Wykorzystanie metody georadarowej na drodze gminnej

W niniejszym artykule przedstawiono bliżej metodę georadarową, którą można sklasyfikować do grupy pomiarów ciągłych i nieniszczących. Oznacza to, że wykorzystanie tej techniki pomiarowej pozwoli na uzyskanie informacji o nawierzchni na całej długości obserwowanego odcinka drogowego bez konieczności jej naruszania i uszkadzania.

Identyfikacja układu oraz grubości warstw konstrukcyjnych nawierzchni drogowej jest zadaniem, z którym często mierzą się osoby pracujące w różnych gałęziach drogownictwa. Dla zarządców dróg, którzy wielokrotnie są również inwestorami przedsięwzięć drogowych, istotne jest rozpoznanie konstrukcji nawierzchni m.in. w celu właściwego przygotowania procedury przetargowej, zaplanowania kosztów wymiany części lub całości pakietu mineralno-asfaltowego czy też weryfikacji wykonanych robót budowlanych. Od strony projektowej istotne jest rozpoznanie grubości, rodzaju oraz stanu poszczególnych warstw w celu dobrania optymalnych i ekonomicznie zasadnych rozwiązań projektowych, zaś od strony wykonawczej te czynności umożliwiają optymalizację kosztów robót budowlanych, ponowne wykorzystanie części materiałów i zmniejszenie śladu węglowego. W sytuacji, gdy analizę stanu technicznego wykonują osoby tworzące oceny techniczne, ekspertyzy budowlane czy opinie sądowe, wiadomości o istniejącej budowie nawierzchni pomagają w uzyskaniu odpowiedzi dotyczących awarii drogi, przyspieszonej degradacji nawierzchni czy prawidłowości wykonanych robót budowlanych.

Jak można zauważyć, wiedza dotycząca konstrukcji dróg i ulic jest niezwykle istotna na każdym etapie życia nawierzchni. W jaki sposób można więc dokonać weryfikacji stanu istniejącego, by uzyskane informacje były rzetelne i jak najbliższe stanowi faktycznemu? Istnieje kilka ścieżek, spośród których można wyróżnić dwa zasadnicze podziały:

• z uwagi na ciągłość pomiaru: metody punktowe i ciągłe,
• z uwagi na inwazyjność pomiaru: metody niszczące i nieniszczące.

Historia rozwoju technik georadarowych

Zaczątków pomiarów z wykorzystaniem technik georadarowych (GPR) należy szukać jeszcze w XIX wieku. Badania prowadzone przez J.C. Maxwella oraz późniejsze praktyczne testy wykonywane przez H. Hertza doprowadziły do stworzenia prostych nadajników i odbiorników fal elektromagnetycznych. Przełomowe dla tej technologii okazały się początki XX w., kiedy to w Niemczech stworzono systemy antykolizyjne dla statków morskich (zasięg maksymalnie do 1,5 km), a następnie wykorzystano proste anteny do weryfikacji warstw podłoża tuż przy wykonanym otworze badawczym [1]. Dzieje ludzkości pokazują, że zazwyczaj to problemy wymuszają konieczność znalezienia sposobu na ich rozwiązania, a potrzeba jest matką wynalazków. Nie inaczej było w przypadku georadaru. Techniki radarowe okres dynamicznego rozwoju zaliczyły w okresie międzywojennym dzięki badaniom N. Tesli, naukowcom amerykańskiej marynarki (U.S. Navy) oraz niemieckim naukowcom. W 1929 roku sprzęt o podobnej zasadzie działania co dzisiejszy georadar posłużył po raz pierwszy do badań pokrywy lodowcowej [2]. Działania wojenne w trakcie II wojny światowej czy wojny wietnamskiej doprowadziły do kolejnego progresu technik radarowych, których głównym celem było namierzanie i lokalizowanie elementów bojowych strony przeciwnej. W zaciszu działań wojennych w różnych zakątkach świata prowadzone były jednak badania nad zdecydowanie bardziej naukowym wykorzystaniem georadaru. Początkowo działania te były raczej powolne i niezbyt popularne w świecie nauki. Sytuację georadaru poprawiło zainteresowanie się tą technologią przez amerykańską flotę powietrzną w latach 50. ubiegłego wieku. Katalizatorem rozwoju techniki radarowej była tragiczna w skutkach katastrofa samolotu USAF próbującego wylądować na pokrywie lodowej w Greenland. Intensywne badania doprowadziły do przełomowego punktu w wykorzystaniu GPR w misji kosmicznej Apollo 17 w 1967 r. Kilka lat później zaczęto seryjną produkcję pierwszego georadaru przez firmę GSSI (1972 r.), zaś stosowalność georadaru rozszerzyła się o górnictwo, archeologię, drogownictwo oraz gospodarkę odpadami radioaktywnymi [1]. W latach 80. i 90. georadar zyskał popularność wśród geologów, geotechników oraz inżynierów budownictwa komunikacyjnego, znajdując zastosowanie w rozpoznaniu podłoża gruntowego, odnajdywaniu pustek na terenach aktywnych sejsmicznie i górniczo oraz do szacowania grubości warstw nawierzchni drogowych. Wraz z rozwojem technik komputerowych na początku XXI w. środowisko naukowe i akademickie mocno zainteresowało się technikami georadarowymi z uwagi na możliwość implementowania danych pomiarowych do programów komputerowych tworzących grafiki i modele 3D [2].

Galeria