DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK

Funkce pozemních komunikací

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

DOC. ING. JAN KUDRNA, CSC.

DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK MODUL 03 ÚNOSNOST VOZOVEK

- 1 (49) -


STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

- 2 (49) -


© Jan Kudrna, Brno 2007

- 3 (49) -


OBSAH 1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

3 3.1 3.2 3.3 3.4

4 4.1 4.2

Úvod ................................................................................. 7 Cíle ...................................................................................................... 7 Požadované znalosti ............................................................................ 7 Doba pot ebná ke studiu ...................................................................... 7 Klí ová slova ....................................................................................... 7 Metodický návod na práci s textem .................................................... 7 Únosnost vozovek ............................................................ 8 Podklady pro posouzení únosnosti vozovek ........................................ 8 2.1.1 Návrhová úrove porušení vozovky ..................................... 9 2.1.2 Dopravní zatížení ................................................................ 10 2.1.3 Klimatické pom ry .............................................................. 13 2.1.4 Vodní režim podloží ............................................................ 14 2.1.5 Charakteristiky podloží ....................................................... 14 M ení únosnosti vozovky ................................................................ 15 2.2.1 M ení únosnosti ................................................................. 15 2.2.2 Výstupy z m ení únosnosti ................................................ 15 2.2.3 Stanovení bod pro m ení únosnosti ................................. 15 Vrtané a kopané sondy vozovek ........................................................ 15 2.3.1 Vzdálenosti mezi sondami nebo vývrty .............................. 16 2.3.2 Sondy a vývrty pro posouzení únosnosti vozovek .............. 16 2.3.3 Vývrty pro posouzení poruch asfaltových vrstev ................ 17 Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky ................................... 17 2.4.1 Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky z maximálního nam eného pr hybu pákovým pr hybom rem .................. 17 2.4.2 Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky z m ené pr hybové áry .................................................................... 18 Návrh zesílení vozovky ..................................................................... 20 2.5.1 Stanovení zesílení vozovky z maximálního nam eného pr hybu pákovým pr hybom rem ...................................... 21 2.5.2 Stanovení zesílení vozovky z m ené pr hybové áry ....... 21 M ení a vyhodnocení m ení pákovým pr hybom rem 22 Princip m ení ................................................................................... 22 Princip vyhodnocení m ení .............................................................. 23 Použití za ízení v R ......................................................................... 24 Vyhodnocení m ení ......................................................................... 24 3.4.1 Stanovení návrhového pr hybu ........................................... 24 3.4.2 Stanovení zbytkové doby životnosti ................................... 25 3.4.3 Návrh tlouš ky zesílení ....................................................... 25 M ení a vyhodnocení m ení deflektografem ........... 28 Výhody a nevýhody deflektograf .................................................... 30 Vyhodnocení m ení ......................................................................... 30 - 4 (49) -


5 5.1 5.2 6 6.1

6.2 6.3 7

8 8.1 8.2 9 10

M ení a vyhodnocení m ení rázovým za ízením .. 32 Princip m ení ....................................................................................32 Vyhodnocování a výstupy z m ení únosnosti ..................................33 Jiné použití rázových zat žovacích zkoušek .............. 35 Rázová za ízení skupiny A .................................................................35 6.1.1 Netuhé vozovky ...................................................................35 6.1.2 Cementobetonové vozovky ..................................................36 6.1.3 Shrnutí ..................................................................................37 Rázová za ízení skupiny B .................................................................37 Rázová za ízení skupiny C .................................................................38 Statická zat žovací zkouška ......................................... 40 7.1.1 Pr b h a vyhodnocení zkoušky ...........................................40 7.1.2 Využití výsledk zkoušky ....................................................41 7.1.3 Použití modul p etvárnosti p i návrhu opravy ...................43 Cvi ení ........................................................................... 44 P íklad 1 .............................................................................................45 P íklad 2 .............................................................................................46 Záv r .............................................................................. 47 Použitá literatura .......................................................... 47

- 5 (49) -


- 6 (49) -


1. Úvod 1.1

Cíle

Cílem modulu 03 této studijní opory je nau it se: − posuzovat únosnost vozovky pozemní komunikace (dále jen PK), − využívat program LAYEPS pro navrhování a používání netuhých vozovek PK, − seznámit se s funkcí Pavement Management systém pro evidenci PK, zpracování dat o provozní zp sobilosti a plánování údržby a oprav vozovek.

1.2

Požadované znalosti

Text modulu 03 navazuje na moduly 01 a 02, p i emž jednotlivé moduly: − 01 - vysv tlil základní pojmy provozní zp sobilosti a jejich vliv na bezpe nost a další dopady silni ního provozu, − 02 – vysv tlil m ení rovností a dalších parametr vozovek posuzujících stav PK v etn vlivu na životní prost edí. Problematika probíraná v tomto modulu vyžaduje znalosti o navrhování vozovek, které rozši uje pro používání výpo tového programu a výpo tu odezvy na zatížení, z n hož se odvozuje stav vrstev vozovek a stanovení další funkce vozovky. Rovn ž se p edpokládají základní informace o funkci po íta .

1.3

Doba pot ebná ke studiu

Text modulu vyžaduje asi 8 h soust ed ného studia.

1.4

Klí ová slova

pozemní komunikace, únosnost, m ení, pákový pr hybom r, deflektograf, rázové za ízení, pružný poloprostor, doba životnosti, Pavement Management.

1.5

Metodický návod na práci s textem

Text obsahuje vysv tlení pojm a p ipravuje studenta k práci s výpo tovým programem pro posuzování vozovek. Ve cvi ení bude program používat, z nam ené odezvy vozovky na m eného zatížení stanoví charakteristiky vrstevnatého poloprostoru. Funkce Pavement Management Systému bude vysv tlena.

- 7 (49) -


2 Únosnost vozovek Únosnost je schopnost vozovky p enášet zatížení. Zat žováním vozovky se porušuje konstrukce vozovky a toto porušení má odpovídat návrhové úrovni porušení (viz M 01 2.3.2 a obr. 2.4). Odvozuje se z charakteristik pr hybu za definovaného zatížení nebo z charakteristik vrstev vozovky a podloží. Pro dané dopravní zatížení se nejobecn ji vyjad uje zbytkovou dobou životnosti vozovky jako dobou do pot eby provést opravu nebo rekonstrukci vozovky. Za kritéria únosnosti se v konstrukci vozovky považuje spln ní podmínek spolehlivosti, kterými se omezuje porušení stmelených konstruk ních vrstvy a podloží, jako je znázorn no v M 01 obr. 2.3. Posouzení únosnosti umož ují m ení odezvy konstrukce na zatížení modelující ú inek nápravy t žkého nákladního vozidla. K tomu se používají tato za ízení: − pákový pr hybom r – p enosný mechanický p ístroj, kterým se m í pr hyb a p í inková ára pr hybu (pr hybová ára) na vozovce nebo na vrstvách vozovky p i zatížení zdvojenými koly zadní nápravy nákladního automobilu, − deflektograf – mobilní automatizovaný pákový pr hybom r k hromadnému m ení p í inkové áry pr hybu (pr hybové áry) vozovek s asfaltovým krytem osazený na t žkém nákladním automobilu s p ípustnou hmotností hnané zadní nápravy, − rázové za ízení – za ízení, které tlumeným rázem zat žuje povrch vozovky (p ípadn vrstvy vozovky a podloží) zatížením odpovídajícím zatížení nápravou jedoucího t žkého nákladního automobilu a zárove m í tímto dynamickým zatížením zp sobenou pr hybovou áru na zat žovaném povrchu. Odezvou vozovky na zatížení je: − pr hyb vozovky jako svislý posun povrchu vozovky p i zatížení, − pr hybová

ára – ára spojující hodnoty m eného pr hybu povrchu vozovky nebo vrstev vozovky ve stanovených vzdálenostech od st edu kruhové zat žovací plochy,

− p í inková ára pr hybu – hodnoty pr hybu v m eném míst v závislosti na vzdálenosti od st edu zdvojených kol zadní nápravy zat žovacího vozidla, v tomto se považuje také za pr hybovou áru.

2.1

Podklady pro posouzení únosnosti vozovek

Pro technicky správné a podložené posouzení únosnosti a následný návrh oprav vozovky se vychází z návrhové úrovn porušení, návrhového období, dopravního zatížení, klimatických pom r a z m ení zat žovacími zkouškami nebo z vlastností a tloušt k vrstev vozovky a podloží.

- 8 (49) -


2.1.1

Návrhová úrove porušení vozovky

Posouzení únosnosti a následný návrh údržby nebo oprav je založen na stanovení významu pozemní komunikace. Vyjad uje se návrhovou úrovní porušení vozovky pozemní komunikace. Podle návrhové úrovn porušení se hodnotí výskyt poruch v r zných význa ných dobách po ínaje od uvedení vozovky do provozu, na konci záru ní doby, pro dobu, kdy je t eba plánovat údržbu nebo opravu a kdy je t eba údržbu nebo opravu provést. Na návrhovou úrove porušení jsou vázány technologie údržby a oprav vozovek v etn kvalitativních požadavk na materiály, stavební sm si a provedení vrstev. P i volb návrhové úrovn porušení vozovky správce hodnotí: − r zná hlediska politické, hospodá ské a dopravní d ležitosti komunikace, funk ní t ídu, ekologické, estetické a jiné ovlivn ní prost edí, v etn budoucích zm n d ležitosti (mezinárodní, republikový, regionální a místní význam), − charakteristiky silni ního provozu (návrhová rychlost, požadovaná jízdní rychlost, intenzita dopravy, složení dopravního proudu, vytížení vozidel, dálkovost dopravy, riziko dopravní nehody apod.) a jejich o ekávané zm ny, − budoucí zásahy do komunikace (novostavby, opravy inženýrských sítí, opravy objekt a ástí silnic), − možnosti provád ní údržby nebo opravy (omezení výškových úprav zesilováním, stísn né území, omezení životního prost edí apod.). Návrhová úrove porušení byla TP 170 podstatn zjednodušena (návrhová úrove je vázána na vlastníky sít PK) a se stanoví podle tab. 2.1 p i navrhování údržby a oprav je ovšem t eba chápat návrhové úrovn podrobn ji. Tab. 2.1 – Návrhové úrovn porušení v závislosti na dosavadním rozt íd ní PK s o ekávaným dopravním zatížením a p ípustnou plochou výskytu konstruk ních poruch na konci návrhového období

Návrhová úrove porušení vozovky D0 D1

D2

-

Dopravní význam pozemní komunikace SN 73 6101, SN 73 6110

O ekávaná t ída dopravního zatížení SN 73 6114

Dálnice, rychlostní silnice, rychlostní místní komunikace, silnice I. t ídy Silnice II. a III. t ídy, sb rné místní komunikace, obslužné místní komunikace, odstavné a parkovací plochy Obslužné místní komunikace, nemotoristické komunikace, odstavné a parkovací plochy

