Projekty dróg o skomplikowanej geometrii: jak wykonac stoźek z asfaltu?
Niedaleko Schlüsselfeld, w bezpośrednim sąsiedztwie drogi BAB3 pomiędzy Norymbergą i Würzburgiem w Niemczech budowane jest właśnie ultranowoczesne centrum bezpiecznej jazdy. Po zakończeniu projektu jesienią bieżącego roku do dyspozycji kierowców samochodów, rowerzystów, kierowców autokarów i samochodów ciężarowych zostanie oddany ośrodek o powierzchni 125 000 metrów kwadratowych, w którym będą oni mogli ćwiczyć umiejętności jazdy i przeżywać związane z nią emocje. Kierowcy zawodowi uzyskają możliwość odbycia w ośrodku specjalistycznych szkoleń , a firmy będą mogły wynajmować ośrodek wraz z jego licznymi budynkami na sesje szkoleniowe i imprezy.
Inwestor, ADAC Północnej Bawarii, zawarł umowę typu joint venture z firmami STRABAG i Riepl na wybudowanie nowego centrum bezpiecznej jazdy dla przemysłu samochodowego. Firma STRABAG AG - oddział Rhine-Main-Neckar z siedzibą w Darmstadt jest wykonawcą robót drogowych, natomiast firma Riepl - robót ziemnych. Wartość prac budowlanych została określona na 6,3 miliona euro, a ich czas wykonania na rok, z zakończeniem przewidywanym na 2011 r.
Na terenie zajmującym obszar 25 boisk piłkarskich budowane są liczne obiekty szkoleniowe wchodzące w skład tego ogromnego ośrodka. Obejmują one tory do testów dynamicznych dla samochodów i ciężarówek, strefę wielofunkcyjną wykorzystywaną jako teren szkoleń w ruchu drogowym lub miejsce na imprezy, specjalne oddzielne tory dla samochodów i motocykli, tor o 9-procentowym spadku (wykorzystujący naturalną różnicę poziomów terenu wynoszącą 18 metrów) oraz mały tor wyścigowy dla gokartów i innych pojazdów. Na stronie internetowej www.vkon-media.de/adac przedstawiono plany i złożoność tego ambitnego projektu.
Zalety wykorzystania inżynierii 3D do robót ziemnych
Zintegrowanie różnych modułów torów, w szczególności toru ze spadkiem oraz budynków w istniejącej lokalizacji wymagały wyjątkowo skomplikowanego modelowania terenu z rzutowaniami, krawędziami i ścianami ziemnymi. Dlatego też od początku jasne było, że w tak złożonym projekcie mogą zostać użyte wyłącznie maszyny wyposażone w systemy sterowania 3D, zwłaszcza z powodu krótkiego terminu realizacji.
Oddział firmy STRABAG z siedzibą w Darmstadt od lat używa równiarek, spycharek i koparek wyposażonych w systemy sterowania 3D i w związku z tym, firma zna zalety tej technologii .
„Obecnie nie wyobrażamy sobie wykonania skomplikowanych prac drogowych bez systemów sterowania maszynami 3D Trimble® ” stwierdził nadzorujący prace Markus Severin. „Mimo że utworzenie szczegółowych modeli terenu (Detailed Terrain Models - DTM) i triangulacji zajęło prawie trzy tygodnie, wyniki były natychmiastowe. Czas zainwestowany w opracowanie szczegółowego i dokładnego modelu zapobiega popełnieniu bardziej kosztownych błędów na budowie.”
Poprawa zrozumienia - symulator do szkolenia operatorów
Za pomocą oprogramowania Trimble SiteVision Office model terenu (DTM) może być wykorzystywany do wizualizacji prac ziemnych przed rozpoczęciem robót. Po uzyskaniu zrozumiałego widoku terenu, DTM został przeniesiony do wszystkich systemów sterowania maszynami, umożliwiając operatorom rozpoczęcie kształtowania terenu.
