten eller schaktbotten. För att kunna jämföra packningsmätarvärden mellan olika punkter eller delytor, framförallt vid en slutdokumentation, är det mycket viktigt att vält- och objektparametrar inte ändras under packningen. (Vältparametrar: körriktning, välthastighet, vibrations/oscillationsamplitud, vibrations/oscillationsfrekvens. Objektparametrar: underlag, material, lagertjocklek) En korrekt dokumentation av packningsarbetet förutsätter dessutom att korrekta data om välten och byggnadsobjektet inmatas i CDS-systemet. Detta kan med fördel göras på kontoret innan packningsarbetet påbörjas. Under förutsättning att ett visst CDS-system endast används på en viss vält, matas data för vältens dimensioner, vikt m.m. in en gång och behöver sedan aldrig ändras. Dessa data fås normalt ur välttillverkarens instruktionsbok för den aktuella välten. Även data för vältens amplitud, frekvens och körhastighet fås ur instruktionsboken, och det finns normalt flera olika alternativ. Vid inmatning av dessa data i CDS-systemet bör man därför antingen välja data enligt för byggnadsobjektet gällande anvisningar eller, ifall en kalibrering utförts på det aktuella objektet, de vid kalibreringen använda data. Aktuella objektdata (objektnamn, lagertyp, lagernummer m.m.) inmatas, i den utsträckning det är möjligt, i förväg på kontoret. Endast data för varje yta (startlinje, körriktning, stråklängd m.m.) måste inmatas med CDS-systemet installerat på välten innan själva packningsarbetet påbörjas. 3.3 Packning och dokumentation En yta, som omfattar upp till 10 parallella stråk, packas normalt först med 4 överfarter. På CDSsystemets LCD-skärm kan vältföraren omedelbart och kontinuerligt se vilket packningsresultat han åstadkommit genom att titta på den grafiska presentationen. På skärmen indikerar en lättförståelig gråtonskala det aktuella packningstillståndet för varje mätintervall om ca. 1 m 2. Efter den fjärde överfarten kan CDS-systemet beräkna den så kallade "packningsgradienten", vilken ger vältföraren konkret information om var och hur många ytterligare överfarter han behöver köra för att uppnå det erforderliga slutresultatet. Vältsymbolen på CDS-systemets LCD-skärm, som i varje ögonblick visar var välten befinner sig inom ytan, är därvid ett ovärderligt hjälpmedel för vältföraren. Genom att koncentrera packningsarbetet till delområden där ytterligare packning är nyttig respektive nödvändig, åstadkommer man ett jämnt packningsresultat på kortast möjliga tid. Samtidigt undviker man onödig, och i många fall, skadlig överpackning. Överpackning innebär att man fortsätter att packa områden, som redan har uppnått en erforderlig styvhet/bärförmåga. Då kan välten lätt hamna i dubbelslag eller vaggsvängning, vilket innebär att välten börjar skaka kraftigt och att det färdigpackade lagret påverkas negativt genom återuppluckring, krossning av material och nedpressning av det packade lagret i undergrunden. Dubbelslag och vaggsvängning beskrivs utförligt i nästa kapitel. I vissa länder skiljer man mellan en "produktionsvält" och en "kontrollvält". Båda är försedda med ett CDS-system, men produktionsvälten används under hela packningsskedet medan kontrollvälten, som ofta är speciellt kalibrerad, enbart används för att dokumentera packningsresultatet. Det förekommer att 14