III, IV, V a VI

Do asné komunikace a ú elové komunikace

IV až VI

- 9 (49) -

S, I, II, III

V, VI


2.1.2

Dopravní zatížení

Dopravní zatížení pozemních komunikací použité v tab. 2.1 a používané p i požadované kvalit vrstev a jejich p edpokládaných životností je rozd leno do t íd dopravního zatížení podle tabulky 7.2 (viz SN 73 6114). Podkladem jsou výsledky s ítání dopravy v R, pr m rná denní intenzita t žkých nákladních vozidel TNVo. Tu je možno upravit na charakteristickou hodnotu denní intenzity dopravy TNVk uvážením pr m rného ro ního r stu dopravy v návrhovém období (podrobn ji viz kapitola 2.4.3). Tab. 2.2 – T ídy dopravního zatížení podle SN 73 6114

T ída dopravního zatížení

TNVk vozidel/den

S

> 7 500

I

3501 - 7 500

II

1501 - 3 500

III

501 - 1 500

IV

101 - 500

V

15 - 100

VI

< 15

Výpo et dopravního zatížení pro stanovení únosnosti je podrobn popsán v TP 170. Vychází se ze s ítání dopravy, kde je ur ena pr m rná denní intenzita t žkých nákladních vozidel TNVo. Tuto intenzitu je možno upravit na charakteristickou hodnotu denní intenzity TNVk uvážením pr m rného ro ního r stu dopravy v návrhovém období. TNKk = 0,5 (δz + δk ) TNV0 , (2.1) kde TNVk je charakteristická hodnota denní intenzity provozu TNV (t žkých nákladních vozidel) v (díl ím) návrhovém období pro všechny jízdní pruhy v obou sm rech, vozidel/den, TNV0 je pr m rná denní intenzita provozu TNV v roce provedení dopravn inženýrského pr zkumu (s ítání dopravy), vozidel/den, δz, δk jsou sou initele r stu intenzity TNV pro roky po átku a konce návrhového období. Návrhové období pro návrh oprav a rekonstrukcí vozovek stanovuje správce: − pro sí silnic a dálnic se obvykle volí 25 let, − je možné volit díl í návrhové období odpovídající p edpokládané dob životnosti krytu vozovky, p edpokládaná doba životnosti kryt je uvedena v tab. 2.3, − ve zd vodn ných p ípadech se volí návrhové období odpovídající pot ebám užívání pozemních komunikací, dob užívání komunikace (zesílení - 10 (49) -


objíž kových tras), dob p ed uvedením do provozu nové komunikace (nap . dálnice) apod., − pro vozovky ú elových komunikací se volí podle jejich ú elu. Sou initele δz a δk stanovuje vlastník nebo správce PK na základ p edpokládaného vývoje intenzity TNV. Pro b žný silni ní provoz se sou initele mohou stanovit podle vztahu: δi = (1 + 0,01 m) t i , kde

(2.2)

δi je sou initel r stu dopravy pro i-tý rok vzdálený o ti rok od posledního s ítání dopravy, ti je po et rok mezi rokem i-tým a rokem s ítání dopravy, roky, m je meziro ní nár st intenzity provozu t žkých nákladních vozidel, %. P i nedostatku p esn jších údaj lze sou initele m uvažovat v závislosti na dopravním významu komunikace takto: - dálnice, rychlostní silnice, rychlostní místní komunikace m = 5 %, - silnice I. t ídy m = 1%, - ostatní komunikace m = 0 %.

Pro výpo et zbytkové doby životnosti a návrhu zesílení podle r zných výpo tových metod užívaných provozovateli m icích za ízení se dopravní zatížení vyjad uje celkovým po tem p ejezd návrhových náprav o hmotnosti 100 kN 1): − v pr m rném roce návrhového období: Nrd = 365 . TNVk . C1 . C2 . C3 . C4 . /γDi* kde

Nrd

(2.3)

je po et p ejezd návrhových náprav v pr m rném roce návrhového období, návrhových náprav/rok,

TNVk je charakteristická hodnota denní intenzity TNV, viz rovnici (2.1), vozidel/den, C1

je sou initel vyjad ující podíl intenzity TNV v nejvíce zatíženém jízdním pruhu. Pro b žnou skladbu silni ního provozu se sou initel C1 uvažuje: - pro jednopruhové komunikace C1 = 1,00, - pro obousm rné komunikace s - jedním jízdním pruhem v jednom sm ru - dv ma jízdními pruhy v jednom sm ru - t emi a více jízdními pruhy v jednom sm ru

1)

C1 = 0,50, C1 = 0,45, C1 = 0,40.

Zp sob použití sou initel C1, C2, C3, C4 a díl ího sou initele spolehlivosti γDi* je odlišný oproti TP 170, zde jsou použity na stran vstupních charakteristik namísto v rovnicích pro posouzení vozovky. Více je patrno z poznámky v kapitole 2.4.2.

- 11 (49) -


Do po tu jízdních pruh se zapo ítávají pruhy pro pomalá vozidla. Speciálním dopravn - inženýrským pr zkumem lze stanovit p ímo návrhovou intenzitu TNV v nejvíce zatíženém jízdním pruhu (C1 se klade rovno 1,00). C2

je sou initel vyjad ující fluktuaci stop a je stanoven: - pro návrhovou úrove porušení D0, D1, t ídu dopravního zatí-

žení S, I a II C2 = 1,00, - pro ostatní úrovn porušení a t ídy dopravního zatížení C2 = 0,70. C3

je sou initel spektra hmotnosti náprav TNV a stanovuje se pro: - b žné dopravní zatížení

C3 = 0,50,

- nep íznivé dopravní zatížení na komunikacích s 20% až 50 % podílem pln naložených TNV (v blízkosti t žby surovin a výroby stavebních hmot) C3 = 0,70, - velmi nep íznivé dopravní zatížení na komunikacích s p evahou pln naložených TNV (v blízkosti t žby surovin a výroby stavebních hmot) C3 = 1,00. C4

je sou initel vyjad ující vliv rychlosti pohybu TNV a v závislosti na návrhové nebo dovolené rychlosti a stanovuje se: - p i rychlosti nad 50 km/h - p i zastavování vozidel a rychlosti 50 km/h

γDi*

C4 = 1,00, C4 = 2,00.

je díl í sou initel spolehlivosti porušení vozovky v závislosti na návrhové úrovni porušení a dosahuje hodnot: γD0* .= 0,60, γD1* = 1,00, γD2* = 2,80,

za celé návrhové období: Ncd = Nrd . td = 365 . TNVk . C1 . C2 . C3 . C4 . td / γDi* kde Ncd td

(2.4)

je celkový po et p ejezd návrhových náprav za návrhové období, návrhové nápravy, je (díl í) návrhové období, roky

ostatní symboly jsou za rovnicí (2.3). Dopravní zatížení z celkového objemu p epravených hmot se stanovuje po urení zp sobu jejich p epravy, stanovení druhu vozidel, jejich vytížení apod. Objem p epravených hmot se pak p evede na po et TNV a dále se již postupuje podle výše uvedeného textu kapitoly 2.1.2.

- 12 (49) -


Tab. 2.3 – P edpokládané minimální doby životnosti údržby a oprav vozovek v závislosti na t íd dopravního zatížení

Technologie údržby a opravy

Doba životnosti pro TDZ

VI.

V.

IV.

III.

II.

I.

S

1. B žná údržba asfaltových kryt

3

3

2

2

1

1

1

2. Nát r jednovrstvový

6

4

3

2

-

-

-

3. Nát r jednovrstvový – modif. asfalt

-

-

6

4

2

-

-

4. Nát r dvouvrstvový

8

6

4

2

-

-

-

5. Nát r dvouvrstvový – modif. asfalt

-

-

-

6

5

3

3

6. EKZU

8

6

4

3

-

-

-

7. EKZS - mikrokoberec

-

-

(10)

8

6

5

4

12

10

8

6

5

-

-

-

-

-

12

10

8

7

8. Asfaltový koberec tenký 9. Asfaltový koberec tenký modifikovaný asfalt 10. Asfaltový beton l : 40 mm 11. 50 mm

-

-

10

8

-

-

-

-

-

10

9

-

-

-

12. 60 mm

-

-

12

10

-

-

-

13. Asfaltový beton l s modif. asf.: 40 mm 14. 50 mm

-

-

-

12

10

8

7

-

-

-

14

12

10

8

15. 60 mm

-

-

-

14

12

10

12

10

8

(7)

-

-

-

14

12

10

(8)

-

-

-

16

13

14

-

-

-

19 AKM 40 mm

-

-

-

15

-

-

-

20 AKM- modif. asf. 40 mm

-

-

-

15

15

12

10

16. Asfaltový beton II : 40 mm 17. 50 mm 18. 60 mm

2.1.3

Klimatické pom ry

Klimatické pom ry ovliv ují charakteristiky vrstev vozovky a podloží. Teplota výrazn ovliv uje chování asfaltových vrstev, promrznutí podloží zp sobuje mrazové zdvihy a sníženou únosnost podloží p i jarním tání a zm ny vlhkosti ovliv ují modul pružnosti podloží. Podle TP 170 je možno p i posuzování vozovek a návrhu oprav uvažovat charakteristickou teplotu asfaltových vrstev 20o C. Na tuto teplotu se opravují m ené maximální pr hyby vozovek s asfaltovými vrstvami p i m ení pákovým - 13 (49) -


pr hybom rem. Na tuto teplotu se opravují moduly pružnosti asfaltových vrstev p i stanovení zbytkové doby životnosti a zesílení založené na m ení pr hybové áry pákovými pr hybom ry, deflektografy a rázovými za ízeními. P i p esn jších analýzách únosnosti vozovek se doporu uje použít všech teplot charakterizujících klimatická období podle SN 73 6114 a TP 170. Charakteristická hodnota indexu mrazu pro posouzení odolnosti vozovek z hlediska mrazu a tání se získá z obrázku B.1 nebo tabulky B.1 podle SN 73 6114 a návrhová hodnota se stanovuje v závislosti na vystavení vozovky p sobení v tr , inverzním polohám a oboustranné zástavb .

2.1.4 Vodní režim podloží Vodní režim se hodnotí jako kapilární (velmi nep íznivý), pendulární (nep íznivý) a difúzní (p íznivý). Pro návrh zesílení se posouzení podloží a odolnosti vozovky proti škodám mrazem a táním odvozuje ze známého chování stávající vozovky a hodnocení vodního režimu se m že zjednodušit, jak je uvedeno v 2.1.5.

