STAVBA POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ. (příprava přednášek)

STAVBA POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ (příprava přednášek)

5 5.1

STAVBA POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ Zemní práce

Zemní práce představují v dopravních stavbách, tedy i ve stavbách pozemních komunikací, značný podíl z celkového objemu prací. Zemní práce se týkají hornin různých vlastností a v různých podmínkách uložení. V zemních pracích se uplatní také jiné materiály jako jsou pojiva, geosyntetika a objekty. Zemními pracemi se vytváří zemní objekty a pro jejich provedení se užívá výkonná a specializovaná i menší a víceúčelová mechanizace. 5.1.1 Vlastnosti hornin Nejdůležitější vlastnosti hornin z hlediska zemních prací a zemních objektů jsou těžitelnost, zhutnitelnost, využitelnost při stavbě a schopnost plnit funkce v daném nebo pod daným objektem. Vlastnostmi hornin se zabývají předměty Inženýrská geologie, Mechanika zemin a Zakládání staveb. V souvislosti s tím jen připomeňme základní rozdělení hornin a některé jejich vlastnosti. Horniny se dělí na: • horniny pevné (skalní a poloskalní), • zeminy. Horniny pevné se vyskytují v horninových masivech v přírodním stavu, jejichž celistvost je porušena diskontinuitami (plochami vrstevnatosti, puklinami, zlomovými plochami apod.). Skalní horniny rozrušené těžbou se označují jako kamenitá sypanina. Zeminy jsou nezpevněné nebo slabě zpevněné horniny mající zrnitostní složení (podíly složek definované velikostí částic se uvádějí v procentech hmotnosti suché zeminy). Podle velikosti částic se rozlišují složky: • Velmi hrubé částice - balvanitá složka (-b-) > 200 mm - kamenitá složka (-cb-) 200 až 60 mm • Hrubé částice - štěrková složka (-g-) 60 až 2 mm - písčitá složka (-s-) 2 až 0,06 mm • Jemné částice (-f-) - prachovitá složka (-m-) 0,06 až 0,002 mm - jílová složka (-c-) < 0,002 mm Zeminy obvykle obsahují zastoupení více složek a zatřídění zemin se provádí podle trojúhelníkového diagramu uvedeného v obr.5-1. Zeminy neobsahující jemné částice jsou sypké a nazývají se nesoudržné zeminy. Naopak všechny zeminy s podílem jemných částic, který zamezí vzájemnému dotyku písčitých a štěrkovitých zrn, se označují jako soudržné zeminy. Obsah zrn podle jejich velikosti vyjadřuje zrnitost. Velikost zrna odpovídá velikosti čtvercového otvoru kontrolního síta, kterým zrno projde. Velikost menších zrn, která nelze měřit otvory sít se stanovuje hustoměrnou metodou založenou na postupném usazování zrn v závislosti na jejich velikosti. Zastoupení jednotlivých zrn v zemině vyjadřuje čára zrnitosti. Tuto čáru dokumentuje obr.5-4. Důležitou vlastností je vlhkost zeminy jako obsah vody v procentech suché zeminy. Důležité vlhkosti jsou znázorněny na obr.5-2.

1

Obr. 5-1 Klasifikační diagram zemin s částicemi < 60 mm

tuhá konzistence

polotuhá konzistence wS

plastická konzistence wopt

wp

tekutá konzistence wL

IP Obr. 5-2 Znázornění stavu zeminy a mezí vlhkosti ws – mez smršťování, wopt – optimální vlhkost, wp – mez plasticity, wL – mez tekutosti, Ip – index plasticity Vlhkosti na mezi tekutosti a plasticity, tzv. meze konzistence, jejichž rozdíl udává index plasticity, rovněž přispívají ke klasifikaci zemin a předpovědi jejich chování. Vlhkost přirozená je důležitá pro předpovězení zhutnitelnosti. Užívá se zkoušky zhutnitelnosti podle metody Proctor - standard nebo Proctor modifikovaný, druhá metoda odpovídá stavbám s vysokým zatížením jako jsou letiště. Tato laboratorní zkouška odvozená z praktických pozorování chování zemin v dopravních stavbách stanovuje objemovou hmotnost dané zeminy, která zaručí její objemovou stálost. Zároveň stanovuje vlhkost, při níž lze tuto objemovou hmotnost dosáhnout. Přesně stanovenou zhutňovací energií dosahovanou počtem úderů pěchu ze stanovené výšky se postupně po vrstvách hutní vzorky do válcové formy. Sada vzorků lišících se vlhkostí umožní vynést dosaženou suchou objemovou hmotnost zeminy v závislosti na vlhkosti a v místě maximální hodnoty se nachází maximální objemová hmotnost a optimální vlhkost, viz obr. 5-3. Při nižší přirozené vlhkosti zeminy je třeba zvýšit zhutňovací práci nebo zeminu navlhčit. Při vyšší vlhkosti již vzduch obsažený mezi zrny nevytváří spojitou fázi a nelze jej zhutňováním vypudit (jen snížením mezer vyplněných vzduchem se zvyšuje objemová hmotnost), vzduch je v pórech uzavřen, přejezdem zhutňovacího prostředku nebo zatížením vozidlem se vzduch snadno stlačí, ale po 2

odjezdu zatížení se vzduch vrátí do původního objemu. Říká se, že zemina „péruje“. Tento stav je z hlediska zemních prací velmi nepříjemný, zeminu je třeba odstranit, nahradit vhodnější, nebo ji stabilizovat nehašeným vápnem, které váže na svou reakci přebytečnou vlhkost a zeminu zpevní.

11,5

11

10,5

10

9,5

9

8,5

8

7,5

7

6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

optimální vlhkost

m a x .o b je m o v á h m o tn o s t

3

objemová hmotnost (g/cm3)

P r o c t o r -S ta n d a r d 2,07 2,06 2,05 2,04 2,03 2,02 2,01 2 1,99 1,98 1,97 1,96

v lh k o s t (% )

Obr. 5-3 Vyhodnocení zkoušky zhutnitelnosti Proctor-standard

V zemních pracích je pak požadována míra zhutnění jako poměr dosažené objemové hmotnosti k maximální objemové hmotnosti. Požadovaná míra zhutnění je odlišná v závislosti na vlivu účinků zatížení a při provádění zemních prací se důsledně kontroluje; jakékoliv zanedbání zhutnění má za následek nerovnosti na povrchu dopravní stavby. Namrzavost je schopnost zemin při postupném promrzání vytvářet ledové vrstvičky a čočky. O tloušťku těchto vrstviček a čoček se zvyšuje tloušťka promrznuté zeminy. Namrzavost je vlastností zemin obsahujících jemné částice a kritéria jsou znázorněna v obr.54. Ve sporných případech nebo u zemin zlepšených nebo stabilizovaných se používá měření vzorku v laboratorním zařízení modelujícím promrzání s přímým měřením mrazového zdvihu

vzorku. Obr. 5-4 Čáry zrnitosti zemin charakterizující stupeň jejich namrzavosti

Charakteristikou chování zeminy v dopravní stavbě z hlediska zatížení je únosnost stanovená zkouškou únosnosti CBR (California Bearing Ratio). Podstata zkoušky spočívá ve 3

zhutnění vzorku na maximální objemovou hmotnost zeminy při návrhové vlhkosti (o 1 až 3% vyšší než je optimální vlhkost) a zatlačování trnu o ploše 20 cm2 do povrchu tohoto vzorku. Z pracovního diagramu záznamu síly v závislosti na zatlačení trnu se pak postupem výpočtu podle normy stanoví hodnota CBR vyjádřená v procentech. Existují dvě měření: při návrhové vlhkosti a při saturaci vzorku po jedno až čtyřdenním uložení vzorku ve vodě. Horniny pro účely jejich rozpojování nebo těžení se zatřiďují do 7 tříd, nazýváme je třídy těžitelnosti. Pro jejich označení se s výhodou používají charakteristiky způsobu rozpojování: 1. třída – sypké horniny, je možné je nabírat lopatou a nakladačem, 2. třída – rypné horniny, lze je rozpojovat rýčem a nakladačem, 3. třída – kopné horniny, rozpojují se krumpáčem a rypadlem, 4. třída – drobivé pevné horniny rozpojitelné klíny a rypadlem, 5. třída – lehce trhatelné pevné horniny rozpojitelné rozrývačem, těžkým rypadlem (40 t) a trhavinami, 6. třída – pevné horniny těžce trhatelné rozpojitelné těžkým rozrývačem nebo trhavinami, 7. třída – pevné horniny velmi těžko trhatelné rozpojitelné trhavinami. Zatřiďování hornin také ovlivňují osamělé kameny s objemem nad 0,1 m3, větší cizí tělesa jako jsou kmeny a podzemní konstrukce (piloty, základy apod.). Těžitelnost zhoršuje také lepivost zemin, vlhké jemnozrnné zeminy se nalepují na pracovní nástroje a dopravní prostředky, což snižuje pracovní výkon (ztráty objemu pracovních nástrojů a dopravních prostředků a ztráty času při odstraňování nalepené zeminy). Z hlediska použití zemin v dopravních stavbách se zeminy člení do 4 skupin podle jejich vhodnosti do násypu a do 10 skupin podle jejich vhodnosti do podloží vozovky (do horní vrstvy násypu pod konstrukci dopravní stavby). Začlenění zeminy do příslušné skupiny závisí na těchto vlastnostech: • granulometrické složení a vlastnosti složek (např. přítomnost organických látek), • základní fyzikální vlastnosti, a to zejména vlhkost, mez tekutosti a plasticity, objemová hmotnost, pórovitost apod., • technické vlastnosti jako je únosnost a zhutnitelnost, • stupeň namrzavosti. Za málo vhodné a nevhodné se považují zeminy s vysokým obsahem jemných částic, jejich vlastnosti závisí na vlhkosti. Nevhodné jsou jíly. Málo vhodné a nevhodné zeminy se použijí za předpokladu odpovídajících opatření: • úprava (zlepšení) vlastností zeminy, • vyztužení násypu geotextiliemi, případně jinými výztužnými prvky, zabudování zeminy do vrstevnatého násypu sendvičového typu, • úpravami, zpevněním a zabezpečením svahů, kterými musí být zabezpečena stabilita zemního tělesa po dokončení i ve všech stadiích výstavby. Pro určení vhodnosti nebo nevhodnosti zeminy je nutno také uvážit ulehlost a konzistenci zeminy v původním stavu, hladinu podzemní vody, možnost vzlínání, reliéf území a jeho polohu, možnost odvedení povrchové vody apod. Zeminy se zlepšují mechanicky nebo příměsí pojiva. Mechanicky zlepšené zeminy se provádí míšením zeminy s jinou granulometricky odlišnou zeminou. Úpravou se dosáhne příznivějšího zatřídění podle vhodnosti do násypů a podloží vozovky, lepší zhutnitelnosti a lepších mechanických vlastností zlepšené zeminy. Zlepšením zeminy příměsí pojiva se zlepší zhutnitelnost snížením její vlhkosti, zvýší se únosnost, sníží se nepříznivý vliv vlhkosti a sníží se namrzavost.

