Ground penetrating radar technology on the railway ballast assessment

The ballast layer is the most important component of the railway infrastructure which main function is to redistribute the stresses that come from the track to the ground. This material is constantly exposed to cyclic and heavy loads which may cause change in the particle gradation and, therefore, limitation of its functions. Having said this, the degradation of the ballast layer will influence the performance of the railway track and could potentially lead to derailment with possible disastrous consequences. In this order of ideas, the ballast layer requires frequent inspection and maintenance. Traditionally, this inspection activity is based on visual evaluation and destructive techniques, as boring tests complemented with laboratory tests. However, those boring test does not provide a continuous information about the subsurface and significant changes on the ground can be neglected. In recent years, Ground Penetrating Radar (GPR) technology for substructure survey has become more popular, improving to faster systems and better data quality. The GPR is a non-destructive means that can reflect the ballast layer condition by analyzing the received signal variation, creating a continuous profile of the material conditions. This paper reports different laboratory and field studies on GPR application for ballast layer condition evaluation in order to find out which are the features of the ballast material that can be effectively determined by the GPR technology. At the end it was concluded that the GPR has the ability to detect most of the track substructure problems, being able to detect fouling levels, water trap, layer deformation and layer thickness. Additionally, when combined with other track information, it can provide an excellent tool to make maintenance decisions.

Lo strato di ballast è il componente più importante dell'infrastruttura ferroviaria. La sua funzione principale è quella di ridistribuire al suolo le sollecitazioni che provengono dal binario. Questo materiale è costantemente esposto a carichi ciclici e pesanti che possono causare cambiamenti nella gradazione delle particelle e, quindi, limitazione delle sue funzioni. Detto questo, il degrado dello strato di ballast influenzerà i servizi del binario ferroviario e potrebbe potenzialmente portare al deragliamento con possibili conseguenze disastrose. Di conseguenza, lo strato di ballast richiede frequenti ispezioni e manutenzioni. Tradizionalmente, questa attività di ispezione si basa sulla valutazione visiva e su tecniche distruttive, come il sondaggio integrato con il test di laboratorio. Tuttavia, i sondaggi non forniscono una informazione continua sul sottosuolo e i cambiamenti significativi sul terreno possono essere trascurati. Negli ultimi anni, la tecnologia Ground Penetrating Radar (GPR) per l'ispezione delle sottostrutture è diventata più popolare, migliorando a sistemi più veloci con una migliore qualità dei dati. Il GPR è una tecnica non distruttiva che può riflettere la condizione dello strato del ballast analizzando la variazione del segnale ricevuto, creando un profilo continuo delle condizioni del materiale. Questo documento riporta diversi studi di laboratorio e sul campo sull'applicazione del GPR per la valutazione delle condizioni dello strato di ballast al fine di scoprire quali sono le caratteristiche del materiale che possono essere efficacemente determinate dalla tecnologia GPR. Alla fine, si è concluso che il GPR ha la capacità di rilevare la maggior parte dei problemi della sottostruttura del binario, essendo in grado di rilevare livelli di fouling, presenza d'acqua, deformazione dello strato e spessore dello strato. Inoltre, quando viene combinato con altre informazioni sulla traccia, può fornire uno strumento eccellente per prendere decisioni sulla manutenzione.