2.1.5 Charakteristiky podloží Podloží se hodnotí modulem pružnosti, sou initelem p í ného p etvo ení zeminy (Poissonovo íslo) a namrzavostí. Pro stanovení charakteristik podloží se m že p ímo použít TP 170 s využitím odb ru vzork prost ednictvím vrtaných nebo kopaných sond a laboratorních zkoušek pro zat íd ní zeminy a stanovení únosnosti CBR. Pro stanovení modulu pružnosti a Poissonova ísla se s výhodou použije m ení únosnosti vozovek. Z hodnot nam ené pr hybové áry se s použitím výpo tových metod založených na ešení pružného poloprostoru stanoví moduly pružnosti podloží. P i stanovení hodnot modulu pružnosti je t eba brát ohled na období m ení, nebo stanovené moduly sezónn kolísají v závislosti na obsahu vlhkosti zejména jemnozrnných (nebezpe n namrzavých) zemin. Zvýšená vlhkost se v podloží vyskytuje také p i porušených asfaltových vrstvách trhlinami a nerovnostmi a p i nevyhovujícím povrchovém odvodn ní. Obojí ovlivní stanovení modulu pružnosti podloží a p itom se návrhem opravy odstraní. Tyto jevy musí diagnostik p i výpo tu únosnosti a návrhu opravy, recyklace nebo rekonstrukce provedené na základ m ení únosnosti odborn zvážit. Jestliže vozovka vykazuje v období mrazu mrazové zdvihy místními hrboly se sí ovými trhlinami a v jarním období dochází k prohloubení místních a p í ných pokles , zv tšení plošných deformací a k rozvoji sí ových trhlin, vozovka nespl uje požadavky ochrany p ed poruchami mrazem a táním. Souvislou opravu nebo rekonstrukci je t eba ješt posoudit z hlediska ochrany vozovky p ed promrzáním, p i emž toto podloží se považuje za nebezpe n namrzavé a za vodní režim kapilární (viz 2.1.5). Pokud vozovka v dob mrazu nevykazuje mrazové zdvihy a na vozovce se nevyskytují konstruk ní poruchy ani na okrajích vozovek jízdních pruh (p i nezpevn né krajnici), pak jsou požadavky odolnosti vozovek proti škodám mrazem a táním spln ny.

- 14 (49) -


2.2 2.2.1

M ení únosnosti vozovky M ení únosnosti

M ení únosnosti lze provád t za ízeními uvedenými v úvodu kapitoly 2. Princip m ení a vyhodnocení jsou v kapitolách 3 až 5.

2.2.2

Výstupy z m ení únosnosti

Výstupem z m ení únosnosti jsou hodnoty pr hybu v závislosti na vzdálenosti od st edu zatížení (pr hybová ára) pod definovaným zatížením charakterizujícím ú inek zatížení t žkými nákladními vozidly. Nam ený pr hyb je veli ina podléhající vliv m teploty, vlhkosti a náhodným vliv m vrstev vozovky a podloží. Vlivy teploty a vlhkosti je nutno p ed vyhodnocení m ení zohlednit. Charakteristikami hodnocení únosnosti jsou zbytkové doba životnosti posuzované vozovky a podklady pro návrh opravy zesílením.

2.2.3 Stanovení bod pro m ení únosnosti M ení se provádí v pravé jízdní stop t žkých nákladních vozidel, p i m ení deflektografem se m í v obou stopách vozidel. V návaznosti na ú el m ení je t eba volit maximální vzdálenost mezi jednotlivými m eními. Maximální doporu ená vzdálenost mezi m eními pákovým pr hybom rem a rázovými za ízeními na b žných vozovkách je: − p i návrhu zesílení nebo oprav vozovek s konstruk ními poruchami 25 m p i m ení v nejvíce zatíženém pruhu vícepruhových komunikací nebo st ídav v obou pruzích dvoupruhových komunikací (pak je vzdálenost mezi m eními 50 m, uspo ádání viz SN 73 6192) nebo v jízdním pruhu dvoupruhových komunikací, který vykazuje v tší rozsah poruch kvalitativn významn jších (poruchy konstrukce vozovky); m ením musí být pokryty všechny poruchy, které mají vliv na únosnost a návrh opravy, − p i posuzování vozovky pro stanovení zbytkové doby životnosti (m ení pro plánování opravy) po 100 m v nejvíce zatíženém jízdním pruhu nebo v pruhu, který vykazuje v tší rozsah poruch kvalitativn významn jších, − pro stanovení zbytkové doby životnosti vozovky bez poruch a v p ípad výsledk m ení bez výrazn jších zm n je možno m it po vzdálenostech 250 m v nejvíce zatíženém jízdním pruhu.

2.3

Vrtané a kopané sondy vozovek

Zjišt ním druhu a tloušt k vrstev vozovky, druhu zeminy a vodního režimu v podloží je možno posoudit únosnost vozovky. Odb r vzork vrstev vozovky umožní vysv tlit poruchy vozovky, odhalit jejich p í iny a získat dopl ující podklady pro návrh opravy. Posouzením odebraných

- 15 (49) -


krytových vrstev se stanovují p í iny jejich poruch, trvanlivost, odolnost proti vývoji trvalých deformací a vhodnost pro provedení recykláže. Odb r vzork stmelených vrstev se provádí jádrovými vývrty, zjišt ní stavu a odb r vzork u ostatních vrstev a podloží se provádí kopanou sondou. Vyhodnocení odebraných vzork vrstev vozovky, zejména kryt a stmelených podkladních vrstev, má provést akreditovaná laborato . Rozhodovací postup a posuzování vrstev vozovek, stanovení p í in poruch a návrh technologie údržby a opravy dokumentují vývojové diagramy M 05.

2.3.1 Vzdálenosti mezi sondami nebo vývrty Vzdálenost mezi sondáží je závislá na zm nách vlastností vozovky a podloží posuzovaného úseku, zm ny se projevují druhem a rozsahem poruch vozovky. Vývrty a sondami musí být dokumentovány p í iny porušení vozovky všech druh poruch tak, aby bylo prokázáno, že navrženou opravou se poruchy odstra ují. Podle TP 76 musí však být dodržena pr m rná vzdálenost sondáže nejvýše 150 m (u pozemní komunikace, kde byla zajišt na relativn v tší homogenita kvality vrstev je možno provést sondy nebo vývrty v pr m rných vzdálenostech 250 m). Obvykle se požadují nejmén 3 vývrty a 1 kopaná sonda na 1 km opravované komunikace. P i provád ní sond a vývrt musí být brán ohled na získání dostate ného množství materiál pro následné laboratorní zkoušky.

2.3.2 Sondy a vývrty pro posouzení únosnosti vozovek K posouzení únosnosti m ením je t eba vždy znát: − druh krytu (asfaltová sm s, penetra ní makadam, nát r, dlažba, št rkový kryt), − druh podkladní vrstvy (asfaltové sm si - celoasfaltová vozovka, cementem stmelené podklady a podklad z nestmeleného kameniva), − existenci nebo neexistenci ochranné vrstvy (pro posouzení odolnosti proti ú inku mrazu a tání a posouzení podloží podle kapitoly 2.1.5), − tlouš ky jednotlivých vrstev. V p ípad plánování údržby a oprav (sí ová úrove ) lze údaje získat ze záznam u správce. V p ípad diagnostiky pro opravu se musí provád t vždy vývrty a sondy. ím p esn jší má být vyhodnocení únosnosti (zbytkové doby životnosti a návrhu opravy), tím p esn ji musí být známy tlouš ky vrstev v rozd lení nejmén na vrstvy: − asfaltové, − cementem stmelené, − z nestmeleného kameniva. Z moderních nedestruktivních metod je nejvhodn jší stanovení tloušt k vrstev z m ení GPR (Ground Penetrating Radar), viz M 02, 3.2. P i oprav poruch je t eba ješt posoudit kvalitu jednotlivých vrstev vozovky, nebo nevhodné vrstvy zp sobující poruchy musí být odstran ny.

- 16 (49) -


2.3.3 Vývrty pro posouzení poruch asfaltových vrstev Na odebraných vývrtech pro posouzení p í in nevyhovujících parametr provozní zp sobilosti (nevyhovující protismykové vlastnosti, p í ná a podélná nerovnost) a poruch asfaltových kryt (ztráta asfaltového tmelu, hloubková koroze, vyjeté koleje, podélné vlny, trhliny úzké, široké, rozv tvené a mozaikové) se v odborné laborato i stanovuje: − tlouš ka jednotlivých asfaltových vrstev vozovky, − spojení vrstev vozovek, − ára zrnitosti, mezerovitost, obsah a p ípadn druh pojiva v posuzovaných vrstvách. Tlouš ka vrstev na vývrtech se stanovuje m ením na ty ech místech pravideln rozložených po obvodu vzorku s p esností na 0,5 mm ( SN EN 1269736). Tlouš ka vrstvy je pr m r m ení. Spojení asfaltových vrstev se stanoví zkouškou st ihem na spoji vrstev podle TP 109. Spojení vrstev se považuje za dokonalé, pokud se vrstvy vývrtu od sebe odd lí p i zkoušce st ihem ve spoji silou v tší než 6,7 kN p i vývrtu ∅ 100 mm a 15 kN p i vývrtu ∅ 150 mm. Složení asfaltové sm si se posuzuje rozborem extrakcí podle SN 73 6160. Poruchy trvalými deformacemi krytu (nevyhovující charakteristika podélné a p í né nerovnosti, poruchy podélné vlny a vyjeté koleje) vyžadují provedení vývrt a posouzení sm sí do hloubky až 180 mm s ur ením vrstev, které jsou p í inou trvalé deformace. Posouzení vývrt pro návrh recyklace krytu (technologií REMIX a REMIXPLUS) se dopl uje návrhem úpravy asfaltové sm si (p idáním obvykle hrubozrnného asfaltového betonu, pojiva, zm k ovacího inidla apod.).

2.4

Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky

Zbytková doba životnosti vozovky se stanoví vyhodnocením m ení únosnosti za ízeními podle úvodu kapitoly 2. Princip m ení a vyhodnocení je v kapitolách 3 až 5.

2.4.1 Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky z maximálního nam eného pr hybu pákovým pr hybom rem Stanovení zbytkové doby životnosti z m ení maximálního pr hybu pákovým pr hybom rem je vhodné pro netuhé vozovky lehkého a st edního typu (vozovky asfaltové s nestmelenými podklady s tlouš kou asfaltových vrstev do 100 mm, nejvýše 150 mm, vozovky št rkové a dlážd né s nestmelenými podklady). M ení, vyhodnocení m ení a stanovení zbytkové doby životnosti je obsaženo v kapitole 3 tohoto modulu.