18 flera produktionsvältar av varierande storlek/fabrikat arbetar på samma yta och att slutdokumentationen utförs av en speciell kontrollvält. 3.4 Dubbelslag och vaggsvängning Dubbelslag och vaggsvängning är fenomen som kan uppträda när man packar ett relativt fast underlag. Tillståndet kan inträffa tämligen plötsligt men det tar en längre tid att komma ur det. Vältföraren märker omedelbart när tillståndet inträffar, eftersom välten både skakar och låter kraftigt. Dubbelslag/vaggsvängning inträffar när förhållandet mellan underlagets tillstånd och vältens dynamiska egenskaper (ramvikt, vibrationsamplitud, vibrationsfrekvens) överstiger ett visst gränsvärde. Detta gränsvärde varierar från vält till vält, respektive från underlag till underlag. Dubbelslag och vaggsvängning förekommer endast hos vibrerande vältar (aldrig hos oscillerande vältar). Vissa typer av vibrerande vältar, som tandemvältar och traktorvältar med tung ram, kommer sällan i dubbelslag/vaggsvängning, andra kan lätt råka i detta tillstånd. Dubbelslag innebär att välttrummans excenter under vartannat varv slår ett "luftslag", dvs. att hela valsen under detta varv befinner sig i luften utan markkontakt. När endast ena sidan av valsen i taget befinner sig i luften, talar man om vaggsvängning. Vid båda tillstånden sker packningen i praktiken med halverad frekvens och fördubblad amplitud. Eftersom packningen, enligt packningens tumregel, bör påbörjas med hög amplitud och låg frekvens och avslutas med hög frekvens och låg amplitud, måste dubbelslag/vaggsvängning undvikas, eftersom välten i detta tillstånd uppluckrar redan packade ytor, kan krossa materialet och dessutom sprider vibrationer till omgivningen. Till detta kommer att både välten och föraren påverkas menligt av de kraftiga vibrationerna och att föraren dessutom utsätts för en obehagligt hög bullernivå. Normalt kan man lättast komma ur dubbelslag/vaggsvängning, om man ställer om från hög till låg vibrationsamplitud men om det inträffar även vid den låga amplituden, bör packningsarbetet med den aktuella välten avbrytas. På grund av den vid dubbelslag/vaggsvängning markant sjunkande vibrationsfrekvensen påverkas även CMV-värdet, som sjunker till ungefär sitt halva belopp. Detta betyder, att ett underlag med hög packningsgrad p.g.a. dubbelslag resulterar i ett CMV-värde som egentligen motsvarar ett betydligt sämre packningsresultat. I vissa länder krävs därför att CMV-värden som registrerats under dubbelslag/vaggsvängning markeras, för att kontrollanten/beställaren skall kunna skilja normalt låga CMV-värden från felaktiga sådana som registrerats vid dubbelslag/vaggsvängning. I flera länder, däribland Sverige och Österrike, utgår man emellertid ifrån att ingen packning och framförallt ingen dokumentationsöverfart får ske vid dubbelslag/vaggsvängning, varför man i dessa länder ej heller kräver en registrering och markering av dubbelslag/vaggsvängning. Geodynamik har utvecklat en speciell packningsmätare, ALFA-022R som indikerar om välten går stabilt, om välten snart kan komma i dubbelslag/vaggsvängning eller om välten befinner sig i detta tillstånd. Processorenheten i ALFA-022R beräknar ett s.k. RMV-värde (Resonance-Meter-Value) för varje mätintervall och värdena slås ihop i grupper om 5. Ifall ett värde i en grupp överstiger det valda gränsvärdet markeras hela avsnittet med ett streck på Arbetsbilden, Resultatbilden och i YPKprotokollet. Packningsmätaren, ALFA-022R kan även förses med ett visarinstrument för RMV. 15

19 3.5 YPK-protokoll Efter avslutat packningsarbete kan man få en dokumentation av såväl packningsprocessen som packningsresultatet. Dokumentationen kallas "YPK-protokoll" och kan erhållas på två olika sätt: 1. Utskrift via PC Figur 9. Utskrift via en PC. Normalt tar man loss CDS från välten och tar med den till kontoret. Där ansluter man CDS till en PC och överför data från CDS till PC'n. YPK-protokollet skrivs ut via PC-programmen CdsCom, CdsComXL eller CdsView på en skrivare ansluten till PC'n (figur 9). CDS kan även anslutas till en portabel PC och data föras över från CDS till PC'n. PC'n ansluts sedan till en skrivare och YPK-protokollet skrivs ut via PC-programmen CdsCom, CdsComXL eller CdsView. 2. Utskrift direkt från CDS Figur 10. CDS ansluten till en skrivare. 16