„Za pomocą projektora przywiezionego na budowę i programu symulatora maszyny SiteVision Office wyświetliłem cały projekt zespołowi”, opowiada Severin. „Przejechaliśmy wirtualnie poszczególne trasy budowy spycharką i szczegółowo objaśniłem plan. Była to bardzo pouczająca sesja dla operatorów maszyn, po której mieli oni plan ogólny w głowach, wiedzieli dokładnie, w którym miejscu terenu byli ustawieni i mogli prawidłowo prowadzić maszyny.”
Kierownik budowy Anika Wittek przypomina reakcję zespołu na to rozwiązanie: „Dzięki tej symulacji, zespół otrzymał „ogólny obraz” terenu, co jest bardzo ważne. Nasi pracownicy mają duży zapał do nowych technologii i obecnie mogą się zapoznawać z projektem w całkowicie nowy sposób.”
Precyzyjna dokumentacja cyfrowa do wyliczenia kosztów
Projekt obejmował wykopy o objętości całkowitej 170 000 metrów sześciennych i nasypy zmieniające profil terenu o objętości 100 000 metrów sześciennych. Ogólnie, wywieziono 5 000 samochodów ziemi, a koparki pracowały niestrudzenie. Dokładne obliczenie ilości ziemi do przemieszczenia zaraz na początku projektu przyniosło znaczące korzyści i umożliwiło zespołowi projektu znalezienie korzystnego sposobu usuwania nadmiaru materiału.
Zoptymalizowane prace ziemne z wykorzystaniem technologii 3D
Wykopy i nasypy wykonywane były za pomocą dwóch koparek wyposażonych w systemy sterowania maszynami GCS900 3D, oparte na odbiornikach Trimble GNSS. Operatorzy maszyn pracowali zgodnie z modelem terenu stosując się do poleceń wyświetlanych na ekranach w kabinach, dzięki czemu uniknięto konieczności poprawek i dodatkowych prac ziemnych.
Obydwie spycharki pracujące na budowie również były wyposażone w ten sam system sterowania. . Ziemię nawożoną samochodami ciężarowymi nasypywano warstwami o grubości 500 milimetrów. Stabilność każdej warstwy była testowana testerem gruntu. Po nasypaniu warstwy, dodawano do niej środki wiążące zapobiegające osiadaniu.
Model terenu (DTM) został także przeniesiony do odbiornika Trimble SPS881 do pozycjonowania na budowie i kontroli. Tester gruntu wykorzystywał odbiornik Trimble SPS881 do dokładnego pozycjonowania i dokumentowania pozycji testowych. Dokładna dokumentacja projektu miała zasadnicze znaczenie dla fakturowania i zapewnienia jakości.
Końcowa warstwa ziemi została ułożona za pomocą równiarki wyposażonej w system sterowania Trimble GCS900 wykorzystujący tachimetr umożliwiający dokładne pozycjonowanie. W ten sposób z łatwością osiągnięto wymagane tolerancje dla robót ziemnych wynoszące ± 20 milimetrów, dzięki czemu uzyskano oszczędności w zużyciu kosztownych materiałów podbudowy nawierzchni drogowych. Precyzyjne ułożenie ochrony przed przemarzaniem i warstwy podbudowy drogowej za pomocą równiarki sterowanej tachimetrem umożliwiło ułożenie asfaltu dokładnie w ilościach określonych w projekcie.
Wykonanie stożka asfaltowego za pomocą systemu sterowania 3D do rozściełaczy asfaltu marki Trimble
Trzy warstwy asfaltu zostały ułożone na warstwie podbudowy za pomocą dwóch rozściełarek Vögele wyposażonych w urządzenie Multiplex Ski. Największym wyzwaniem projektu było ułożenie asfaltu na torze kołowym - praca ta została wykonana z wykorzystaniem systemu sterowania Trimble 3D Paving Control System.