- 17 (49) -


2.4.2 Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky z m ené pr hybové áry Stanovení zbytkové doby životnosti vozovky z m ené pr hybové áry je vhodné pro všechny typy vozovek. Pro t žké vozovky (vozovky s podklady zpevn nými a stabilizovanými cementem, celoasfaltové vozovky a vozovky s nestmelenými podklady s tlouš kou asfaltových vrstev nad 150 mm) je to jediné možné ešení. O tomto vyhodnocování je zmínka v kapitole 4 tohoto modulu (vyhodnocení m ení deflektografem), ale vyhodnocení se vztahuje pouze na m ení rázovými za ízeními. M ení pr hybové áry pod zatížením pomocí rázových za ízení se vyhodnocují použitím výpo t podle teorie vrstevnatého poloprostoru. Podmínkou výpo tu jsou známé tlouš ky vrstev vozovky. Itera ní metodou výpo tu se stanovují moduly pružnosti jednotlivých vrstev vozovky a podloží tak, aby rozdíl mezi vypo tenou a nam enou pr hybovou arou na jednotlivých po adnicích pr hybu nebyl v tší než 2 %, výjime n ±5 %. Vypo tené moduly pružnosti asfaltových vrstev se opraví na návrhovou teplotu podle 2.1.3 (20oC). Zohlední se také vlivy vlhkosti na stanovený modul pružnosti podloží podle 2.1.5. Tlouš ky vrstev a návrhové hodnoty modulu pružnosti vrstev vozovky a podloží pak slouží k výpo tu p etvo ení vrstev vozovky a podloží. Z velikosti relativního protažení na spodním líci asfaltových vrstev a relativního stla ení povrchu podloží se vypo tou mezní po ty p ejezd návrhových náprav:

Nlim = f (ει) kde

(2.5)

Nlim je celkový mezní po et p ejezd návrhových náprav, návrhové nápravy, ει je relativní protažení asfaltových vrstev na jejich spodním líci nebo relativní stla ení povrchu podloží.

Zbytková doba životnosti se stanoví z vypo teného nižšího Nlim stanoveného z posouzení asfaltových vrstev nebo podloží: tz = Nlim / Nrd

(2.6)

kde tz

je zbytková doba životnosti, roky,

Nlim je mezní po et p ejezd návrhových náprav, návrhové nápravy, Nrd je po et p ejezd návrhových náprav v pr m rném roce návrhového období podle rovnice (2.3), návrhové nápravy/rok, Pokud zbytková doba životnosti stanovená výpo tem je vyšší než 25 let, v hodnocení se uvádí pouze 25 let. Tyto hodnoty pak vstupují do vyhodnocení pr m rné doby životnosti posuzovaného úseku vozovky. Na základ stanovené zbytkové doby životnosti se vozovka zat i uje do klasifika ního stupn podle tab. 2.4. Pokud se oprava provede na návrhové období, p izp sobuje se dob

- 18 (49) -


životnosti obrusné vrstvy, návrhové období se stanovuje na 10 let a zbytková doba životnosti se zat i uje podle druhého ádku tab. 2.4. Klasifika ní stupn zbytkové doby životnosti mají užití odpovídající tab. 2.5. Poznámka: Rovnice z TP 170 pro návrhovou nápravu a jedno návrhové období: N

lim

=

10

6

d . C 2 . C4

γ

.ε Di 6 γ .ε up i

u

.γ

B

(2.7)

kde vy,

Nlim

je celkový mezní po et p ejezd návrhových náprav, návrhové nápra-

γd

je díl í sou initel spolehlivosti výpo tového modelu, jsou sou initelé vyjad ující ú inek p ejezd návrhové nápravy na poškození, C2 vyjad uje fluktuaci stopy nápravy a C4 ú inek pomalé a zastavující dopravy,

Ci

γu γDi

je díl í sou initel spolehlivosti aplikace únavové zkoušky, je díl í sou initel spolehlivosti porušení vozovky v závislosti na návrhové úrovni porušení vozovky, díl í sou initel rozptylu únavové zkoušky

γ up

εi

je maximální relativní p etvo ení spodního líce asfaltových vrstev nebo povrchu podloží,

ε6, B

jsou charakteristiky únavy podle SN EN 12697-24.

V textu je rovnicí (2.3) a obdobn rovnicí (2.4) v souladu s poznámkou k rovnici (2.3) stanoveno: Nrd = 365 . TNVk . C1 . C2 . C3 . C4 . /γDi* kde Nrd

je po et p ejezd návrhových náprav v pr m rném roce návrhového období, návrhové nápravy/rok,

γDi* je díl í sou initel spolehlivosti porušení vozovky v závislosti na návrhové úrovni porušení vozovky,

Znamená to, že v rovnici (2.6) t chto TP došlo k p esunu sou initel Ci a γDi z Nlim do Nrd, p i emž díl í sou initel spolehlivosti v t chto TP je oproti TP 170 vyjád en jako:

γDi* = (γDi)B

(2.8)

kde B je podle TP 170 rovno 5,00 a hodnoty pro jednotlivé γDi* nabývají hodnot uvedených za rovnicí (2.3). Nlim z tohoto d vodu m žeme napsat:

γ uε 6 N lim = . γ d γ up . ε i 106

B

(2.9)

- 19 (49) -


po zjednodušení Nlim = A εi -B

(2.11)

kde A je experimentáln zjišt ná konstanta odvozená pro každé zkušební za ízení (pákový pr hybom r, rázové za ízení) pro srovnávací (návrhovou) teplotu a up es uje se po srovnávacích m eních podle TP 163. Po vyhodnocení srovnávacích m ení se m že také up esnit díl í sou initel návrhového modulu pružnosti podloží a p epo ty návrhových modul pružnosti asfaltových vrstev v závislosti na teplot m ení. Tab. 2.4 - Klasifika ní zat íd ní únosnosti vozovek Klasifika ní stupe Zbytková doba životnosti

1

2

3

4

5

p i návrhovém období 25 let

> 25

15 – 25

10 – 15

5– 10

<5

p i návrhovém období 10 let

> 10

8 – 10

5–8

3– 5

<2

Tab. 2.5 – Požadovaná klasifikace únosnosti vozovek Klasifika ní stupe

1

2

3

4

5

Zbytková doba životnosti v rocích

P ejímka povrchu p ed uvedením vozovky do provozu P ejímka povrchu na konci záru ní doby Plánování opat ení pro zvýšení rovnosti povrchu vozovky Provedení opat ení pro zvýšení rovnosti povrchu vozovky

2.5

Návrh zesílení vozovky

K návrhu zesílení se p istupuje, je-li stanovená zbytková doba životnosti v klasifika ním stupni 4 až 5 (viz tab. 2.4 a 2.5). K návrhu tlouš ky zesílení se používá vyhodnocení m ení únosnosti, vývrt a sond. Návrh zesílení provádí obvykle provozovatel m icího za ízení na základ podklad podle kapitoly 2.1 a 2.3. Návrhovou úrove porušení a dopravní zatížení musí stanovit objednatel (obvykle správce). Klimatické pom ry a pom ry v podloží m že stanovit provozovatel m icího za ízení podle kapitoly 2.1.3 až 2.1.5.

- 20 (49) -


2.5.1 Stanovení zesílení vozovky z maximálního nam eného pr hybu pákovým pr hybom rem P i návrhu zesílení z m ení maximálního pr hybu pákovým pr hybom rem se postupuje podle kapitoly 3 použitím návrhového grafu. Pro ekonomický a detailní návrh opravy je využití tohoto za ízení omezeno v 2.4.1.

2.5.2 Stanovení zesílení vozovky z m ené pr hybové áry P i vyhodnocování m ení únosnosti charakterizované pr hybovou arou se používá stejný model vrstevnatého poloprostoru a stejný postup jako p i vyhodnocení zbytkové doby životnosti. Po stanovení zbytkové doby životnosti podle rovnic (2.6 a 2.7) se op t itera ními výpo ty vozovky postupn p idává tlouš ka zesilovacích vrstev vozovky o známých p etvárných charakteristikách tak, aby mezní po et opakování p ejezd návrhových náprav byl v tší nebo se rovnal celkovému po tu p ejezd návrhových náprav za návrhové období:

Nlim ≥ Ncd

(2.12)

kde

Nlim je celkový mezní po et p ejezd návrhových náprav podle rovnice (2.6), návrhové nápravy, Ncd

je celkový po et p ejezd návrhových náprav podle rovnice (2.4), návrhové nápravy.

Návrh zesílení z m ené pr hybové áry se provede výpo tovými programy v souladu s použitým m icím za ízením podle kapitoly 4 a 5. Provozovatelé m icích za ízení podle TP 163 vlastní oprávn ní k m ení únosnosti a navrhování zesílení vozovek pozemních komunikací.

- 21 (49) -


3 M ení a vyhodnocení m ení pákovým pr hybom rem M it únosnost pomocí odezvy na zatížení zp sobené návrhovou nápravou nákladního vozidla byla zajímavá myšlenka a první za ízení bylo zkonstruováno v USA v roce 1953. Podle konstruktéra se za ízení na celém sv t nazývá Benkelman beam (Benkelman v m icí nosník), p i emž u nás se nazývá podle p evodu pákový pr hybom r (na Slovensku vahadlový), viz schéma na obr. 3.1. Pom r ramen dvouramenné páky je obvykle 2 : 1.

Obr. 3.1 – Schéma pákového pr hybom ru

3.1

Princip m ení

Jde o m ení pr hybu pod pomalu se pohybujícím automobilem s tím, že pr hyb povrchu vozovky se m í v míst nejvyššího pr hybu mezi zdvojenými pneumatikami nákladního vozidla obvykle naloženého na p ípustné nebo návrhové zatížení a bezprost edn po vzdálení automobilu od m eného bodu. Velikost pr hybu signalizovala namáhání vrstev vozovky a podloží. V p vodním uspo ádání se pr hyb m il indikátorovými hodinkám s p esností na 0,01 mm. V nov jších uspo ádáních se používají elektronické sníma e m ení dráhy, nejd íve se zapisova em, v sou asnosti se záznamem hodnot do

- 22 (49) -


po íta e. V tomto uspo ádání se m í i vzdálenost vozidla od m eného bodu a získává se celá pr hybová ára (p í inková ára, viz definici v úvodu 2. kapitoly). Aby se dosáhlo odpovídající p esnosti m ení, musí být ramena m icí páky dostate n dlouhá tak, aby pr hybová mísa od zatížení neovliv ovala vlastní m ení poklesem podpor pevné ásti pr hybom ru. Snímáním pr hybové áry umož uje provést korekci áry s ohledem na pokles podpor, princip opravy dokumentuje obr. 3.2.