20 Normalt tar man loss CDS från välten och tar med den till kontoret. Där ansluter man CDS till en skrivare (figur 10) och skriver ut YPK-protokollet via CDS undermeny Printerutskrift. Vid behov kan man även ansluta en vältmonterad skrivare till CDS och skriva ut YPK-protokollet via CDS undermeny Printerutskrift. De skrivare som kan anslutas till CDS beskrivs i kapitel 10, Anslutning av skrivare. YPK-protokollet (se kapitel 8, YPK-protokoll, för mera information) visar: En grafisk presentation av packningsresultatet i fyra gråtoner (vitt, ljusgrått, mörkgrått och svart) Packningsmätarmedelvärden för varje stråk/yta En gråtonskala som visar vilket börvärde respektive vilka gränser som gäller för den grafiska presentationen Objekt- och materialdata Vältdata Datum Det är viktigt att betona att YPK-protokollet är ett dokument som inte kan manipuleras, eftersom registrerade data inte kan ändras i efterhand. Även om man av olika skäl ändrar gråtonskalan finns originaldata oförändrat lagrade i CDS' minne. YPK-protokollet har många fördelar för entreprenören och beställaren. Fördelar för entreprenören: Egenkontroll När föraren anser att han har packat färdigt, får entreprenören omedelbart ett lättförståeligt och översiktligt underlag som kan användas för att bedöma om packningsarbetet kan avslutas, respektive om eller var åtgärder bör vidtagas (efterpackning med ett annat redskap, stabilisering, materialbyte etc.). Tidsbesparing I och med att man inte behöver invänta konventionella punktkontroller kan tid sparas (ingen packning är tillåten där konventionella kontroller utförs och utvärderingen samt redovisningen kan ta flera dagar). Säkerhet Den tidigare osäkerheten om att beställaren kan komma att kräva ytterligare åtgärder innan nästa lager får påbörjas elimineras. Fördelar för beställaren: Säkerhet En säkerhet att ha uppnått föreskrivet packningsresultat, i och med att YPK-protokollet ger en heltäckande bild av packningsresultatet. Kvalitet Avvikelser från föreskriven packningsrutin dokumenteras (antal överfarter, vältparametrar etc.). Efterkontroll och riktade åtgärder 17

21 Enkelt att välja ut representativa punkter för eventuella kompletterande punktkontroller samt att rikta eventuella erforderliga åtgärder. Rekonstruktionsmöjligheter Ifall skador senare inträffar på objektet är det lätt att gå tillbaka till YPK-protokollet för att försöka rekonstruera orsakerna till skadorna. Sedan några år tillbaka tillämpas en ny upphandlingsform, s.k. "Funktionsentreprenad" på försök i olika länder, bl.a. i Sverige. Funktionsentreprenad innebär att entreprenören under en viss tid, exempelvis 10 år, garanterar att objektet motsvarar ställda krav på bl.a. ytjämnhet. YPK är därvid ett mycket bra hjälpmedel, eftersom man kan dokumentera ett objekts hela packningsprocess från markytan till bärlagret. Eventuella svaga partier kan åtgärdas effektivt och på så sätt kan man förhindra att underlaget till ett byggnadsobjekt, t.ex. en väg eller motorväg, packas ojämnt, vilket kan leda till sättningsdifferenser och därmed skador på objektet. I och med att varje enskilt lager kan kontrolleras och dokumenteras, ökar objektets kvalitet och risken för skador under garantiperioden minskar. Detta innebär bl.a. att de tämligen höga försäkringspremierna vid funktionsentreprenad avsevärt reduceras om YPK tillämpas. 3.6 Kalibrering av packningsmätarvärden Eftersom packningsmätarvärden är relativvärden, krävs åtminstone under en övergångsperiod att CMV/OMV-värden kalibreras mot en konventionell kontrollmetod, antingen densitetsmätning/packningsgrad eller statisk plattbelastning. Rutinerna för en kalibrering av packningsmätarvärden kan skilja sig från land till land, men i princip skall kalibreringsområdet alltid väljas så att underlagets egenskaper (främst bärighet och materialsammansättning) representerar förhållanden inom byggnadsobjektet. Varierar undergrundsförhållanden inom objektet kan det vara nödvändig att välja ut flera olika kalibreringsytor. Vid kalibreringen packas ett för byggnadsobjektet representativt material med en lagertjocklek som motsvarar den för objektet aktuella tjockleken. Packningen bör ske med en för välten lämplig frekvens, amplitud och hastighet (enligt instruktionsboken). Materialet packas lämpligen i 3 parallella stråk med förslagsvis 20 cm överlappning. Efter varannan överfart utförs densitetsmätning med provtagning eller statiskt plattförsök i minst tre punkter, se figur