4

5.1.2 Geosyntetika Geosyntetika je souhrnný název pro geotextílie a další geosyntetické materiály určené pro zabudování do zemních těles a jim podobných konstrukcí: • Geotextilie jsou propustné plošné textilie převážně z polymerních vláken a jsou tkané, netkané nebo pletené. • Geomembrány jako plošné nepropustné fólie z polymerů tloušťky cca 0,475 mm až 2,5 mm. • Geomříž je výrobek z geomembrány, vyrábí se jejím pravidelným proděravěním a následným protažením v jednom nebo obou směrech. • Geosíť je plošný výrobek z polymerů vyráběný ukládáním vláken, příze nebo pásků přes sebe v předurčené vzdálenosti s následným spojením tepelným, chemickým nebo mechanickým způsobem. • Geokompozitum je výrobek složený z více komponent, z nichž alespoň jedna je geosyntetikum. • Geobuňky a geomatrace jako sešité geotextílie určené pro zvláštní použití, např. po naplnění betonem k ochraně svahů. Geosyntetika jsou převážně vyráběna z termoplastických materiálů jako je polyester, polypropylén a polyetylén, polyvinylchlorid a polyamid. Všechna geosyntetika se označují plošnou hmotností v g.m-2, tloušťkou, filtračním součinitelem v rovině a kolmo na rovinu geosyntetika, tahovou pevností a protažením při tahové pevnosti. Geosyntetika k vyztužení zemních objektů musí mít také charakteristiku vyjadřující časově závislé přetvoření při konstantním zatížení (creep), smykový odpor na kontaktu geosyntetikum-zemina a mechanickou odolnost proti proražení. Požadovanou vlastností může být také odolnost proti působení organických kyselin, proti působení světla (ultrafialovému záření), povětrnostním vlivům apod. Geosyntetika jsou nový materiál v zemních pracích a jejich použití se rychle vyvíjí. Jejich užití lze rozdělit pro tyto funkce: • Filtrační - zajištění stability rozhraní dvou odlišných zemních vrstev zabráněním vyplavování z chráněné vrstvy do druhé vrstvy. • Separační a ochrannou - klasická separační - oddělení dvou materiálů různé zrnitosti např. jemnozrnného od hrubozrnného, - ochranná - např. ochrana izolace,- protierozní - ochrana svahů zemního tělesa. • Výztužná - vyztužení zemního tělesa (násypu) za účelem - zvýšení stability (únosnosti), - snížení nerovnoměrných a absolutních deformací. • Zvláštní - např. svislý drén k urychlení konsolidace zemin nasycených vodou v podloží násypu • Drenážní - odvedení vody z drénované zemní konstrukce

Obr. 5-5 Pokládání filtrační, separační nebo výztužné geotextílie

5

5.1.3 Materiály pro speciální zemní konstrukce V poslední době se rozšiřuje i použití vyztužovacích ocelových prvků opatřených antikorozní úpravou jako jsou ocelové mříže, rohože, sítě, pásy a tyče ke zpevnění a vyztužení svahů násypů a zářezů a také pletiva a sítě, do nichž se uzavírají kamenné rovnaniny k vytváření gabionů. Všechny tyto ocelové prvky zvyšují stabilitu svahů a zmenšují velikost zemních objektů. 5.1.4 Zemní práce a zemní objekty Mezi zemní práce patří rozpojování, přemisťování, sypání, zhutňování nebo zpevňování a jiné úpravy pevných hornin a zemin. Dvěma skupinami zemních prací se vytváří zemní objekty:

•

•

Vykopávkou (rozpojování horniny, odebírání výkopku a jeho uložení stranou nebo naložením na dopravní prostředek) se současným zřizováním svahů a dna s jejich případným urovnáváním, roubením a pažením se vytváří výkopy, odkopy, prokopávky a hloubené výkopy (jámy, hloubené výkopy, rýhy a šachty). Patří sem i vytváření zemníku při těžbě sypaniny. Sypáním, které zahrnuje přepravu sypaniny (výkopku získaného vykopávkami nebo těžením nebo sypaniny získané rubáním z dolů a tunelů, z průmyslových odpadů jako je struska, škvára, popílek, recyklovaná stavební suť apod.), její rozprostírání, zarovnávání do vrstev, zhutňování a případné úpravy povrchů, se vytváří násypy, zásypy, obsypy nebo jen výsypky s uložením sypanin. a)

b)

c)

Obr. 5-6 a) výkop, b) násyp, c) odřez

6

Zemní práce se vyznačují navazujícím procesem. Zemním pracím předchází geotechnický průzkum. Na zemní práce se váže řada doprovodných činností, bez nichž by nebylo možno zemní objekty realizovat a/nebo jejichž realizací by došlo ke škodám v jiných oblastech hospodářského a společenského života. 5.1.5 Geotechnický průzkum Geotechnický průzkum je neodmyslitelnou součástí všech úrovní projektové dokumentace staveb. Rozlišuje se geotechnický průzkum: a) podle druhu výstavby - pro novostavby, - pro rekonstrukce a opravy komunikací, b) podle předmětu šetření - průzkum trasy a jejího bezprostředního okolí, - průzkum materiálových nalezišť, - průzkum pro objekt c) podle etapovosti - průzkum jednoetapový, - průzkum víceetapový Víceetapový průzkum se provádí pro novostavby a každá etapa odpovídá jednotlivé fázi projektové dokumentace: • Pro studii dopravní stavby se provádí rešerše a orientační průzkum k posouzení území dotčeného navrhovanou stavbou z inženýrskogeologického a hydrogeologického hlediska. • Dokumentace pro stavební povolení vyžaduje předběžný průzkum s vyšetřením z inženýrsko-geologických a hydrogeologických poměrů a jejich geotechnickou interpretací (těžitelnost a vhodnost hornin, ovlivnění spodních vod apod.), s návrhem založení objektů a zásad pro podrobný průzkum, případně s doporučením ke změně trasy. • Dokumentace ke zpracování stavebního povolení vyžaduje podrobný průzkum s detailním komplexním hodnocením geomechanických vlastností hornin. • Dokumentace pro zadání stavby užívá doplňující průzkum, který je spíše podetapou podrobného průzkumu. • Další fáze dokumentace vázaná na realizaci a skutečné provedení stavby je zaměřena na sledování kvality výstavby. Jednotlivé etapy geotechnického průzkumu musí být provedeny v dostatečném předstihu před příslušným druhem dokumentace, pro který shrnuje a vytváří podklady. Geotechnické průzkumy užívají poznatky základního geologického výzkumu a všech dřívějších průzkumných prací, inženýrsko-geologického mapování a přímé studium zkoumaného území. Na daném území se uplatňují geofyzikální metody, sondy, zkušební metody mechanických vlastností hornin a laboratorní zkoušky pro zatřídění hornin a stanovení jejich vlastností jak z hlediska provádění zemních prací, tak navrhování zemních objektů se zajištěním jejich dlouhodobé spolehlivé funkce. Při provádění staveb se uplatňují polní a laboratorní metody sledování kvality zemních prací. Geotechnické průzkumy provádí specializované firmy. 5.1.6 Doprovodné činnosti zemních prací První činností před zahájením zemních prací je vytyčení objektu. Týká se vytyčení prostorové polohy stavebního objektu, hlavní osy a charakteristických bodů (příčných řezů), vnějších rozměrů a tvaru zemního objektu, vytyčení svahů výkopu a násypu. Vytváří se tak