Obr. 3.2 – Schéma m ení pr hybu a jeho opravy o pokles podpor pevné ásti pr hybom ru v pr hybové míse vozovky pod pohyblivým zatížením

3.2

Princip vyhodnocení m ení

P vodn jednoduché za ízení poskytovalo údaje o pr hybu vozovek budovaných v dob po átku rozvoje t žké nákladní dopravy, obvykle to byly vozovky s podklady z nestmeleného kameniva s pom rn tenkými asfaltovými vrstvami. Poklady pro využití m ení se ov ovaly p i namáhání pokusných vozovek skute nými t žkými vozidly nebo na kruhových drahách nápravami vozidel. Ov ovalo se, jak se dané vozovky (charakterizované druhem a tlouš kami vrstev na dané charakteristice podloží) p i stanoveném pr hybu m ní v závislosti na po tu opakování zatížen (po tu p ejezd t žkých nákladních vozidel), jak se ovliv uje provozní zp sobilost a jakým zp sobem je lze efektivn udržovat a opravovat. První takový velkopokus, který na dlouho ovlivnil p ístup k posuzování vozovek, byl AASHO Road Test v USA (1952 – 1956), po nich následovala ada dalších test i v dalších zemích v etn eskoslovenska, p i nichž se pro r zné vozovky odvozoval vztah mezi pr hybem a možným po tem p ejezd návrhových náprav do opravy vozovky a následn z m ení pr hybu se také stanovovala oprava vozovky zesílením v závislosti na budoucích po tech p ejezd vozidel nebo návrhových náprav vozidel. Tyto vztahy byly pro posouzení únosnosti vozovky a návrh zesílení vozovky pro nové dopravní zatížení docela spolehlivé pro daný a velkopokusy ov ený typ vozovky. Se zm nou technologií výstavby vozovek, zavád ním cementem stmelených poklad a zásadn vyšších tloušt k asfaltových vrstev tento jednoduchý vztah - 23 (49) -


mezi pr hybem a možným po tem zatížení p estával platit, pr hybová ára se stávala plošší, zasahovala až do podpor m icího nosníku a nevystihovala posuzování namáhání jak vrstev, tak podloží. Pr hybové áry následn umožnily analýzu jak velikosti maximálního pr hybu, tak polom ru k ivosti pr hybové áry. T mito dv ma charakteristikami se m lo zohlednit namáhání stmelených vrstev (polom r k ivosti) a namáhání podloží. Je t eba íci, že se podobnou analýzu v eskoslovensku nepoda ilo spolehliv uskute nit.

3.3

Použití za ízení v R

TP 87 ješt umož ují použít m ení pákovým pr hybom rem v t chto dvou uspo ádáních m ení pr hybové áry podle postupu I a II: I. Pohyblivé m icí rameno s hrotem položeným na povrch vozovky se vsune mezi zdvojené pneumatiky do vzdálenosti 1 m p ed osu nápravy a po ustálení pr hybom ru automobil odjede do vzdálenosti 6 m od hrotu. P i odjezdu se zaznamenává pr hybová ára vratného pr hybu povrchu vozovky po odjezdu zatížení. M ená pr hybová ára p i uplatn ní p edpokladu symetrie pr hybové mísy umožní podle geometrického uspo ádání podpor nosníku, délky m icího ramene a druhého ramene páky s m ením pr hybu opravit nam enou pr hybovou o pokles obou podpor pr hybom ru, jak je v obr. 3.2 znázorn no. II. Podle postupu II se m í ob pr hybové áry p i nájezdu i odjezdu vozidla. Pr hybom r se p ipraví obr. 3.3 do správné polohy obr. 3.4 a automobil najíždí na pr hybom r až do vzdálenosti osy nápravy 1 m za hrot a následn se vrací na p vodní místo p ed m ením. Pr hybové áry obou m ených v tví se opravují op t o pokles podpor pr hybom ru. Pro vyhodnocení m ení podle postupu I se používá pouze maximální pr hyb. Závislosti doby životnosti a zesílení byly stanoveny ješt v 70letech, od té doby se provedla menší úprava v návaznosti na m ení rázovým zatížením. Pr hybovou áru podle postupu II je možno použít ve spojení s podrobnou její analýzou se zp tným výpo tem charakteristik vrstev vozovek o známé jejich tlouš ce. Vzhledem na komplikované a drahé takové m ení (váže nejmén t i pracovníky s nákladním a dodávkovým vozidlem) a množství zm ených bod za den, nedosáhne se výkonu jiných za ízení a nejsou takové postupy ov ené.

3.4 3.4.1

Vyhodnocení m ení Stanovení návrhového pr hybu

Pokud se m í na asfaltových vozovkách, je omezení teploty rozmezím 5 °C až 30 °C. M ený pr hyb se opraví na teplotu m ení s použitím odlišného sou initele podle tlouš ky asfaltových vrstev do 100 mm a nad 100 mm. V poruchách vozovek sí ovými trhlinami a plošnou deformací se oprava na teplotu neprovádí (tyto porušení vrstvy mají na m ený pr hyb malý vliv a rozhodn je neovlivní teplota vrstev).

- 24 (49) -


Z m ených výsledk pr hybu se vyberou homogenní úseky vozovek. Nam ené hodnoty opravené podle p edešlého odstavce se statisticky vyhodnotí a stanoví se charakteristický pr hyb homogenní sekce s tím, že tento pr hyb odpovídá kvantilu 90 % (jen 10 % pr hyb na sekci je vyšších). M ené pr hyby se také opravují s ohledem na vliv podloží, v dlouhodob suchém období se u vozovek bez ochranné vrstvy doporu uje provést zvýšení pr hybu o nejmén 20 %. Tímto se charakteristický pr hyb p evede na návrhový pr hyb homogenní sekce.

3.4.2

Stanovení zbytkové doby životnosti

Zbytková doba životnosti se stanoví z rovnice: N

10 t = lim = z N rd

4,25 − 6,25 log y N

d

(3.1)

rd

kde

tz

je zbytková doba životnosti vozovky, roky,

Nlim

je mezní po et p ejezd návrhových náprav v souladu s rovnicí 2.5, návrhové nápravy,

Nrd

je po et p ejezd návrhových náprav v pr m rném roce návrhového období podle rovnice (2.3), návrhové nápravy/rok,

yd

3.4.3

je návrhový pr hyb, mm.

Návrh tlouš ky zesílení

Návrh tlouš ky zesílení se provádí podle grafu v obr. 3.5. Ekvivalentní zesilovací tlouš ka se p evede na návrh vrstev vozovek takto: hz = he.jz

(3.2)

kde hz

je návrhová tlouš ka zesílení vrstvou z asfaltové sm si, mm,

he

je ekvivalentní tlouš ka zesílení, mm,

jz

je sou initel ekvivalence pro danou asfaltovou vrstvu pro AB je roven 0,75 a pro OK je 1,00.

- 25 (49) -


Obr. 3.3 – Pákový pr hybom r p ed m ením podle postupu II

Obr. 3.4 – Umíst ní pákového pr hybom ru p ed m ením podle postupu II

- 26 (49) -


Obr. 3.5 – Návrhový graf pro stanovení zesílení ekvivalentní tlouš kou asfaltové vrstvy na základ návrhového pr hybu

- 27 (49) -


4 M ení a vyhodnocení m ení deflektografem Deflektograf byl poprvé zkonstruován ke konci 60let ve Francii. Jedná se o zmechanizovaný pákový pr hybom r m ící p i pomalé plynulé jízd t žkého nákladního automobilu. V každém m icím cyklu se m icí nosník se dv ma m icími rameny p ipraví k m ení (viz obr. 4.1) a m í až do nájezdu kol m icího automobilu tak, že se osa nápravy dostává až za hroty pr hybom ru (viz obr. 4.2). etnost m ení se pohybovala u prvních deflektograf po 3,3 m, protože celý cyklus byl ovládán mechanicky otá ením kol, v dalších za ízeních díky používání navijáku nebo jinak ovládaných posun m icího rámu je etnost volitelná na každých 5 m až 10 m.

Obr. 4.1 – Deflektograf s pr hybom rem na za átku m ení

Obr. 4.1 – Deflektograf s pr hybom rem na konci m ení - 28 (49) -


P vodn se velikost maximálního pr hybu zaznamenávala optickou cestou na kinofilm, tj. na filmu byla znázorn na pr hybová ára na každém m eném bod . Dnešní deflektografy již jsou pln vybaveny po íta ovou technikou se záznamem pr hybových ar do pam tí a jejich vyhodnocování. Schéma eských za ízení je na obr. 4.3 a schéma m icího rámu je v obr. 4.4.

Obr. 4.3 – Schéma deflektografu s pr hybom rem na za átku m ení

Obr. 4.4 – Schéma m icího rámu pr hybom ru deflektografu

- 29 (49) -


Obr. 4.5 – Pr hybová ára m ená deflektografem

4.1

Výhody a nevýhody deflektograf

Výhodou za ízení je vysoká etnost v podstat automatického m ení odezvy vozovek pod ob ma koly m icího vozila. Nevýhodou je nízká p esnost m ení a jeho vyhodnocování:

− p i nerovných a porušených vozovkách vznikají nespolehlivá m ení nebo se rám automaticky z pod kol vytáhne, aby se zabránilo najetí pneumatikami na pohyblivé rameno pr hybom ru, − m icí rám je krátký, pr hyb podpor je ovliv ován pr hybovou mísou vznikající pod každým kolem vozidla a k oprav pr hybové áry nelze dosp t. Je pravdou, že ve sv t byly postaveny i dlouhé m icí deflektografy osazené na náv su, ale jejich používání již bylo ukon eno.

4.2

Vyhodnocení m ení

Vyhodnocení m ení se d je statistickým zpracováním dat:

− vylou ením neplatných nebo odlehlých hodnot, − stanoví se rozhodující stopa m ení, ta která vykazuje vyšší maximální pr hyb,

- 30 (49) -


− vytvo í se homogenní sekce a pro stanovenou homogenní sekci se stanoví charakteristická pr hybová ára jako ára pr m rná ze všech platných m ení, − zp tným výpo tem, jehož cílem je koincidence charakteristické pr hybové áry a výpo tové áry, se stanoví moduly pružnosti vrstev a podloží (na matematickém modelu), − stanoví se zbytková doba životnosti a zat ídí se do klasifika ního stupn únosnosti, − v p ípad hodnocení únosnosti v klasifika ním stupni 4 nebo 5 se navrhuje zesílení v itera ních krocích p idávání materiálu plánovaného zesílení. Za ízení tedy slouží jako podklad k plánování opravy. Výstupem hodnocení je plánování druhu opravy a p ibližné její ceny. Plánování opravy je sm ováno na dobu s dosažením klasifikace 5.

- 31 (49) -


5 M ení a vyhodnocení m ení rázovým za ízením První rázová za ízení modelující dynamické zat žování povrch vozovek vznikaly již v 60letech. Také v eskoslovensku již v polovin 60let pracovaly 2 za ízení k zat žování netuhých a tuhých vozovek. Bohužel došlo k celkovému zaostávání ve využívání elektronické a výpo tové techniky a krok s vysp lým sv tem se dohán l jen s pomocí za ízení sv tových výrobc za ízení.