22 15-25 m ca 20 cm Figur 11. Kalibrering. Kalibreringspackningen avslutas när ingen nämnvärd ökning av packningsresultatet kan uppnås eller senast efter den överfart då välten för första gången kom i dubbelslag (packning skall ej ske när välten går i dubbelslag). Erhållna densitetsvärden, packningsgrad (standard eller modifierad Proctor) eller E-modul (Ev 1 eller Ev 2 ) avsätts i ett kalibreringsdiagram mot packningsmätarvärden som registrerats i samma punkt. Detta kan ske antingen för hand eller med hjälp av ett PC-program som CdsView. Hanteringen av kalibreringsdata underlättas om CdsView används, eftersom: Inmatningen sker i en tabell som är anpassad till de data som registrerats i CDS Programmet automatiskt hämtar CMV-värden för de olika provpunkterna ur databasen Resultaten sammanställs automatiskt till ett kalibreringsdiagram (figur 12), som visas på skärmen och som kan skrivas ut på en skrivare eller ritas upp på en pennplotter Figur 12. Kalibreringsdiagram. 19

23 Den bästa räta linjen genom punkterna beräknas med regressionsanalys och ritas in. Regressionskoefficienten beräknas. Kalibreringsresultat som införts i CdsView lagras i en speciell kalibreringsfil. Nya kalibreringsvärden kan läggas till i efterhand och eventuellt felinslagna värden kan redigeras. Data i kalibreringsfilen kan även sparas i dbase- eller Lotus-123-format och bearbetas vidare i de flesta ordbehandlings- och kalkylprogram. 3.7 Börvärde och tillåtna avvikelser Ett YPK-protokoll ger en god överblick över hela objektet och möjliggör därmed en säker bedömning om packningsresultatet motsvarar kravet på jämnhet. Naturligtvis är det lika viktigt att den jämnt packade ytan uppfyller kravet på erforderlig bärighet, ett krav som idag anges som E-modul eller indirekt som minsta packningsgrad. Ur ovannämnda kalibreringsdiagram fås ett packningsmätarvärde som motsvarar den erforderliga densiteten, packningsgraden eller E-modulen. Detta "börvärde", CMV eller OMV, matas in i CDSsystemet som börvärde i undermenyn Gränser. Inget jord- eller sprängstensmaterial är dock så homogent att man utan vidare kan kräva att börvärdet måste uppnås överallt. Det är därför lämpligt att ange "tillåtna avvikelser", dvs. ett spridningsband för CMV- eller OMV-värden under och över börvärdet. Spridningsbandet anges lämpligen genom att sätta gräns 1 till: börvärdet minus tillåten spridning neråt och gräns 3 till: börvärdet plus tillåten spridning uppåt. Om man gör det kommer de tillåtna avvikelserna att visas på LCD-skärmen och YPKprotokollet, som ljusgråa och mörkgråa fält medan vita fält anger för låg packning och svarta fält för hög packning. Har ingen kalibrering utförts kan börvärdet och tillåtna avvikelser väljas antingen ur en "materialkatalog" med en tabell över förekommande material, lagertjocklekar, vältstorlekar och CMV- respektive OMVvärden (sker t.ex. i Österrike), eller ur en norm/föreskrift eller i förekommande fall ur anbudsunderlaget. 3.8 Efterkontroll I vissa länder, däribland Sverige, vill man ibland av olika skäl utföra en viss efterkontroll av packningsdokumentationen genom stickprov med punktmetoderna: statisk plattbelastning eller densitetsmätning. I Sverige skall t.ex. för varje kontrollyta (4.500 respektive m 2 ) den delyta på minst 10 m 2 som har det lägsta packningsmätarvärdet efterkontrolleras i två punkter. Ligger kontrollresultatet över det erforderliga minimivärde för Ev 2 (eller % modifierad Proctor) så godkänns hela kontrollytan, i annat fall skall erforderliga åtgärder vidtas (efterpackning med annan vält, stabilisering, materialbyte etc.). 20