7

síť bodů označených kolíky, lavičkami, výškovými značkami ve tvaru T a šikmými lavičkami. Tato síť bodů se doplňuje pomocnými body mimo zemní objekty. Pro bezproblémové provádění zemních prací se musí také vytyčit uložení podzemních vedení, jako jsou telekomunikační kabely, kabely silnoproudé rozvodné sítě, napájecí kabely městské hromadné dopravy, spojovací kabely k řízení dopravy, plynovody, horkovody, produktovody, vodovody a kanalizační sítě. V bezprostřední blízkosti těchto sítí je pak upraven způsob provádění vykopávek, obvykle je nutno sondami ověřit uložení sítí a do vzdálenosti do 1 m je povoleno provádět vykopávku strojně. Provádění dalších vykopávek se děje ručně způsobem odpovídajícím charakteru vedení. O způsobu, postupu prací a o bezpečnostních opatřeních musí být pracovníci před zahájením prokazatelně poučeni. Před zahájením prací je nutno zjistit stav objektů v blízkosti provádění zemních prací a zabezpečit je proti poškození a porušení. Týká se to zajištění bezpečnosti proti sesuvu a sedání objektů v blízkosti výkopu, ale také provedení opatření proti poškození menších objektů a stromů. V zastavěné oblasti je třeba staveniště oplotit nebo vyznačit pro zabránění vstupu na staveniště. Před zahájením prací je nutno věnovat pozornost zhoršení životního prostředí při provádění zemních prací. Staveniště se ohrazují pevným plotem a upravuje se doba provádění prací pro omezení vlivu hlučnosti, provádí se opatření pro snížení prašnosti apod. Při předpokladu nálezů povahy historické, archeologické, paleontologické či geologické a jiných důležitých nálezů veřejného zájmu a výskytu minerálních pramenů se obvykle práce přerušují pro zajištění nálezů a výskytů. Vykopávkami se snižuje hladina podzemní vody, což ovlivní výskyt vody ve studních a také při vyplavování jemných částic horniny může být narušena stabilita dotčeného území. 5.1.7 Přípravné práce Prvními pracemi na staveništi jsou bourací práce s odstraněním stávajících rušených objektů. Provádí se odstřelem, použitím mechanických a hydraulických kladiv nebo závaží, zemními stroji nebo ručně. Pokud jsou na staveništi inženýrské sítě, jejichž funkce má být zachována, musí být přeloženy (elektrické vedení, telekomunikační kabely, vodovody, kanalizace, meliorační systémy, produktovody apod.). Další práce se týkají odstranění porostu a sejmutí ornice. Stromy se odstraní těžením, malé stromky a keře shrnutím s jejich štěpkováním nebo spálením. Ornice se shrne, odstraní se větší kameny, kořeny a nevhodné předměty a uloží se na skládku tak, aby se neznehodnotila (na vhodném místě, výška skládky nesmí být vyšší než 2 m, sklony svahů 1:1,5 až 1:2). 5.1.8 Rozpojování Způsob rozpojování nebo těžby hornin závisí na jejich vlastnostech vyjádřených třídou těžitelnosti (viz kapitola 5.1.1). Při rozpojování jemnozrnných zemin je třeba vždy zajišťovat odtok vody jak zabráněním přítoku vody z přilehlého území, tak odtoku vody z míst rozpojování. Volba způsobu rozpojování a nejvhodnější sestava strojů pro zemní práce závisí na požadavcích výstavby. Obvykle rozhodují ekonomické důvody a dává se přednost takové sestavě strojů, která má nejnižší spotřebu práce, přímých nákladů, pohonných hmot, elektrické energie apod. V následujících schématech je znázorněna funkce jednotlivých strojů na rozpojování hornin. Stroje, jako jsou buldozer a rypadla, jsou universální stroje s velkými možnostmi použití. Skrejpr je stroj nejproduktivnější při dopravních stavbách, nejenže rozpojuje a nakládá zeminu, ale také obstará vodorovnou přepravu, rozprostírání vrstvy a částečně i hutnění. Nakladače se používají pro rozpojování zemin prvních dvou tříd, ale ve spojitosti 8

s buldozerem, který obstará rozpojení radlicí nebo u vyšších tříd těžitelnosti rozrývačem, je tato souprava strojů velmi výkonná. 5.1.9 Přemisťování U dopravních staveb se převážně jedná o vodorovné přemisťování a podle vzdálenosti přepravy se užívají: • Dozery, malé osazené na kolovém traktoru nebo grejdru na vzdálenost do 60 m, velké buldozery až 100 m, • Skrejpry na vzdálenosti od 100 do 2000 m, • Dampry do obtížných terénů, • Nákladní vozidla do vhodnějších terénů s upravovanými cestami nebo pro přemisťování po pozemních komunikacích.

Vzhledem na velké množství přepravovaného materiálu je nutno se věnovat efektivnosti přepravy. Na efektivnost přemisťování hornin má vliv vhodný výběr mechanického prostředku, vytváření a udržování staveništních cest. 5.1.10 Sypání a zhutňování Násypy, zásypy, obsypy se vytvářejí po vrstvách. Tloušťka vrstvy odpovídá možnosti tuto vrstvu zhutnit, což je závislé na vlastnostech sypaniny a na zhutňovacích prostředcích. Obvykle se tloušťky vrstev pohybují v rozmezí 0,2 až 1 m, menší tloušťky platí pro soudržné zeminy a větší pro nesoudržné sypaniny.

9

Obr. 5-7 Buldozer, skrejpr, nakladač a rypadla Převažujícím typem zemních prací je stavba násypů. Násyp se provádí ve shodě s vytyčenými směrovými prvky a vzorovým příčným řezem podle dokumentace stavby. Vrstvy se provádí na celou šířku a délku odpovídající dennímu výkonu strojů při rozhrnování a hutnění. Při provádění se musí staveniště chránit před škodlivým účinkem povrchových vod. Povrch musí být v příčném sklonu, rovný, po ukončení pracovní směny zhutněný.

Obr. 5-8 Nákladní auto a dampr

Podle druhu použitých technologických vrstev rozlišujeme násypy: • prosté - násyp je tvořen z nezlepšené zeminy, převážně stejnorodého charakteru, • vrstevnaté - násyp sendvičového charakteru vybudovaný obvykle pravidelným střídáním vrstev sypanin výrazně odlišných vlastností, rozlišuje se poddajná vrstva a ztužující vrstva, • vyztužené – ztužující vrstva je nahrazena výztužnou geosyntetikou. Podle druhu sypanin se rozlišují násypy, které mají některé zvláštnosti provádění:

10

z nezlepšené zeminy, kde se věnuje zvláštní pozornost spraším a sprašovitým hlínám a vátému písku, které se obtížně zpracovávají, • z kamenité sypaniny z tvrdých sklaních a měkkých skalních hornin, • z druhotných surovin, u nichž je nutno zjišťovat ovlivnění životního prostředí, a rozlišuje se popílek a/nebo popel (je nutno ochraňovat a vyztužovat), hlušiny rudných, nerudných a uhelných dolů (je nutno věnovat pozornost obsahu spalitelných látek a zabránění samovznícení v násypu), vysokopecní struska a recyklované materiály. Základní stroje pro provádění vrstev násypů jsou stroje na rozhrnování navážených sypanin jako jsou buldozery a grejdry a stroje na hutnění. Nejběžnějšími zhutňovacím prostředky jsou válce (statické, vibrační, pneumatikové, hladké, ježkové, mřížové), vibrační desky apod. Vhodnost a účinnost zhutňovacích prostředků a kontrola zhutňování se obvykle

•

ověřuje na zhutňovacím pokusu. Obr. 5-9 Grejdr a válec

5.1.11 Úpravy V zemních pracích je třeba zdůraznit úpravu podloží násypu, podloží vozovky a svahů zemních těles. Podloží násypu musí být připraveno násyp unést, podloží se bude pod jeho tíhou stláčet, ovlivňovat jeho stabilitu nebo jen musí zajistit provedení násypu. Násyp se staví delší dobu nebo se přitíží a k urychlení sedání zvodnělých podloží se provádí svislé drenážní trativody (pískové piloty a kompozitní geosyntetické pásky). Ke zvýšení stability se násyp vyztužuje výztužnými geotextiliemi. Horní vrstva podloží násypu musí být zhutněna na předepsanou míru zhutnění. Pokud je z nevhodných zemin a nelze ji zhutnit, pak se vyměňuje nebo zlepšuje. Horní vrstva zemního tělesa jako podloží vozovky musí být nejen z vhodných nebo zlepšených zemin, zhutněná na požadovanou míru zhutnění, ale povrch musí být rovný a u soudržných zemin odvodněný do odvodňovacích zařízení (povrchové nebo podpovrchové podélné drenáže, na přechodu ze zářezu do násypu je rovněž třeba zřídit příčnou drenáž). Svahy zemních těles musí být rovněž rovné a zhutněné s co nejrychlejším provedením ochrany před erozí vodou. Provádí se ohumusování zeminou uskladněnou z přípravných prací a osetím nebo se volí rychlejší a produktivnější metoda hydroosevem (na svahy se nastříká směs živin, posekané slámy, travních semen a ztužující emulze) a zejména na strmé svahy se použijí zatravňovací rohože a geosyntetika obsahující živiny a travní semena.