5.1

Princip m ení

Pro zatížení povrchu vozovky se používá hybnosti zatížení, voln padající hmoty dopadá na tlumi e, obvykle gumové, a postupné zpomalení hmoty vyvolá rázový pulz ve tvaru, který odpovídá zatížení p i p ejezdu vozidla. Tato za ízení se také ozna ují jako FWD (Falling Weight Deflectomerer). Obvykle se modeluje zat žovací (rázový) pulz, odpovídající rychlosti p ejezdu nákladního vozidla o rychlosti 30 km/h až 80 km/h. Velikost a pr b h rázového pulzu se m í sníma em síly a konstrukce za ízení umož uje široký rozsah zatížení (nap . 20 kN až 200 kN) s malou možností úpravy doby zatížení. Velikost a dobu zatížení ovliv uje také konstrukce vozovky a teploty gumových tlumi . Zatížení se na povrch vozovky p enáší pomocí kruhové zat žovací desky s odpruženým povrchem (profilovaná guma) p ípadn s d lení na n kolik vzájemn se pohybujících se ástí tak, aby se modelovalo rovnom rné zatížení povrchu vozovky pod zat žovací deskou. Odezva vozovky na zatížení je vyjád ena m enou pr hybovou arou jako stanovením poklesu povrchu vozovky pod zatížením v závislosti od st edu zatížení. M ení se provádí pomocí p esných geofon (sníma zrychlení) a údaje o pr hybu jsou m. Schéma za ízení a m ení je v obr. 5.1, b žn se za ízení osazuje na p ív s a na obr. 5.2 je fotografie soupravy.

Obr. 5.1 – Schéma rázového za ízení skupiny A podle SN 73 6192

- 32 (49) -


M ení se provádí v souladu s SN 73 6192. Stanovení po tu a míst m ení je uvedeno v 2.2.3.

5.2

Vyhodnocování a výstupy z m ení únosnosti

Výstupem m ení je nam ená pr hybová ára v dokumentovaném bod , pod stanoveným zatížení p i stanovené teplot v obrusné vrstv . Všechna pot ebná data jsou v p íkladu záznamu m ení v obr. 5.4. Za ízení m že m it p i teplotním rozsahu asfaltové vrstvy 5 °C až 35 °C (teplota 40 mm pod povrchem vozovky), jiné vrstvy lze m it p i teplot vzduchu vyšší než 5 °C. Vyhodnocení m ení je popsáno v 3.4. Vychází se z výpo tu pr hybové áry podle lineárního vrstevnatého poloprostoru znázorn ného v obr. 5.3. Výstupy z vyhodnocených m ení jsou stanovené doby životnosti pot ebná zesílení na jednotlivých m ených bodech. P íklad vyhodnocení m ení je v obr. 5.5.

Obr. 5.2 - Rázové za ízení pro m ení únosnosti

Obr. 5.3 – Znázorn ní zatížení a pr hybové áry lineárního vrstevnatého poloprostoru

- 33 (49) -


Obr. 5.4 - P íklad záznamu m ení únosnosti rázovým zatížením

Obr. 5.5 - P íklad vyhodnocení m ení únosnosti rázovým zatížením

- 34 (49) -


6 Jiné použití rázových zat žovacích zkoušek Rázové zkoušky jsou velmi praktické, jednoduché, nedestruktivní, rychlé, s nízkou pracností, je proto lákavé je použít i k jiným ú el m: SN 73 6192 jednak popisuje 3 skupiny rázových za ízení: A – používaná pro zkoušky netuhých i tuhých vozovek a jejich podkladních vrstev, B – používaná obvykle pro zkoušky nestmelených podkladních vrstev a podloží, C – jako lehké dynamické desky používaná pro kontrolu míry zhutn ní hrubozrnných zemin a sypanin, zemin zlepšených vápnem apod. Jsou to za ízení na stejném principu, konstruovaná na m ení odezvy m eného vrstevnatého poloprostoru pod zat žovací deskou opat enou gumovou profilovanou podložkou a z výsledk m ení a vyhodnocení se usuzuje na nehomogenity, které mohou být zp sobeny zm nou:

− složení a tloušt k vrstev, − zhutn ní vrstev s možností následného sedání vrstev, − zvýšení vlhkosti u jemnozrnných zemin. Jednoduše e eno, pokud reakce na zatížení má vztah ke složení, vlhkosti a zhutn ní, lze podle reakce tyto vlastnosti posoudit.

6.1

Rázová za ízení skupiny A

Jsou to univerzální za ízení, obvykle umož ují nastavit velikost p sobící síly a áste n také dobu p sobení zat žovacího pulzu a jsou proto použitelná pro m ení na celé nebo nedokon ené konstrukci vozovky až na zlepšeném podloží i pro m ení na cementobetonových vozovkách. Schéma za ízení a fotografie jsou v obr. 5.1 až 5.3

6.1.1

Netuhé vozovky

Krom popsaného použití za ízení pro stanovení zbytkové doby životnosti vozovky a návrh opravy, zesílení nebo dobudování netuhých vozovek, se tato za ízení s oblibou používají pro první posouzení jakéhokoliv problému vozovky nap .:

− P i vývoji nerovností objemovými zm nami (sedáním, bobtnání), porovnání m ení na r zných místech a sledování m ení v ase umožní usoudit na ukon ení nebo pokra ování proces . − Objevení skrytých nehomogenit p i výstavb , jako je zabudování: − pevn jších hmot (nap . zbytek r zných konstrukcí, vyprázdn ní betonu z domýchava e apod.) ovliv ujících rovnost nebo poruchy,

- 35 (49) -


− nekvalitních vrstev (nap . št rkopísku nebo št rku místo št rkodrti nebo št rku bez prolití cementovou maltou), − p i výstavb porušených nebo nespojených vrstev (nap . porušení technologickou dopravou nebo neztvrdnutí cementové stabilizace nebo kameniva stmeleného cementem jak nekropením vrstev, tak pokládkou a hutn ním vrstev po za átku tvrdnutí, zejména kameniva stmeleného cementem). − Vliv mrazových zdvih a následných pokles p i tání a porušování stmelených vrstev. M í-li se na ástech vozovky, které vykazují a nevykazují zm nu svého chování a provede-li se analýza citlivosti r zných p edpokládaných vliv na m enou pr hybovou áru (tj. m ní se p edpoklady tlouš ky a kvality vrstev a podloží, spojení vrstev apod.) je možno navrhnout minimální provád ní další diagnostiky k ov ení p edpoklad na charakteristických místech vozovky.

6.1.2

Cementobetonové vozovky

Rázové zkoušky se používají i pro cementobetonové (dále CB) vozovky. Zkoušení je pon kud problematické s ohledem na d lení CB krytu na jednotlivé desky a teplotní pohyby desky (viz podrobn ji M 06). Teplotou a namáháním nejsou desky asto podep eny podkladem a desky na spárách nespolup sobí, ve spá e je umožn n nezávislý pohyb obou p ilehlých desek. Stejn jako u netuhých vozovek lze m it a stanovit následn použitím výpo tu vrstevnatého poloprostoru (program LAYEPS) moduly pružnosti jednotlivých vrstev CB vozovky v p ípad zatížení desky uprost ed p i jejich plném podep ení (není možno m it p i teplém dnu mezi 10. h a 22. h, kdy je deska teplotou nadzdvižena). Z t chto m ení lze, s menší p esností než pro netuhé vozovky (vliv kone ného rozm ru desky), usoudit na stav vrstev, zejména podloží. D ležité je namáhání, jak je uvedeno v obr. 6.1, tj. umíst ní zatížení na okraj desky s m ením pr hybové áry i na vedlejší desce. Dva možné p ípady výsledné pr hybové áry znázor uje obr. 6.2: 1.

deska není podkladem podep ena, prohýbá se jako konzola a v prost ední t etin dochází ke zvýšenému nap tí v tahu; p enosu namáhání nepomáhá ani vedlejší deska, nedochází k p edpokládanému spolup sobení p ilehlých desek; zatížením pak rychle dochází k poruchám zlomením a pumpováním desek s vývojem nerovností na povrchu (viz M 06, obr. 2.33),

2.

deska je dob e podep ena, deska dob e nebo mén spolup sobí s p ilehlou deskou; tento zp sob pr hybové áry charakterizuje dobrou funkci CB vozovky s p ípadným menším spolup sobením desek.

- 36 (49) -


Obr. 6.1 – P íklad možného umíst ní rázového za ízení

Obr. 6.2 – Typický tvar pr hybové áry v okolí spáry

6.1.3

Shrnutí

Jednoduše e eno – použití t žkého rázového za ízení je po vizuální prohlídce s definování druhu a etnosti poruch vozovek nejvhodn jší zkouškou pro další stanovování p í in a oprav vozovek. Na r zná použití t chto za ízení ve spojitosti s výpo tem vrstevnatého poloprostoru jsou také zam ena cvi ení na konci tohoto modulu.

6.2

Rázová za ízení skupiny B

Tato za ízení se zatížením do 15 kN s m ením pr hybu nebo pr hybové áry znázorn né schématem a obr. 6.3 se používají p i výstavb vozovek ke kontrole vlastností, zejména zhutn ní vrstev. Za ízení m í jak velikost silového pulzu, tak pr hyb nebo pr hybovou áru. Umož ují stanovit ekvivalentní modul pružnosti zkoušeného vrstevnatého poloprostoru nebo i posoudit moduly podkladní vrstvy a podloží. Zejména je snahou pomocí za ízení stanovit míru zhutn ní posuzované vrstvy. P i použití rázového za ízení skupiny B pro kontrolu míry zhutn ní u pozemních komunikací, doporu uje se provést korelaci výsledk rázové zkoušky s výsledky statické zat žovací zkoušky (viz SN 72 1006, p íloha D) nebo s - 37 (49) -


objemovou hmotností podle zkoušky Proctor-standard. Korela ní koeficient rx,y (viz p íklad výsledku znázorn ného v obr. 6.4) musí mít vždy hodnotu nejmén 0,8, není-li stanoveno jinak. Pro výpo et se použijí metody matematické statistiky.

Obr. 6.3 - Schéma rázového za ízení skupiny B podle SN 73 6192

Obr. 6.4 – P íklad korela ního vztahu

6.3

Rázová za ízení skupiny C

Nejb žn jší za ízení asto se objevují na stavbách zejména pro kontrolu zhutn ní. Za ízení je dokumentováno obr. 6.5.