24 3.9 Normsituation För närvarande ingår YPK i följande normer/anvisningar: Sverige: Vägverkets Byggnadstekniska Allmänna beskrivningar (VÄG 94), Kapitel 5 "Obundna överbyggnadslager" Vägverkets metodbeskrivning (VVMB 603:1993) "Yttäckande Packningskontroll" Finland: Tienrakennustöiden yleiset laatuvaatimukset ja työselitykset, Tielaitos, Helsinki 1991 Tyskland: Deutsche Bundesbahn: "Einsatz der flächendeckenden dynamischen Verdichtungskontrolle (FDVK) zur Prüfung von Erdbauwerken bei der DB", Teil 1, Anwendung bei nichtbindigen und schwachbindigen Böden, Juli 1990 ZTVE StB 94, "Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau", 1994 Merkblatt über "Flächendeckende dynamische Verfahren zur Prüfung der Verdichtung im Erdbau", Forschungsgesellschaft für das Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau, Köln 1993 Technische Prüfvorschrift für Boden- und Fels, TP BF - StB Teil E 2 "Prüfung der Verdichtung mit flächendeckenden dynamischen Verfahren", 1994 Österrike: Richtlinien für Verkehr und Strassenwesen RVS 8S.0206: "Kontinuierlicher walzenintegrierter Verdichtungsnachweis", Juli ÖNORM S 2074 Teil 2, Nov. 1990, Geotechnik im Deponiebau, Erdarbeiten 21

25 4. Systemkomponenter 4.1 CDS-012-J Ett dokumentationssystem för packning, CDS-012-J, består av följande komponenter: Displayenhet I-sensor Start/Stopp knapp Fästplatta AC-adapter för strömförsörjning av displayenheten när den används på kontoret Kablar (för anslutning av packningsmätare och skrivare till displayenheten) Manual Systemet är designat för anslutning till Geodynamiks packningsmätare Compactometer ALFA-022R och Oscillometer POM-060, men kan även anslutas till packningsmätare av andra fabrikat. Ett dokumentationssystem med packningsmätare visas i figur 13. Displayenhet CMV-instr. Frekvensinstr. POM: Hastighetsinstr. ALFA-020R: RMV-instr. (tillval) Start/stoppknapp Säkring (T1.25) +12V 0V Hög/Låg A-sensor I-sensor Processorenhet Figur 13. Dokumentationssystem med packningsmätare. 22

26 CDS-012-J's centrala del är displayenheten som har utvecklats speciellt för att tåla miljön på en vält i arbete. På displayenhetens framsida finns en LCD-display och en rad med tretton knappar, se figur 14. Figur 14. Displayenhet. Displayenheten innehåller en mikroprocessor som styr datainsamling och presentation av resultat. Systemets mjukvara är permanent lagrad i en minnesenhet och omfattar i huvudsak: Manuell inmatning av fasta data med avseende på projekt, vält och material Kontinuerlig registrering av mätdata under körning Visning av packningsresultat, vältens position m.m. Utskrift av registrerade data Överföring av data till och från en IBM-kompatibel PC På displayenhetens nedre gavel finns en panel med följande utseende: 1. Till/Från knapp. 2. Justeringsskruv för inställning av kontrasten på displayenheten. 3. Kontakt för kabel till packningsmätare - även för anslutning av skrivare eller PC. 4. Anslutning för printer eller PC (9-polig DSUB) 5. Standardanslutning för nätadapter 6. Kontakt för en separat start/stopp knapp - även för strömförsörjning av enheten med en nätadapter. 23

27 Displayenhetens bakstycke har en inre förstärkning och ett gängat hål för fästplattan. När packningsarbetet är avslutat kan displayenheten lätt demonteras från fästplattan och anslutas till en extern skrivare för utskrift av ett YPK-protokoll. (YPK-protokollet beskrivs ingående i kapitel 8, YPKprotokoll). Displayenheten kan även anslutas till en PC för överföring av de lagrade värdena. För att kunna överföra data behövs PC-programmen CdsCom, CdsComXL eller CdsView. Data kan lagras i PC'n och bearbetas ytterligare med hjälp av PC-programmen CdsView, CdsComXL och CdsMap. PCprogrammen beskrivs i kapitel 11, Program för datahantering. 24