11

5.1.12 Objekty Silniční objekty jsou tunely, mosty (estakády, nadjezdy, podjezdy), propustky, opěrné a zárubní zdi a galerie. Jsou sice ekonomicky náročné, ale zejména v obtížných poměrech měst se jich stále více používá. Poloha silničních objektů se přizpůsobuje trase. Navrhování a provádění větších objektů spadá do speciálních oborů inženýrských staveb. Pouze malé objekty jako jsou propustky (délka přemostění je do 2 m) a zdi spadají do navrhování a provádění pozemních komunikací. Propustky slouží k odvedení vody (přemostění potoků, otevřených kanálů nebo jen k odvedení srážkové vody) přes násyp zemního tělesa. Úhel křížení propustku rozlišuje kolmé a šikmé propustky. Jednotlivé varianty propustků jsou na obr. 5-10. Kolmé propustky jsou sice kratší, ale při změně směru toku vody se mohou zanášet. Varianta c) v obr. 5-10 zavádí do užití kalovou jámu zpomalující rychlost toku, zejména dešťové vody. Podle nosné konstrukce se propustky rozlišují na deskové (deska na opěrách), rámové, kruhové a klenbové. Podle použitého stavebního materiálu jsou betonové, kamenné, z vlnitého plechu a také dřevěné. Každá nosná konstrukce je v čele zemního tělesa ukončena křídly. Důležitý je také návrh průtočného profilu propustku, propustek musí převést obvykle 100-letou vodu, ve volné trase u méně významných komunikací nižší. Propustky se obvykle navrhují podle vzorových technologických listů.

Obr. 5-10 Umístění propustků, a – kolmý, b – šikmý, c - kolmý s kalovou jámou

12

Obr. 5-11 Opěrná gravitační zeď

Obr. 5-12 Zárubní gravitační zeď

Opěrné zdi se provádí na zachycení paty nebo celého násypu. Uspořádání opěrné zdi je na obr. 5-11. Opěrné zdi se zakládají v nezámrzné hloubce, přičemž nepropustným materiálem se zamezuje pronikání vody k základu. Zadní líc zdi se zabezpečuje propustným materiálem a každých 5 až 10 m se ve zdi zřizuje odtoková trubka o průměru 100 mm. Navrhování opěrné zdi se provádí s ohledem na bezpečnost otočení, posunutí a porušení materiálu zatížením od vlastní hmotnosti zdi a zemním tlakem zvýšeným o účinky náhodného zatížení silničním provozem. Základní rozměry gravitačních opěrných zdí podle symboliky v obr. 5-11 jsou v tab. 5-1. Je však možno použít i jiné typy vyztužených opěrných zdí nebo vyztužených násypů. Zárubní zdi zabezpečují svahy výkopů proti sesuvu. Nižší náhodné zatížení a stabilita svahů umožňuje navrhnout gravitační zárubní zdi o menších rozměrech než zdi opěrné, což dokumentuje obr.5-12 a tab. 5-2. Tab. 5-1 Rozměry opěrných gravitačních zdí pro h [m]] H 1 2 3 4 5 6 7 8 [m]] K [m]] 1 0,60 0,65 0,75 0,85 0,95 1,10 1,25 1,40 2 0,60 0,70 0,80 0,95 1,05 1,20 1,35 1,55 4 0,60 0,70 0,85 1,00 1,15 1,35 1,55 1,75 6 0,60 0,75 0,90 1,05 1,25 1,45 1,65 1,85 8 0,60 0,80 1,00 1,15 1,35 1,55 1,75 1,95 10 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,65 1,85 2,05 12 0,60 0,80 1,00 1,25 1,45 1,70 1,95 2,15 16 0,60 0,80 1,05 1,30 1,55 1,80 2,05 2,30 20 0,60 0,85 1,10 1,35 1,60 1,85 2,10 2,40

13

9

10

12

14

16

20

1,55 1,75 1,95 2,05 2,20 2,30 2,40 2,55 2,65

1,75 1,95 2,15 2,25 2,45 2,55 2,65 2,75 2,90

2,10 2,35 2,50 2,70 2,85 3,00 3,15 3,25 3,40

2,45 2,70 2,90 3,10 3,25 3,45 3,60 3,75 3,90

2,80 3,05 3,30 3,50 3,70 3,90 4,10 4,25 4,45

3,55 3,85 4,10 4,35 4,60 4,80 5,00 5,25 5,50

Tab. 5-2 Rozměry zárubních gravitačních zdí pro h [m]] H 1 2 3 4 5 6 7 8 [m]] K [m]] 1 0,55 0,60 0,65 0,75 0,85 0,95 1,10 1,20 2 0,55 0,60 0,65 0,75 0,90 1,00 1,15 1,30 4 0,55 0,60 0,70 0,80 0,95 1,10 1,25 1,35 6 0,55 0,60 0,70 0,85 1,00 1,15 1,30 1,45 8 0,55 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 1,35 1,50 10 0,55 0,65 0,75 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 12 0,55 0,65 0,80 1,00 1,15 1,30 1,45 1,65 16 0,55 0,65 0,80 1,00 1,20 1,40 1,55 1,70 20 0,55 0,65 0,85 1,05 1,25 1,45 1,65 1,85

9

10

12

14

16

20

1,35 1,45 1,50 1,60 1,65 1,75 1,80 1,90 2,05

1,50 1,55 1,65 1,75 1,80 1,90 2,00 2,10 2,25

1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 2,35 2,45 2,60

2,05 2,15 2,25 2,15 2,45 2,55 2,65 2,80 3,00

2,35 2,45 2,55 2,65 2,75 2,85 2,95 1,15 3,35

2,95 3,05 3,15 3,25 3,40 3,50 3,60 3,85 4,15

Návrh zemního tělesa Při návrhu zemního tělesa se podle povahy řešeného problému uváží následující mezní stavy: • ztráta celkové stability nebo únosnosti, • porušení povrchovou erozí (vodní toky, dešťové srážky), • porušení vztlakem, vnitřní erozí nebo vymíláním (v inundačních územích), • deformace, které vedou k omezení použitelnosti zemního tělesa a které mohou způsobit poruchy přilehlých konstrukcí (vozovka, přechod na mostní objekt) a inženýrských sítí (kanalizace, drenáž a pod.). Posouzení návrhu se provádí výpočtem, použitím vzorových řešení, experimentálních modelů, pozorování objektu v průběhu stavby a užívání nebo jen odborným odhadem. Použití způsobu posouzení nebo jejich kombinace záleží na geotechnických poměrech a náročnosti stavby zemního tělesa. Jednoduché geotechnické poměry jsou v případě, není-li území členité, vlastnosti hornin se podstatně nemění, vrstvy podloží mají stálou mocnost a jsou uloženy přibližně vodorovně a hladina podzemní vody neovlivňuje návrh zemního tělesa. Stavba se považuje za nenáročnou, pokud výška násypu nebo hloubka zářezu je menší než 3 m a sklon původního terénu nepřesahuje 10%. Při splnění všech těchto charakteristik je možno provést návrh podle zkušeností bez provádění geotechnického průzkumu. Při jednoduchých geotechnických poměrech a při zemním tělese do 6 m výšky se mohou použít vzorová řešení. Tato řešení je možno použít tam, kde srovnatelná zkušenost (stávající zemní tělesa v okolí jsou dlouhodobě stabilní a bez poruch) činí navrhované výpočty zbytečnými. V těchto případech se navrhují svahy násypu odpovídající začlenění násypu do krajiny a svahy zářezů odpovídají druhu zeminy. Pro posuzování zemních těles se využívají jak geotechnické informace o geologii, hydrologii, hydrogeologii a historii staveniště, tak parametry hornin odvozené z polních a/nebo laboratorních zkoušek. Ve složitých poměrech a náročné stavbě se provádí zvláštní průzkumné práce, zhutňovací pokusy, pokusné stavby apod. 5.2