- 38 (49) -


Obr. 6.5 – Schéma rázového za ízení skupiny C podle SN 73 6192 Za ízení nemá m ení tvaru ani velikosti zat žovacího silového pulzu, m í se pouze velikost pr hybu uprost ed zat žovací desky. Vychází se pouze z p edpokladu, že hybnost padajícího závaží vyvolá tlumením relativn konstantní sílu (princip rázových za ízení vychází z rovnice hybnosti síly m . v = P . t, kde m je hmota padajícího závaží, p i dané výšce pádu získá závaží rychlost v a tlumením se získá síla P o dob trvání t). Bohužel velikost síly a as závisí také na tlumení a pr hybu celého poloprostoru, takže hodnota síly nem že být konstantní (viz také výpis m ení na vozovce v obr. 5.4). Neznamená to, že za ízení nem že být použito, ale výsledky vyjád ené rázovým modulem pružnosti stanovené za ízením skupiny B a C nemohou dávat srovnatelné výsledky. Za ízení skupiny C se používá podle SN 73 6192 jen pro kontrolu zhutn ní mimo aktivní zónu podloží (kontrolují se tedy jen násypy a zásypy). Je také p edepsán zhut ovací pokus, kde je nutno p edem stanovit korela ní vztah mezi modulem deformace Mvd a modulem p etvárnosti Edef získaným statickou zat žovací deskou podle SN 73 1006 a mezi objemovou hmotností podle zkoušky Proctor-standard. V norm je samoz ejm za tímto konstatováním uvedeno: není-li v projektové dokumentaci stavby, technických podmínkách pro kontrolu a p ejímání prací nebo v jiném, pro stavbu závazném dokumentu stanoveno jinak. Proto bude správné upozornit na jistou nespolehlivost této zkoušky. Na jisté stavb se kontrovaly zemní práce lehkou dynamickou deskou, byly provedeny stovky m ení a jen 0,5 % m ení dokladovala špatné zhutn ní, které bylo nutno napravit. PK v dob ukon ení záru ní doby vykazovala nerovnosti vyjád ené charakteristikou IRI mimo povolený rozsah (viz tab. 2.1 v M 02). Následn bylo zjišt no, že p i stavb vozovky docházelo k sedání zemních t les, bylo nutno upravovat niveletu vozovky a zvyšovat tlouš ky asfaltových vrstev. Ve vyhodnocení zhut ovacího pokusu bylo uvedeno, že v projektové dokumentaci požadovaný rázový modul byl dosažen po prvním p ejezdu vibra ního válce a další p ejezdy nem ly na rázový modul vliv (byly mírn vyšší nebo nižší, povrch nesoudržného materiálu se vibrací „na echrává“). I po t chto zjišt ních se tato zkouška používala pro kontrolu zhutn ní a následek se pochopiteln projevil v celkové kvalit díla.

- 39 (49) -


7 Statická zat žovací zkouška Statická zat žovací zkouška se používá podle SN 73 1006. Používá se jako nep ímé metody pro kontrolu zhutn ní a pro p evzetí podloží a vrstev vozovky. Není to zkouška pro diagnostiku vozovek nebo pro navrhování vozovek, ale asto se díky výsledné veli in modul p etvárnosti ne iní rozdíl mezi modulem pružnosti a používá se i pro posuzování vozovek a také oprav. TP 170 v reakci nepochopení uvedeného rozdílu obsahuje následující text:

− Podloží musí být zhutn no podle SN 72 1006 (míra zhutn ní 102 % u zeminy F5 a F6 a 100 % zhutn ní pro ostatní zeminy). Krom spln ní hodnoty modulu p etvárnosti musí být spln n pom r modul Edef,2 / Edef,1 < 2,5 a pro kamenitou sypaninu se pom r stanovuje zhut ovací zkouškou. − Vlhkost podloží se m že vlivem zvýšených srážek p i provád ní vozovky zvýšit a p evzetí podloží modulem p etvárnosti m že init potíže. Pokud by z asových d vod nebylo možné vy kat zlepšení vlhkostních pom r v podloží, m že být i z tohoto d vodu výhodn jší již v projektu zvolit úpravu podloží (i když by požadovaného modulu p etvárnosti pro p evzetí plán bylo možné dosáhnout bez zlepšení) a zárove zvolit jinou konstrukci vozovky odpovídající zlepšenému podloží, tj. zvýšenému návrhovému modulu pružnosti. − Návrhový modul pružnosti pro výpo et vozovky zastupuje chování podloží pod vozovkou za vlhkosti odpovídající návrhovému vodnímu režimu p i krátkodobém zatížení p ejezdem vozidla. Modul p etvárnosti stanovený podle SN 72 1006 charakterizuje chování podloží vozovky pod statickým zatížením po dokon ení podloží a p edstavuje kontrolní (p ejímací) zkoušku dokumentující vhodnost použitého materiálu a jeho dostate né zhutn ní za vlhkosti p i zpracování (v blízkosti vlhkosti optimální). Proto nem že existovat obecný matematický vztah mezi takto definovanými moduly. Za stejných podmínek je modul pružnosti vždy vyšší než modul p etvárnosti, který zahrnuje nepružnou složku p etvá ení.

7.1.1

Pr b h a vyhodnocení zkoušky

Zat žování kruhové tuhé kovové desky (povrch p ed m ením musí být vyrovnán) se d je obvykle pomocí hydraulického pístu s protihmotou (nákladní auto nebo stavební stroj). Zat žuje se ve stupních s ustálením zatla ování na jednotlivých stupních. Zat žuje se ve dvou cyklech. Pracovní diagram je obr. 7.1. Vyhodnocení se d je náhradou áry zatížení – zatla ení regresní rovnicí (musí se použít po íta ) a stanovením již zmín ných modul deformace a pom ru modul získaného z druhého a prvního cyklu zatížení. Nižší modul z prvního cyklu tak p edstavuje možné dohutn ní ú inkem válce.

- 40 (49) -


K o n ta k tn í n a p 0 .0

0 .1

0 .2

t í p [M P a ] 0 .3

0 .4

0 .5

0 .0 0 .1

Zatla ení desky y [mm]

0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9 1 .0

Obr. 7.1 - Pracovní diagram statické zat žovací zkoušky pro PK podle SN 72 1006

7.1.2

Využití výsledk zkoušky

TP 170 požaduje minimální moduly p etvárnosti podloží p ed pokládkou dalších vrstev podle tab. 7.1 a nestmelených vrstev podle tab. 7.2. Tab. 7.1 – Požadované minimální moduly p etvárnosti na pláni vozovky v závislosti na druhu zeminy a zlepšení podloží vozovky (aktivní zón )

Požadovaný modul Charakteristika podloží, p etvárnosti, návrhová úrove porušení a t ída dopravního zatížení Edef,2, MPa

- 41 (49) -


30

45

60

90

Jemnozrnné zeminy (F), pouze pro D1 v TDZ VI a pro D2

Jemnozrnné zeminy (F), zahlin né pís ité a št rkovité zeminy (S2 až S5, G3 až G5) nebo zeminy zlepšené p ím sí drt na CBR > 15 %, aktivní zóna v tlouš kách podle tabulky 9 SN 73 6133 ze zeminy o návrhové hodnot CBR > 15 % nebo z jiného vhodného materiálu, upravené skalní podloží z hornin R5 a R6. Pís ité a št rkovité zeminy (S2, G3 a G4) p i návrhové hodnot CBR > 15 %, aktivní zóna ze zlepšené zeminy p ím sí pojiv p i dosažení CBRsat > 10 % nebo ze zeminy o návrhové hodnot CBR > 25 % i z jiného vhodného materiálu, upravené skalní podloží z hornin R4 až R6. Kamenitá sypanina, upravené skalní podloží z hornin R1 až R3, zeminy G1 a G2, zlepšené zeminy p ím sí pojiva p i dosažení CBRsat > 47 %

Poznámka – Hodnoty modulu p etvárnosti podloží ze zemin s p ísadou pojiv jsou uvedeny pro stanovení po 3 dnech po dokon ení v p ípad použití vápna a po 7 dnech v p ípad použití cementu.

Tab. 7.2 – Požadované minimální moduly p etvárnosti podloží vozovky a nestmelených vrstev vozovky p ed pokládkou následné konstruk ní vrstvy vozovky v závislosti na jejich tlouš ce a modulu p etvárnosti pod ní ležící vrstvy a) Ochranná vrstva Podloží 30 1) 45 60 90

Požadované moduly p etvárnosti Edef,2 stanovené na povrchu ochranné vrstvy, MPa MZ o tlouš ce vrstvy, mm ŠD o tlouš ce vrstvy, mm 150 200 250 150 200 250 45 60 60

50 60

60 60

50 70 90 120

60 80 100

70 90 110

b) Podkladní vrstva

Ochranná vrstva 45 1) 50 1) 60 70 80

Požadované moduly p etvárnosti Edef,2 stanovené na povrchu podkladní vrstvy, MPa MZK o tlouš ce vrstŠD o tlouš ce vrstvy, mm vy, mm 150 200 250 150 200 250 70 80 90 100 110

80 90 100 110 120

90 100 110 120 120

100 110 120 130

- 42 (49) -

110 120 130 140

120 130 140 150


90 100 120

120 120

120

140 150 150

150 150

150

Poznámka: 1)

Platí pro vozovky a konstrukce v návrhové úrovni porušení D1 ve t íd dopravního zatížení VI a pro D2.

7.1.3

Použití modul p etvárnosti p i návrhu opravy

Návrh opravy na základ m ení statickou deskou se skute n v minulosti používal. V sou asnosti se použije maximáln na drobných akcích p i opravách a rekonstrukcích. Pokud se rozhoduje o rekonstrukci a zjistí se, že stávající vrstvy mají vhodné složení a kvalitu vrstev a m ení stanovené moduly p etvárnosti spl ují charakteristiky z tab. 7.2, je možno s pomocí katalogu vozovek v TP 170 snadno a rychle navrhnout opravu vozovky.

- 43 (49) -


8 Cvi ení Cvi ení jsou zam ena na zacházení s programem LAYEPS pro výpo et p emíst ní lineárn pružného vrstevnatého poloprostoru a posouzení vozovky jak s návrhovými hodnotami, tak hodnotami odvozenými z m ení únosnosti. Zacházení s programem bude v t chto krocích: 1.

P i posuzování vozovek se používá program pro zodpov zení otázky, zda je vozovka navržena správn pro r zn se m nící tlouš ky vrstev vozovek nebo pro m nící se podloží. Používá se program typu III pro standardní materiály nebo IV pro materiály vrstev vybo ující z p edpokládaných vrstev (nižší moduly, nedokonalé spolup sobení nad sebou ležících vrstev).

2.

Typ výpo tu I slouží k výpo tu pr hybové áry povrchu vozovky. Pro zatížení se zadají charakteristiky kruhové zat žovací desky a dotykový tlak na desce. Rázová za ízení mají desku o polom ru 150 mm. Zadají se vrstvy svou tlouš kou a p edb žnými charakteristikami vrstev (obvykle odpovídající návrhovým charakteristikám, v p íkladech je uvedena nápov da). Podloží se zadá tlouš kou poslední vrstvy odpovídající hloubce do 3 m poloprostoru. Podloží se zadá nedeformovatelné odpovídající modulu 10 000 MPa a Poissonovým íslem 0,21. Poznámka: Toto opat ení modeluje fakt, že pr hyb se do poloprostoru ší í rychlostí odpovídající modulu pružnosti a v podloží se ší í rychlostí 90 m/s až 120 m/s. Je-li doba zatížení (doba pr b hu silového pulzu) 0,025 s, povrch vozovky m že zachytit stla ení poloprostoru po dobu zatížení a to je nejvýše 3 m. Výpo et poloprostoru je statický a nedokáže modelovat dynamické procesy.

3.

Za t chto podmínek program v zadaných bodech od st edu zat žovací plochy vypo te pr hyb povrchu vozovky (na vrstv 1). Tento se porovná s m eným pr hybem na m ených bodech s uvedenou vzdáleností od st edu desky. Pokud se vypo tený pr hyb ve vzdálenosti od st edu 1,2 m až 1,5 m liší od nam eného, upravují se vlastnosti podloží tak dlouho, až se tyto vypo tené a nam ené pr hyby shodují (moduly s p esností na 10 MPa). Následn se postupuje tak, že se vykrývají body m ené áry moduly podkladních vrstev a naposledy krytu.