„Tor kołowy ma w rzeczywistości profil stożkowy, ze średnicą zewnętrzną wynoszącą 80 metrów, który wymaga pochylenia promieniowego wynoszącego dokładnie 1,5 procenta”, opowiada Severin. „Asfalt układaliśmy w 10 etapach, o szerokości 3,20 metra każdy. W tym zadaniu nie byliśmy w stanie pracować inaczej niż za pomocą linki lub urządzenia Multiplex Ski. Jeżeli rozciągnęlibyśmy linkę w koło, upadłaby ona na zewnątrz, a użycie Multiplex Ski było także niemożliwe na tych ciasnych krzywych. W związku z tym zdecydowaliśmy na wykorzystanie systemu sterowania do rozściełaczy asfaltu Trimble PCS900 3D Paving Control System. Pozostał do rozwiązania problem jak najlepszego dostarczania asfaltu do rozściełacza, biorąc pod uwagę układanie w kole.”
Po rozważeniu rozmaitych alternatyw, podjęto decyzję o układaniu asfaltu w półkolach. Jednego dnia układano jedną połówkę koła, a następnego - drugą. Pozwoliło to uniknąć uszkodzeń świeżej nawierzchni przez samochody dowożące asfalt.
Pierwsze dwa tory wewnętrzne, o bardzo ścisłym promieniu, zbudowano z wykorzystaniem technologii 3D. Ze względu na geometrię, nawierzchnia nie była dokładnie wyrównana na promieniach stożka, ale była nałożona na obszary zewnętrzne. Pomiary kontrolne wykazały rzeczywiste odchyłki oraz umożliwiły wykrycie nadmiaru i jego kompensację poprzez dodanie odpowiednich wartości odsunięcia. Wartości odsunięcia korygujące nadmiary nawierzchni zmieniały się dla każdego toru. W związku z tym zastosowaliśmy sterowanie ultradźwiękowe po wewnętrznej stronie nawierzchni w celu uzyskania jak najlepszego dopasowania połączeń oraz sterowanie 3D na zewnętrznej stronie nawierzchni - od trzeciego toru w kierunku zewnętrznym. Opcja łączenia działania w technologii 2D i 3D oferowana przez system sterowania Trimble PCS900 Paving Control System umożliwiła osiągnięcie dokładnej grubości i spadku nawierzchni.
„Instalacja oprogramowania i szkolenie zespołu układającego nawierzchnię zostały szybko i łatwo wykonane przez lokalnego dystrybutora Trimble - SITECH® Deutschland”, opowiada Severin. „Wykorzystanie czujników ultradźwiękowych od strony wewnętrznej i tachimetru na zewnętrznej krawędzi nawierzchni umożliwiło stałe uzyskanie prawidłowego spadku poprzecznego i doskonałego koła. System zadziałał rzeczywiście doskonale. Zrobiło to ogromne wrażenie na pracownikach zespołu kładącego nawierzchnię. Asfalt został ułożony w ciągu 2 dni dokładnie zgodnie ze specyfikacją, która wymagała 1,5-procentowego spadku i odchyłek od równości nieprzekraczających 3 milimetrów dla odcinków o długości 4 metrów. Bez sterowania 3D rozwiązanie tego problemu byłoby praktycznie niemożliwe.”
Oszczędności dzięki wykorzystaniu technologii 3D
„Dzięki wyposażeniu maszyn w systemy sterowania 3D Trimble wymagany był jedynie jeden pracownik nadzoru na budowie podczas całego projektu - i był on wzywany wyłącznie na zakończenie prac ziemnych w celu sprawdzenia zgodności z projektem” przypomina Severin. „W przypadku pracy konwencjonalnej, konieczny byłby jeden, jeżeli nie dwóch dodatkowych pracowników nadzoru na budowie, przez cały okres trwania prac ziemnych, do powtarzających się ustawień palików i kontroli warstw. Pomimo znacznego stopnia skomplikowania projektu dzięki technologii Trimble mogliśmy skrócić czas realizacji o około 10 procent. Dodatkowe skrócenie czasu i obniżenie kosztów osiągnięto dzięki bardziej skutecznemu zarządzaniu materiałami i szczegółową dokumentacją używaną do fakturowania. Zastosowanie systemów sterowania maszynami Trimble ma zasadnicze znaczenie przy projektach o skomplikowanej geometrii i krótkim okresie realizacji, takich jak omawiany projekt”.