14

5.3

Stavební materiály pro stavbu dopravních staveb

5.3.1 Kamenivo Kamenivo je přírodní nebo umělý zrnitý materiál anorganického původu a jak ve stavebnictví, tak v dopravních stavbách, je základním stavebním materiálem. Kamenivo se rozděluje: a) Podle původu: - přírodní - těžené z přírodních ložisek nebo drcené z přírodního kamene, - umělé - průmyslově vyráběné procesem tepelného nebo jiného zpracování, - recyklované – zpracováním anorganického materiálu dříve použitého ve stavebních konstrukcích. b) Podle vzniku zrn: - drcené - získané drcením kusového kamene nebo jiných anorganických látek, v rozmezí 2 mm až 22 mm se nazývá drť, frakce 32-63 je označována jako štěrk, - těžené – vzniklé přirozeným rozpadem hornin a uložením zrn vodou nebo větrem, méně než 40% hmotnostního obsahu tvoří zrna s nejméně jednou lomovou plochou, - těžené předrcené - vzniklé předrcením těženého kameniva nad 2 mm s podílem zrn s nejméně jednou lomovou plochou větším než 40%. c) Podle velikosti zrn: - hrubé – velikosti 4 mm až 125 mm (zrna, která projdou sítem se čtvercovými oky 125 mm a zůstanou na sítě 4 mm.. - drobné – velikosti do 4 mm, - štěrkodrť – směs drobného a hrubého drceného kameniva omezená horním sítem (např. 0-8,0-16, 0-22 atd.), - štěrkopísek – směs drobného a hrubého přírodního těženého kameniva omezená horním kontrolním sítem, - kamenná moučka – přírodní kamenivo vzniklé mletím větších zrn nebo odsáváním kamenného prachu omezené horním sítem 2 mm s propadem sítem 0,09 mm nejméně 60%. Propad sítem 0,09 mm se v asfaltových směsích nazývá filler. d) Podle objemové hmotnosti: - pórovité - objemová hmotnost je menší než 2000 kg.m-3, - hutné - objemová hmotnost je větší než 2000 kg.m-3, toto kamenivo nachází uplatnění v dopravních stavbách. - těžké - objemová hmotnost je menší než 3000 kg.m-3 Kamenivo se třídí proséváním na sítech. Prosetá směs zrn různých velikostí v rozsahu dvou mezních sít, z nichž síto s menšími otvory zadržuje a síto s většímu otvory propouští zrna, tvoří frakci. Frakce kameniva se označuje dvěma čísly vyjadřujícími tyto otvory sít. Frakce jsou úzké v rozmezí dvou sousedních sít základní (poměr velikosti otvorů v řadě je 1:2) nebo doplňkové řady (poměr je přibližně 1:1,41), vznikají tak např. frakce 4-8, 8-16, 1122 nebo 8-11, 16-22 apod.). Široká frakce je frakce v rozmezí kontrolních sít se čtvercovými oky přesahující poměr 1:2, nebo frakce omezené jen kontrolním sítem s otvory většími než 1 mm, např. 2-6, 0-2 apod. Čára zrnitosti kameniva je součtová čára propadů kameniva na jednotlivých sítech základní, případně i doplňkové řady sít vyjádřená v procentech hmotnosti. Na rozdíl od zemin čára zrnitosti končí sítem velikosti 0,05 mm. Souhrn všech zrn frakce zadržených horním sítem vyjádřených procentem hmotnosti kameniva je nadsítné. Nadsítné ovšem musí propadnout v základní řadě vyšším sítem. Nadsítné vzniká v procesu třídění opotřebením nebo protržením sít. Všechna zrna vyjádřená v procentech hmotnosti propadající spodním sítem frakce tvoří podsítné. Podsítné vzniká při třídění většího množství kameniva než je výkon třídící linky, dochází k zahlcování sít. 15

Rozlišujeme vlastnosti kameniva: 1. Fyzikální, popisující velikosti, tvar, hutnost a nasákavost zrn: • frakce zrnitosti, čára zrnitosti a u štěrkopísku je čára zrnitosti charakterizována číslem nestejnozrnnosti (poměrem velikosti zrn odvozených z propadu 60% a 10%), • nadsítné, • podsítné, • tvar zrn - podíl plochých a protáhlých zrn (poměr nejmenšího rozměru k největšímu je 1:3) v procentech hmotnosti, • obsah cizorodých částic - procento hmotnosti jiných částic než zrn kameniva, • odplavitelné částice - obsah zrn v procentech hmotnosti kameniva, který promýváním projde sítem 005, zrna mohou pocházet i z jemnozrnných zemin, • nasákavost – procento hmotnosti vody vyplňující po uložení kameniva do vody póry v zrnech. 2. Mechanické • mrazuvzdornost – charakterizuje rozpadání zrn působením vlhkosti a mrazových cyklů, • trvanlivost – vyjadřuje rozpadavost působením rozpínavých účinků krystalizujícího síranu sodného v pórech kameniva, • otlukovost nebo drtitelnost v rázu vyjadřující odolnost proti rozdrcení zrn působením ocelových koulí v ocelovém válci nebo pro železnice působením rázů pomocí beranu, • ohladitelnost – odolnosti vůči vyhlazení povrchu působením korundového písku; je důležitá pro kamenivo na povrchu vozovek. S harmonizací evropských norem některá zde uvedená názvosloví nebo velikost sít doznají v krátké době změn. Například se rozlišují totálně drcená, drcená, oválná a totálně oválná zrna, za drobné (jemné) kamenivo se považuje kamenivo pod 2 mm a bez ohledu na původ bude se označovat písek, odplavitelné částice a filler jsou jednotně stanovovány na sítu 0,063 mm. Podle naměřených hodnot jednotlivých vlastností kameniva se jednotlivá kameniva, pocházející z různých hornin, zpracovávaná různými technologiemi a za různé technologické kázně, zatřiďují do tříd vyjadřujících jejich kvalitu. Nejvyšší třídy kameniva A, B nebo dokonce kameniva se zvýšenými technickými vlastnostmi, se pak používají v dopravních stavbách pro nejnáročnější účely, jako jsou kryty vozovek bezprostředně namáhané dopravou a klimatickými vlivy.

16

5.3.2 Hydraulická pojiva První použití hydraulických pojiv je dokumentováno na Krétě 3 500 let př.n.l. Kamenné desky na cestě ke svatyni byly uloženy do směsi vápna a hlíny. Hydraulická vlastnost pojiv je schopnost práškovitých látek po rozmíchání s vodou tuhnout na vzduchu nebo i ve vodě v trvale pevnou hmotu. Nyní se jako hydraulická pojiva používají: • Cementy – portlandské cementy struskové a vysokopecní, portlandské cementy a pro výstavbu cementobetonových krytů se používá velmi jemně mletý portlandský cement často označovaný jako silniční cement, • Vápna – vzdušná vápna kusová, mletá nebo vápenný hydrát, • Pomalu tuhnoucí pojiva – pojiva z vedlejších produktů jako jsou odprašky z rotačních pecí cementáren (pokud zachycený úlet z odprašovacích zařízení obsahuje více než 4% CaO), pojiva získaná mletím vysokopecní granulované strusky, vytvořením směsi cementu s popílkem nebo vápna (cementu) a popílku apod. Cementy se používají na výrobu betonů a pro zpevnění nebo stabilizování písčitých zemin a kameniv, vápna a pomalu tuhnoucí pojiva na stabilizování a zlepšení jemných soudržných zemin, do reakce při zlepšování vstupuje i jemná frakce (jíly) a stává se součástí pojiva. Ke tvrdnutí, zpevnění, stabilizování nebo zlepšení je zapotřebí vody. Tato se do směsí přidává nebo naopak použitím pojiv, zejména nehašeného vápna, pojivo váže vodu na chemickou reakci a zeminy jinak nezpracovatelné pro vysokou vlhkost se stanou využitelnými v zemních objektech. 5.3.3 Asfaltová pojiva Asfaltové materiály se v dopravních stavbách užívají od starověku. Na územích výskytu ropy se vyskytují snadno přístupné asfaltické písky, které vnikly tak, že těžko se odpařující látky z ropy vyplnily mezery mezi pískovými zrny. Po zahřátí tato směs písku a asfaltu je formovatelná do cihel, které se užívaly jako izolace proti vlhkosti nebo na zpevnění cest. Asfalt se také užíval na vyplnění spár mezi keramickými dlaždicemi zpevňujícími povrch silnice. Asfalt je viskózní pojivo a k viskózním pojivům přiřazujeme ještě dehty. Asfalty a dehty jsou také společně nazývány živičnými pojivy. K využití kamenouhelného dehtu ke zpevnění povrchu silnic dochází v první polovině 19. století, ale současné poznatky o karcinogenních účincích dehtu na člověka využití dehtu zakazují. Proto již lze o viskózních nebo živičných pojivech hovořit jen o asfaltu, který je ve většině jazyků nazýván bitumenem. Asfaltem je jak v běžném laickém jazyce, tak i v cizích jazycích, označována směs kameniva a pojiva, tedy u nás technicky správně asfaltová směs nebo asfaltová vrstva. K použití asfaltových směsí vyrobených současnými způsoby dochází již koncem 19. století. Asfalt je koloidní směs vysokomolekulárních uhlovodíků, je zde zastoupeno až kolem tisíce různých sloučenin. V zásadě se rozdělují na tekuté složky (oleje a pryskyřice nebo podle jiných označení maltény) a pevné částice – asfaltény. Tato směs se v zásadě vyznačuje viskozitou (tekutostí) v závislosti na teplotě, viz obr. 5-13. Asfalty se podle původu a vlastností dělí na: a) Přírodní získané těžením v přírodních nalezištích (Selenica v Albánii, Trinidad apod.), obvykle je to směs jemného kameniva (popelu) a asfaltu. b) Ropné získané destilací ropy jako zbytek destilace po získání benzinu, nafty a lehkých topných olejů. Asfalty nemusí být oddělovány a mohou být součástí těžkých topných olejů. Zvláštní skupinou jsou asfalty parafinické jako asfalty obsahující více než 4% parafinů (např. svíčka), které tají při teplotách mezi 25°C až 35°C. Tyto asfalty se dále 17