4.

Získané moduly jednotlivých vrstev se zadají do výpo tu IV. Zadá se také po et o ekávaných p ejezd t žkých nákladních vozidel. Výsledkem výpo tu jsou stanovená relativní porušení asfaltových vrstev a podloží.

5.

Pokud jsou ob relativní porušení nižší než 1,0 vozovka je dob e dimenzovaná, p i menších hodnotách než 0,5 je p edimenzovaná (pokud je nízké íslo u asfaltových sm sí, pak jsou tlusté asfaltové vrstvy, pokud podloží, pak podkladní vrstvy). Zbytková životnost se stanoví tak, že návrhové období se d lí vyšší hodnotou vypo ítaného relativního porušení.

6.

Pokud jsou relativní porušení vyšší než 1,0 je t eba p idat vrstvu zesílení na povrch poloprostoru, minimální tlouš ky vrstev uvažujte 50 mm. Pokud vyjde sou initel nižší než 1,00, je návrh zesílení ukon en a využívá se jako podklad pro návrh opravy. - 44 (49) -

Funkce pozemních komunikací 7.

Ve výpo tech je jistá nelogi nost zadávání vozovky s podložím, která vyplývá pouze ze cvi ení. V první kontrole se zadává podloží bez zlepšovací vrstvy, tj. bez informace, že podloží se zlepšovalo, je to cvi ný výpo et pro analýzu citlivosti výpo t na návrh vozovky). V druhém p ípad se zadává podloží v etn informace o násypu nebo zlepšení podloží a pak se itera ními výpo ty stanoví moduly t chto vrstev. Zlepšení podloží u p íkladu 2 se spojuje s ochrannou vrstvou, je to stejný materiál.

8.

Jsou zadány dva p íklady výpo tu s použitím programu LAYEPS.

8.1 P íklad 1 Na málo únosné zemin v podloží násypu byl z ízen násyp z vhodných materiál o výšce 0,5 až 1,5 m. Na dob e zhutn né podloží vozovky byla položena vrstva št rkopísku zrnitosti 0/8 s kulatými a hladkými zrny t ženými z vody (nízký obsah jemných zrn, žádný obsah prachovitých a jílových zrn, lze ozna it jako plážový písek), tlouš ka 200 mm. Na tuto vrstvu byla s obtížemi (auta vyjížd la hluboké koleje) položena vrstva št rku 32/63 s v tším obsahem plochých zrn, místy s vyšším obsahem podsítného s tím, že se uvažovalo prosypávání frakcí 8/16 a 0/4 (s provedením vibrovaného št rku), tlouš ka 200 mm. Toto se neda ilo, drobn jší zrna kameniva se nevsypávala do št rku, z stávala na povrchu. Tato vrstva i p i obtížném provedení byla p ekryta obalovaným kamenivem (OK 100 mm). Jelikož nebyly spln ny požadavky pro p evzetí vrstev (nebyla provedena zkouška statickou zat žovací deskou) a bylo podez ení, že vrstvy se budou dohut ovat, št rkopísek bude vstupovat do mezer ve št rku a podkladní vrstvy nesplní požadavky únosnosti, bylo na vrstv OK provedeno m ení únosnosti rázovým zatížením. Byly nam eny tyto vybrané charakteristiky rázového zat žování na v té dob dobudované vozovce (viz výše) p i teplot 30°C zastupující celkem 52 m ení zat žovací deskou o pr m ru 300 mm, pr hyb v m v uvedených vzdálenostech od st edu zat žovací plochy byl nam en, jak následuje: Stani ení

tlak (kPa) Násyp (m)

y0

y200

y300

y600

y900

y1200

1359

721

1,5

777

574

408

137

80

65

1380

735

1,5

842

638

461

166

74

55

1860

699

0,5

649

491

373

162

93

71

1900

693

0,5

1 179 920

690

295

145

97

1919

679

0,5

1 339 1 041 798

343

158

101

2160

749

0,5

193

114

83

732

562

430

Postupujte v t chto krocích: 1. Stanovte návrhy vozovky pro návrhovou úrove porušení D0, dopravní zatížení v roce 1995 TNV =1248, návrhové období 20 let, koeficient r stu dopravy 1%. Silnice dvoupruhová, C2=1,00, C3=0,7, C4 = 1,0 pro podloží o únosnosti 50, 80, 120 MPa a podkladní vrstvy jak jsou uvedeny (ŠP 200 mm, ŠD 200 mm) a dopo ítejte pot ebné vrstvy asfaltových sm sí pro spl-

- 45 (49) -


n ní požadavk zatížení a podloží. Porovnejte výsledky vlivu podloží na celkový návrh vozovky. 2.

Pokuste se stanovit pružnosti vrstev odpovídající nam ené pr hybové á e, tj. stanoví se, co bylo realizováno, s jakými charakteristikami.

3.

Stanovte pot ebnou tlouš ku asfaltových vrstev vozovky v p ípad , že do modelu vozovky dosadíte vypo tené moduly podloží, násypu a podkladních vrstev namísto návrhových modul . Modul pružnosti OK zvyšte s ohledem na vysokou teplotu vrstvy p i m ení (30 °C, návrhová teplota je 15 °C) na dvojnásobek. Vozovka musí mít stejnou životnost a zvýšení doby životnosti díky sníženým modul m spodních vrstev se dosáhne zvýšenou tlouš kou asfaltových vrstev.

4.

Stanovené tlouš ky vozovek na jednotlivých nam ených bodech vzájemn porovnejte a komentujte.

Nápov da: Modul pružnosti OK 100 = 2500 až 3000 MPa, vibrovaného št rku 35 až 150 MPa p i návrhové hodnot 400 MPa, št rkopísku 40 až 120 MPa, násyp 120 až 200 MPa a podloží násypu 55 až 100 MPa. Využijte pro zápis jednotlivých krok výpo tu p iloženou tab. 8.1.

8.2 P íklad 2 Vozovka na stavb Pražská radiála v Brn po necelých 5ti letech užívání vykázala velmi vážná porušení – v jízdní stop se po aly vyvíjet trhliny a trvalé deformace (s trhlinami i bez trhlin) jako vyjetá kolej. První up es ující informace je složení vozovky. Obrusná vrstva je AKM I 40 mm s modifikovaným asfaltem, ložní vrstva je ABH 50 mm s modifikovaným asfaltem, podkladní vrstva OKVH 100 mm. Spodní podklad tvo í kamenivo prolévané cementopopílkovou suspenzí KAPS I 230 mm a ochranná vrstva je ze št rkopísku v tl. 200 mm. Zlepšené podloží je ze št rku s p ím sí jemnozrnné zeminy 300 mm. Podloží je r zné, od skály v tunelové rou e až po plastický jíl. Dopravní zatížení je podle s ítání vozidel v roce 2000 vyjád eno 1719 TNV, meziro ní nár st dopravy se p edpokládá 2%. Silnice ty pruhová, C1= 0,45, C2=1,00, C3=0,7, C4 = 2,0 1.

Stanovte dobu životnosti vozovky v p ípad dodržení parametr vrstev vozovky na podloží o modulu pružnosti 50, 80, 120, 180, 800 MPa. Následn optimalizujte návrh vozovky tak, že snižujete nebo zvyšujete tlouš ky asfaltových vrstev (KAPS I 230, ŠP 200 z stávají a zlepšené podloží zanedbejte). Stanovené doby životnosti a návrhy vozovek se v jednotlivých návrzích budou lišit a pomohou Vám se orientovat v p í in porušení (analýza citlivosti).

2.

Pokuste se stanovit moduly pružnosti vrstev v p ípad níže uvedených nam ených pr hybových ár získaných rázovým zatížením. P i výpo tu programem LAYEPS modelujte dokonalé spojení vrstev u vyšších pr hyb i nedokonalé spojení vložením ísla 1,0. Zejména se v nujte posledním

- 46 (49) -


bod m. Po adnice pr hybu v jednotlivých vzdálenostech od st edu zat žovací plochy jsou v m: Stani ení Teplota

tlak (kPa)

y0

y210

y300

y600

y900

y1200 y1500 y1800 y2100

0

22

740

232

174

162

127

101

80

64

53

44

247

25

723

424

234

190

100

59

38

25

18

12

650

22

935

132

58

50

34

22

12

6

4

3

1067

24

776

637

432

360

173

108

79

61

46

40

967s

25

751

291

192

172

106

59

35

22

17

16

967o 25 738 440 298 258 137 s – m eno ve stop vozidel pravého pruhu, o - m eno v nepojížd ném odstavném pruhu

69

38

24

20

20

3.

Uve te o jaké místo vozovky se jedná, na jakém je podloží, v jakém stavu jsou jednotlivé vrstvy vozovky, p edpokládáte prokluz mezi vrstvami OK a KAPS?

Nápov da: Modul pružnosti: asfaltových vrstev 2500 až 3000 MPa, KAPS 200 MPa až 3000 MPa p i návrhové hodnot 1200 MPa, št rkopísku a zlepšeného podloží 100 až 300 MPa a podloží 90 MPa až 3000 MPa. Využijte pro zápis jednotlivých krok výpo tu p iloženou tab. 8.1. Vyhodnocení této diagnostiky je v M 07 v p íloze.

9 Záv r Text rozebral veškerou problematiku m ení únosnosti vozovek, stanovení zbytkové doby životnosti a návrhu zesílení vozovek s použitím všech dostupných za ízení. Je upozorn no na asté chyby p i návrhu a realizaci opravy. K textu je p i azena i ást týkající se použití malých rázových zat žovacích zkoušek a statické zat žovací zkoušky pro pozemní komunikace.

10 Použitá literatura Kudrna J. a kol.: TP MD R 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací, VUT FAST 2004, s. 106. Kudrna J. a kol.: TP MD R 82 Katalog poruch, VUT FAST, 1996, s. 106. Kudrna J. a kol.: TP MD R 87 Návrh údržby a oprav, VUT FAST, 1996, s. 174 a návrh 2007, s. 60.

- 47 (49) -

48

Tab . 8.1 - Výpo et modul pružnosti vrstev vozovky z pr hybové áry nam ené zkouškou tlumeným rázem Staniení

Moduly pružnosti vrstev a jejich tlouš ka, MPa/mm E1/h

E2/h

P íklad 5000/200 600/200

E3/h 150/200

E4/h 80/2400

- 48 (49) -

Ep/h 10000/∝

Dotyk. tlak kPa 700

Pr hyb v uvedené vzdálenosti od st edu zatížení, 10-3 mm/mm 0

200

300

600

900

1270

274

234

211

155

112

79

1500

1800

2100

Záv r

- 49 (49) -

DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK

Recommend Documents