28 4.2 Packningsmätare Princip En packningsmätare består i princip av en sensor, en processorenhet, visarinstrument och kablage, se figur 15. Figur 15. En packningsmätares beståndsdelar (komponenter). Sensorn monteras på en del av välten, som vibrerar med vältens trumma. Den innehåller en givare, oftast en piezoelektrisk accelerometer och viss elektronik för filtrering och förstärkning av givarsignalen. Sensorn svänger med vältens trumma och mäter kontinuerligt trummans vibrationer, varvid dessa vibrationer omvandlas till elektriska signaler. Signalerna filtreras och förstärks för att framhäva signalförloppet ur det normala mekaniska och elektriska bruset från omgivningen, och leds via en kabel till processorenheten. Processorenheten strömförsörjer för övrigt sensorn via samma kabel. I packningsmätarens processorenhet analyseras signalen och det sk. "packningsmätarvärdet" beräknas. Dokumentationssystemet CDS-012 är utformat för att anslutas till Geodynamik's packningsmätare Compactometer (för vibrerande vältar) och Oscillometer (för oscillerande vältar). 25

29 Compactometer ALFA-022R Compactometern är den första vältintegrerade packningsmätaren. Den är patenterad och finns i flera tusen exemplar på vältar av olika fabrikat. Compactometern kan monteras på alla på marknaden förekommande vibrerande vältar. Compactometern består av: A-sensor Processorenhet Visarinstrument för CMV Visarinstrument för vibrationsfrekvens Visarinstrument för RMV (tillval) Kablage A-sensorn känner av valsens vibration i vertikal riktning och omvandlar den till en elektrisk signal. Vibrationssignalen filtreras, förstärks och leds till processorenheten via en kabel. I processorenheten analyseras signalen och s.k. CMV-värden (Compaction-Meter-Value) beräknas och levereras till visarinstrument och till CDS. CMV-värdet anger hur mycket vibrationssignalen avviker från en ren sinussvängning. Om valsen vilar mot ett mjukt underlag får man en praktiskt taget ren sinussvängning och CMV-värdet blir nära noll. Om valsen däremot rullar över ett hårt underlag, får man en förvrängning av signalen och ett högt CMV-värde. Beroende på hur hårt underlaget är varierar CMV-värdet mellan 0 och maxvärdet 120. Orsaken till att avvikelserna från en ren sinussvängning uppkommer, är att valsen slår mot underlaget. När underlaget är hårt blir stötarna mot marken kortvariga och kraftiga och ger en stor förvrängning av signalen från A-sensorn. Mätmetoden kan ses som en fortlöpande dynamisk provbelastning av underlaget medan valsen rullar - en provbelastning för varje slag mot underlaget. I princip får man provbelastningar per sekund. För att utjämna variationerna från stöt till stöt bildar processorn ett glidande medelvärde som gäller för en viss mättid. Resultatet blir att det CMV-värde som processorn levererar i ett visst ögonblick är ett medelvärde av provbelastningsresultaten under den senaste halvsekunden, se figur

30 Figur 16. Princip för presentation av CMV-värden. ALFA-022R ALFA-022R är en standard Compactometer, som kompletterats med elektronik som analyserar vibrationssignalen med avseende på tendens till dubbelslag eller vaggsvängning. Graden av dubbelslag eller vaggsvängning presenteras kontinuerligt i form av en signal, kallad RMV (Resonance-Meter- Value), som kan visas på ett visarinstrument (tillval) eller registreras på motsvarande sätt som CMVvärdet. CDS kan vid behov utnyttja RMV-signalen för att i Arbetsbilden, Resultatbilden och på YPKprotokollet markera partier där RMV överstigit ett visst tillåtet gränsvärde. Oscillometer POM-060 Oscillometern är en vältintegrerad packningsmätaren för oscillerande vältar. Den är patenterad i många länder och kan monteras på alla på marknaden förekommande oscillerande vältar. Oscillometern består av: A-sensor Processorenhet I-sensor Visarinstrument för OMV Visarinstrument för välthastighet Visarinstrument för oscillatorfrekvens 27