rozlišují na ropné asfalty • destilační jako asfalty získané přímo po destilaci vhodné pro použití, • polofoukané vyráběné z destilačních asfaltů umělým stárnutím za použití vzduchu (částečnou oxidací), • foukané (oxidační) vyráběné umělým stárnutím k získání vysoce viskózních asfaltů používaných v izolacích proti vodě a vlhkosti, • modifikované, kdy destilační nebo polofoukané asfalty jsou upravené přídavkem přísad zlepšujících jejich užití jak v asfaltových směsích, tak pro hydroizolace nebo zálivky. c) Ředěné asfalty, kde asfalty destilační a polofoukané jsou ředěny prchavými látkami (lakový benzin apod.) k získání řidší hmoty umožňující zpracování za běžných nebo mírně vyšších teplot. Z důvodů ekologických se ředěné asfalty nedoporučují používat. d) Asfaltové emulze jako stabilní směsi jemně mechanicky rozptýleného asfaltu ve vodě (podobně jako je mléko směs vody, tuku a jiných látek) za použití látek nazývaných emulgátory a stabilizátory, čímž je zajištěna řídkost umožňující zpracování při běžné teplotě bez zahřívání. Rozdělení asfaltů se děje na základě konvenčních zkoušek více méně charakterizujících viskozitu v závislosti na teplotě (viz obr. 5-13): • Penetrace. Definovaná jehla zatížená 100 g je po dobu 5 s vtlačována do povrchu asfaltu. Zatlačení v jednotkách 0,1 mm vyjadřuje hodnotu penetrace, standardizována je při teplotě 25°C. • Bod měknutí. Je to teplota, při níž asfalt změkne natolik, že ocelová kulička položená na vrstvě asfaltu o tloušťce 6,4 mm v kroužku (prstýnku) ji protáhne na délku 25 mm. • Teplota lámavosti. Je to teplota, při níž vrstva asfaltu o tloušťce 0,1 mm nanesená na ocelový plíšek je s ním současně ochlazována a namáhána intenzívním prohýbáním až vrstvička asfaltu praskne. • Duktilita. Vyjadřuje tažnost vzorku asfaltu ve tvaru osmičky. Pomalou rychlostí se asfalt při dané teplotě, standardně 25°C, vytahuje, až do tvaru vlákna. Délka, při níž se vlákno přetrhne je hodnota duktility v cm. U modifikovaných asfaltů se stanovuje vratná duktilita, měří se zpětné zkrácení vlákna po jeho přestřižení. • Penetrační index. Charakterizuje teplotní citlivost, je možné ho stanovit z hodnot penetrací při dvou odlišných teplotách nebo z hodnot penetrace a bodu měknutí. První čtyři vlastnosti jsou charakteristiky asfaltů uváděné ve všech normách nebo na všech dodávkách asfaltů a jsou východiskem pro předpoklad jejich vlastností z hlediska jejich použití. Penetrační index není běžná charakteristika, zejména pro modifikované asfalty. Teplotu zpracování jako teplotu míchání asfaltové směsi a teplotu hutnění musí pak výrobce uvést přímo. Stejně tak musí být uvedena teplota zpracování pro ředěné asfalty. Viskozita asfaltových emulzí se snižuje obsahem vody.

18

Obr. 5-13 Závislost viskozity a smluvních zkoušek asfaltů na teplotě

S – primární a polofoukané asfalty, W- parafinické, B - foukané nebo modifikované asfalty. Jsou vyznačeny také viskozity a jim odpovídající teploty požadované pro zpracování asfaltových směsí. Konstrukční vrstvy Vozovka je zpevněná část pozemní komunikace. Skládá se z vrstev vozovky, které se z hlediska jejich funkce rozdělují na vrstvy: • Krytové s rozdělením na vrstvu obrusnou, která tvoří povrch vozovky a je přímo ovlivňována účinky dopravy a klimatickými, a vrstvu ložní, která napomáhá funkci obrusné vrstvy a není nutnou u vozovek nižšího významu. • Podkladní, která má hlavní nosnou funkci vozovky spočívající v roznosu zatížení a omezení účinku zatížení na zemní těleso. Obvykle se rozděluje na horní a spodní podklad. • Ochrannou vrstvu, která má rovněž nosnou funkci, funkci přerušovací k zamezení pronikání vody do vozovky kapilárním vzlínáním, infiltrační k zamezení pronikání podložní zeminy do vrstvy ochranné a podkladních vrstev; přispívá k ochraně vozovky před účinky mrazu v podloží. Pokud plní i funkci drenážní (plošná drenáž) k odvedení vody pronikající vozovkou nebo z podloží či zemního tělesa, pak se taková vrstva nazývá podsyp. • Funkci vozovky výrazně ovlivňuje podloží vozovky jako horní část zemního tělesa, do níž pronikají účinky zatížení a účinky klimatické. Podloží se také nazývá aktivní zónou. Pokud aktivní zóna splňuje podmínky kladené na vrstvy vozovky, je snahou ji zahrnout do vrstev vozovek. Povrch podloží se nazývá pláň zemního tělesa. Umístění vrstev vozovky dokumentuje schéma na obr. 5-14. 5.4

19

5.4.1 Vlastnosti konstrukčních vrstev Vrstvy vozovky se rozdělují podle použitých materiálů, což dokumentuje tab. 5-3. Pro konstrukční vrstvy je podstatná jejich odezva na zatížení vyjádřená jejich reologickými vlastnostmi a způsobem porušování.

Obr. 5-14 Schéma konstrukce vozovky

Tab. 5-3 Rozdělení vrstev vozovky podle použitých materiálů a technologie výroby Konstrukční vrstvy vozovek Druh

prolévané

nestmelené

Pojivo

cement

Výroba

na místě

drcené/ těžené

v centru

na místě

Název vrstvy

MZ, VŠ

ŠD/ŠP

MZK

ŠCM, KAPS

stmelené hydraulická pojiva cement vápno*) na místě ZZv

v centru S VB, PB, KSC CB

asfalt viz tabulku 5-4

*) Jako vápno lze použít ostatní pomalu tuhnoucí hydraulická pojiva uvedená v kapitole 5.2.2 Vysvětlivky ke zkratkám: MZ – mechanicky zpevněná zemina, VŠ – vibrovaný štěrk, MZK – mechanicky zpevněné kamenivo (minerální beton), ŠD – štěrkodrť, ŠP – štěrkopísek, ŠCM – štěrk částečně vyplněný cementovou maltou, KAPS – kamenivo zpevněné popílkovou suspenzí, ZZv – zemina zlepšení vápnem, S – stabilizace zemin, KSC – kamenivo zpevněné cementem, VB – válcovaný beton, PB – podkladní beton, CB – cementobetonový kryt. Reologické vlastnosti charakterizují způsob přetváření látky pod zatížením v závislosti na čase a znázorňují se reologickými modely a diagramy (obr. 5-15). Za materiály pružné (elastické) lze v rozsahu běžného zatížení považovat vrstvy zpevněné cementem, tedy cementový beton, kamenivo stmelené cementem a stabilizace zemin cementem. Tyto vrstvy se přetvářejí prakticky přímo úměrně velikosti zatížení jako jejich reologický model – pružina (obr. 5-15a). Po odtížení zůstává jen zanedbatelná část deformace jako nevratná. Při překročení meze pevnosti se látky porušují trhlinou a v podmínce spolehlivosti při posuzování bude vystupovat návrhová pevnost v tahu nebo v tahu za ohybu. Jako materiály plastické, přesněji pružnoplastické se chovají nestmelená kameniva a nesoudržné zeminy. Až do jisté velikosti napětí se vrstvy z těchto materiálů přetvářejí jako pružné látky, ale překoná-li namáhání velikost vnitřního tření mezi zrny, materiál se přetváří, pokud působí zatížení (obr.5-15c). Taková mez kluzu se výrazně v konstrukci vozovek

20

nevyskytuje (týká se jen zvodnělých zemin, které nelze zabudovat ani do zemního tělesa), ale přesto při každém zatížení zůstane část přetvoření jako nevratná a kumulací nevratných přetvoření vznikají trvalé deformace.

Obr. 5-15 Reologické modely přetváření a reologické diagramy jako závislost napětí σ na přetváření ε

Vazké (viskózní) vlastnosti jsou charakteristické pro kapaliny. Ze silničních materiálů asfalt ve vrstvách stmelených asfaltem a voda v soudržných zeminách způsobují vazkopružné přetváření. Toto přetváření je výrazně závislé na charakteru zatížení, čím rychlejší je zatížení (kratší doba působení zatížení), tím méně se vrstvy přetvářejí (obr. 5-15b). Při dlouhodobém zatížení (obr. 5-15d) zůstává po odtížení část deformace jako trvalá. Porušení takové vrstvy bude charakterizováno trvalou deformací. Asfaltové vrstvy mají výraznou závislost vazkých vlastností na teplotě. Při teplotách pod - 10°C až 0°C (podle druhu a obsahu asfaltu) se směsi přetváří převážně pružně a porušení charakterizuje síť trhlin. Od teploty 30°C až 40°C se trhliny nevytvářejí a dochází k rychlejšímu nárůstu trvalých deformací. Při namáhání, které překročí vnitřní tření kameniva, se asfaltová směs trvale přetváří nade všechny meze (naprosto technologicky vadná směs). Podle reologických vlastností se pak krátce vozovky s cementobetonovým krytem nazývají vozovky tuhé, jsou pružné a porušují se trhlinami. Pokud jsou cementem stmelené vrstvy překryty asfaltovými vrstvami, pak se vozovky nazývají polotuhé a mají porušování obojí, vznikají jak trhliny v důsledku pružného přetváření a tepelného namáhání cementem stmelených vrstev, tak trvalé deformace v asfaltových vrstvách. Vozovky s asfaltovými, nestmelenými, prolévanými vrstvami i vozovky s krytem z dlažby a tvárnic jsou souhrnně netuhé, porušují se trvalou deformací jak asfaltových vrstev, tak celé vozovky, tak trhlinami v případě chladného počasí. 5.4.2 Nestmelené vrstvy Nestmelené vrstvy se vyznačují zrnitou skladbou materiálu, jehož vlastnosti ve vozovce záleží jen na vnitřním tření zrn kameniva. Není zajištěno žádné stmelení, žádné kohezivní vlastnosti. Pouze pro mechanicky zpevněnou zeminu (MZ) je materiál získán těžením ze zemníku, pro ostatní nestmelené vrstvy se používá kamenivo získané od výrobce kameniva. 21

Pro MZ se těží vhodné zeminy vyhovující předepsané čáře zrnitosti nebo se vhodné zeminy míchají tak, aby požadovaná čára zrnitosti byla splněna. MZ je v zásadě zrnitosti 032, přičemž se připouští propad na sítě 0,063 až 12%, jen v nepříznivých poměrech vodního režimu (viz kapitola 5.5.4) se požaduje průběh čáry v rozsahu nenamrzavé zeminy (viz obr. 54). Vibrovaný štěrk (VŠ) je kamenivo frakce 32-63 (štěrk), rozprostřené do vrstvy a do jeho mezer se vibrováním vpravuje kamenivo nižších frakcí (nejprve 8-16 a pak 0-4). Tímto postupem se na vozovce vytváří vrstva, v níž jsou minimalizovány mezery mezi zrny kameniva, zvyšuje se tak vnitřní tření mezi zrny a tím i mechanické vlastnosti vrstvy. Pokud se již kamenivo vyrobí se zastoupením všech velikostí zrn v plynulé čáře zrnitosti, štěrkodrť (ŠD) 0-D, pak stejného dokonalého uložení se dosáhne pouze zhutněním vrstvy bez jiných pracných operací. Materiálem pro mechanicky zpevněné kamenivo (MZK) je kamenivo nejméně dvou frakcí, které se v míchačce smíchá za přidání optimálního množství vody pro zamezení segregace zrn a usnadnění zhutnění. Na zhotovení vrstev z nestmeleného kameniva jsou zapotřebí dopravní prostředky, na rozhrnutí a zarovnání nejlépe grejdr a na zhutnění válce, ve většině případů vibrační. Je možno používat i vysokovýkonných pokladačů s přesným elektronickým naváděním směru a výšky pokládané vrstvy. Podobné zařízení je možno nasadit po zhutnění vrstvy, které vrstvu seřízne do požadované výšky. K provedení MZK je navíc třeba jednoduché míchací zařízení. 5.4.3 Prolévané vrstvy Prolévané vrstvy uvedené v tabulce 5.3 jako ŠCM a KAPS jsou vrstvy kameniva 3263 provedené stejně jako VŠ jen s tím rozdílem, že namísto zavibrovávání méně hrubého a drobného kameniva se do vrstvy pomocí vibračního válce vpravuje rozprostřená řídká cementová malta (ŠCM) nebo popílková suspenze. Cementová malta vtéká do mezer kameniva, přičemž vibrováním se do mezer zespodu z ochranné vrstvy dostává část kameniva. Obě tyto hmoty se setkají a vyplní mezery mezi hrubým kamenivem, navíc cementová malta ztvrdne. Je tak maximalizováno vnitřní tření, přičemž horní povrch je celistvý a umožňuje chůzi chodcům v průběhu výstavby a následnou pokládku dlažby do pískového lože. V případě KAPS je popílková suspenze natolik řídká, že proteče až na spodní líc hrubého kameniva (vrstva štěrku se musí chránit, aby suspenze netekla kam nemá, mimo vozovku, do otvorů kanalizace a ochranných potrubí). Popílková suspenze je buď jen směs vody a popílku ve vyváženém množství, takže po ztrátě menšího množství vody vsáknutím do pórů kameniva suspenze ztuhne stejně jako mletá káva po dopití šálku turecké kávy. Obvykle je však v popílkové suspenzi cement (vyšší kvalita vrstvy), který zvýší tekutost a navíc suspenze ztvrdne. Jak vyplývá z popisu technologie, je zapotřebí dopravních prostředků na dovoz štěrku, grejdru na jeho rozhrnutí a zarovnání. Cementovou maltu dopravuje domíchávač betonu, popílkovou suspenzi může kromě domíchávače přepravovat upravená cisterna na dopravu a rozstřik tekutých hmot (fekální vůz). Dávkování malty a suspenze se zajišťuje ručně podle zkušenosti k vyplnění mezer. Zhutňování se děje vibračním válcem. 5.4.4 Vrstvy stabilizované a zpevněné hydraulickými pojivy Tyto vrstvy pokrývají širokou škálu materiálů s použitím méně vhodných zemin až kvalitních kameniv. Nicméně pevnost materiálů není prvotním cílem těchto vrstev, k jejich rozdělení se užívá pevnosti v prostém tlaku. Materiály, užití a pevnosti znázorňuje tab. 5-4.

22

Tab.5-4 Složení, použití a pevnosti stabilizovaných a zpevněných vrstev Materiály zeminy kamenivo Pojivo

vápno

Použití

podloží ochranná vrstva spodní

Vrstva vozovky Pevnost (MPa)

ZZV

S III,

II,

I

1

1,8

2,5

cement podkladní vrstva horní KSC II, 7

I

VB II, 8

I PB III 12

15

II

I

20

25

Použité zkratky viz tab. 5-3 Technologická zařízení pro stavbu vrstev stmelených hydraulickými pojivy jsou dávkovací a míchací zařízení. Jsou buď stacionární, jako míchací centra (betonárny nebo pro stabilizace jednodušší centra) nebo zařízení pojízdná. Pojízdná souprava strojů obsahuje přepravník s dávkovacím zařízením práškového pojiva, které se dávkuje na povrch vrstvy, a za ním se pohybuje pojízdná zemní fréza promíchávající pojivo se zeminou. Některé soupravy užívají dávkovací zařízení cementu a případně vody nebo cementové kaše přímo do zemní frézy. V obou případech je pak vrstva rozprostřena, vyrovnána a zhutněna jako u nestmelených vrstev. Technologie podkladních betonů vyžaduje k přepravě domíchávač betonu a vibrátor na hutnění rozprostření vrstvy do bednění. U těchto betonů se musí zřizovat spáry, aby nedošlo k divokému vytvoření trhlin. 5.4.5 Asfaltové vrstvy Asfaltové vrstvy mají široké použití a několikerou technologii výroby a zpracování, což je uvedeno v tab. 5-5. Tab. 5-5 Rozdělení asfaltových vrstev podle technologie zpracování Asfaltové vrstvy Výroba Zpracování Název vrstvy

v centru hutněním za studena

litím za studena

za horka OK AB AK

L A

EKZ

na místě vtlačováním Za horka

postřikem

za horka i za studena

VAB,UR VM V

PM

N

P

OK - obalované kamenivo, AB - asfaltový beton, AK – asfaltové koberce (M - mastixový, D drenážní, T - tenký, VT - velmi tenký, O - otevřený), LA – litý asfalt, EKZ – emulzní kalový zákryt, VAB - vtlačovaný asfaltový beton, URV – uzavřená recyklovaná vrstva (Remix – plus), VM – vsypný makadam, PM – penetrační makadam, N – nátěr, P – postřik Asfaltové směsi se připravují v obalovnách. Schéma takové obalovny je na obr.5-16. Z oddělených skládek kameniv různých frakcí a kvalitativní třídy se pomocí dávkovacího zařízení pro dodržení navržené zrnitostní skladby směsi kameniva vytváří proud kameniva unášený do sušícího bubnu. Zde se v proudu spalin z plynového nebo olejového hořáku vysuší a ohřeje na teplotu obalování, která odpovídá viskozitě pojiva (viz obr. 5-13). Jemné částice kameniva unášené proudem spalin a horkého vzduchu se zachycují ve filtračním zařízení a vrací se zpět do výroby. Pro přesné dodržení čáry zrnitosti, na níž záleží plnění požadavků

23

silničního provozu a doba životnosti vrstvy, se kamenivo znovu roztřídí na jednotlivé úzké frakce, které se při dávkování do míchačky váží. Do míchačky směřuje také asfalt z dávkovacího zásobníku ohřátý na teplotu obalování kameniva a přesně se dávkuje v množství odpovídajícím naváženému množství a zrnitosti kameniva. V míchačce se kamenivo asfaltem obalí (zamíchá). Vyrobená asfaltová směs pro hutněné vrstvy putuje před odvezením na staveniště do zásobníků asfaltové směsi. Automobily se zakrytá nebo zaplachtovaná směs doveze ke speciálnímu pokladači (finišer, viz obr. 5-17), který vrstvu rozprostře do projektované tloušťky, rovnost je zajištěna elektronickým naváděcím zařízením. Takto položenou vrstvu okamžitě hutní válce, vibrační, statické nebo pneumatikové. Po vychladnutí je možno směs pojíždět. Asfaltovou směsí pro litý asfalt, u níž jsou všechny mezery mezi kamenivem vyplněny asfaltem (kamenivo v pojivu „plave“), se po zamíchání plní přepravník litého asfaltu, v němž se za stálého ohřevu směs míchá a dopravuje na staveniště. Jak z názvu vyplývá, klade se ručně nebo finišerem pro litý asfalt bez hutnění pouze do projektované tloušťky. V obalovně se používá asfalt vyšší viskozity, tudíž teplota zpracování je vyšší, a proto přidávaná kamenná moučka, která se používá v dvojnásobném množství než u hutněných směsí (až 30%), se musí ve zvláštním sušícím bubnu ohřívat.

Obr. 5-16 Obalovna na výrobu asfaltových směsí

Rozdělení hutněných vrstev na typy směsí je podle jejich použití a tomu odpovídají použitá kameniva, asfalty a také čára zrnitosti. Obalovaná kameniva jsou určena pro podkladní vrstvy, ostatní směsi jsou pro vrstvy krytové. Asfaltové koberce mastixové, drenážní, tenké a velmi tenké jsou určeny výhradně pro obrusnou vrstvu. Koberce použitím převážně úzkých frakcí drcených kameniv vytváří výraznou texturu povrchu, dobrou drsnost a sníženou hlučnost. Zvláštní vlastnosti nabízí asfaltový koberec drenážní, mezery mezi zrny úzké frakce (4-8 nebo 8-11) nejsou vyplněny drobným kamenivem, ve směsi zůstává 20 až 28 % volných mezer, jimiž se povrch vozovky odvodňuje. Za projíždějícími vozidly za deště

24

nedochází k vytváření mlhy snižující viditelnost a na tomto povrchu je pak dosažena nejnižší hlučnost. Obr. 5-17 Finišer pro pokládku asfaltových směsí 1 – násypka asfaltové směsi, 2 – dopravník asfaltové směsi, 3 – šnekový rozhrnovač směsi, 4 – hydraulicky rozšiřitelná hutnící kladina Obalovny jsou v současnosti plně automatizované provozy s hodinovou kapacitou nejméně 100 t asfaltové směsi pro hutněné vrstvy. Asfaltové směsi jsou tak kvalitním, trvanlivým materiálem pro výstavbu vozovek. Asfaltové směsi za studena mají před sebou budoucnost. Zatím je u nás zavedena výroba směsi obalené asfaltovou emulzí pro údržbu výtluků v zimním období a obalování směsi zpěněným asfaltem (k asfaltu se před jeho dávkováním přidává voda, která jej napění) a touto pěnou se za studena obalí vlhké kamenivo. Pěnoasfaltová směs se užívá v podkladních vrstvách zejména menších staveb, je možné ji totiž skladovat a postupně zpracovávat. Asfaltové vrstvy vznikající postřikovou technologií patří k nejstarším. Penetrační makadam se vyrábí rozprostřením kameniva 32-63, zarovnáním a zhutněním statickým válcem. Pak se povrch pomocí rozstřikovače prolije asfaltem a podrťuje kamenivem nižší zrnitosti (8-16,11-22 apod.) a důkladně zaválcuje. Postřik je pouze tenká vrstva asfaltu nanesená rozstřikovačem a slouží k infiltraci otevřeného povrchu (infiltrační postřik), ke spojení vrstev vozovky (spojovací postřik) nebo k regeneraci zestárnutého asfaltového povrchu (regenerační postřik). Nátěr se skládá z postřiku, do něhož se okamžitě po provedení nanese podrťováním vrstva kameniva. Zrna kameniva úzké frakce jsou co nejtěsněji vedle sebe a do pojiva se zatlačí válcem. Rozšířeného použití nyní dosahuje nátěrová technologie při údržbě asfaltových vozovek, zejména ke zvýšení drsnosti a ochrany míst s počínajícím porušováním. Používají se také vysprávkové soupravy aplikující nátěr na omezené plochy vozovky, které vykazují počínající porušování. Emulzní kalové zákryty jsou asfaltové směsi vyrobené z kameniva, vody, asfaltové emulze a přísad v pojízdném pokladači, který řídkou směs okamžitě pokládá ve vrstvě o málo převyšující velikost největších zrn v kamenivu. Je to údržbová technologie jíž ze omezuje vznik a šíření poruch povrchu vozovky (povrch se utěsňuje) a ve zvláštních případech se obnovuje drsnost Obr. 5-18 Detail rozstřikovací lišty a (emulzní kalový zákryt speciální se pak podrťovače nátěrové soupravy také nazývá mikrokoberec).

25

1 – z á s o b n í k k a m 1 – zásobník kameniva, 2 – zásobník kamenné moučky, 3 – nádrž na stabilizátor, 4 – dávkovač kameniva, 5 – dávkovač emulze, 6 – dávkovač vody a stabilizátoru, 7 – míchačka, 8 – asfaltová směs, 9 – pokládací rám, 10 – emulzní kalová zákryt, 11 – zvlhčení povrchu Obr. 5-19 Schéma pokladače emulzních kalových zákrytů Mezi vtlačované úpravy patří vsypný makadam, který se od penetračního makadamu liší tím, že se prolití asfaltu nahrazuje použitím již obaleného (předobaleného) kameniva. Pro zvýšení drsnosti se může použít asfaltový beton, do jehož povrchu se zatlačí předobalené kamenivo úzké frakce, které vytvoří hrubou makrotexturu (úprava se zvláště používá ve Velké Británii). Mezi speciální vtlačované úpravy patří také recyklážní technologie Remix Plus, kde na za tepla rozpojenou a znovu rozprostřenou vrstvu se jedním strojem položí velmi tenká nová obrusná vrstva a obě vrstvy se naráz hutní (viz kapitola 5.6). 5.4.6 Cementobetonový kryt Využít trvanlivost betonu pro vozovky se pokoušejí už celé generace silničářů. Základním problémem jsou však dilatační spáry, kterými je nutno dělit souvisle pokládanou vrstvu betonu. Tyto spáry jsou vždy zdrojem poruch, které snižují pohodlí silničního provozu a životnost vozovky nedosahuje životnost betonu. Jistou nevýhodou je obtížná udržovatelnost a opravitelnost cementobetonových vozovek. Přesto jsou známy doby užívání cementobetonových vozovek bez oprav přes 50 let. V současnosti se cementobetonové vozovky užívají pro nejtěžší dopravní zatížení (dálnice), nebo naopak v drobných a průmyslových stavbách. Kontinuální automatizovaná výroba a plně mechanizovaná výstavba s vysokými denními výkony je hlavní charakteristikou dálničních staveb. Pro omezení vlivu účinků na 26

spárách desek (viz obr.5-20) se do nich vkládají kluzné trny umožňující délkové změny desek a kotevní trny spínající desky v jednotlivých pásech. Všechny spáry jsou naříznuty diamantovými kotouči a těsněny trvanlivou asfaltovou zálivkou k zabránění pronikání vody pod desku. V některých případech se jde ještě dále, desky se spojitě vyztužují pouze podélnou výztuží a výztuž zabraňuje vzniku pravidelných širokých trhlin, vytváří se pouze úzké, sotva znatelné trhliny. Na takto zhotovených deskách potom nedochází ani k výškovým pohybům desek na hranách z důvodu rozdílných teplot horního a spodního povrchu desky (v noci je povrch chladnější a kratší a hrany a rohy se zdvihají, ve dne se zdvíhá střed desky). Tyto pohyby jsou jednak znatelné při jízdě, volný nepodepřený povrch je více namáhán a pokud je pod deskou voda, tak průhybem desky při každém přejezdu těžkého vozidla dochází k vytlačení vody pod tlakem a k následné erozi desky nebo podkladní vrstvy. Cementobetonové kryty se zřizují v tloušťkách 200 mm pro nejmenší dopravní zatížení, pro dálnice 260 mm a pro letištní vozovky až 350 mm. Cementobetonový kryt je ze speciálního betonu, jeho pevnost se měří ve zkoušce v tahu za ohybu a pro zvýšení odolnosti proti účinkům mrazu a rozmrazovacích prostředků (soli) se přidávají provzdušňovací přísady. Pokud se nepoužije pro drobné stavby tento beton, musí být navržena kvalita nejméně B 30.

Obr. 5-20 Cementobetonový kryt se spárou kotvenou kluzným trnem a spojitě vyztužená cemetobetonová deska

5.4.7 Dlažby a dílce Dlažba je jeden z nejstarších krytů vozovek vůbec. Užívalo se a doposud se užívá dlažebních kostek nebo desek z přírodního kamene. V současnosti k těmto trvanlivým materiálům přibývají dlažební prvky z betonu nebo ze směsi kameniva a syntetické pryskyřice (konglomerovaný kámen). Dlážděné vozovky pro svůj trvanlivý povrch a příjemný estetický dojem jsou hlavně užívány na místních komunikacích, pěších zónách a také na plochách s extrémním namáháním jako jsou kontejnerová překladiště. Dlažbu z přírodního kamene rozdělujeme podle rozměrů na mozaikovou (40 až 60 mm), drobnou (80 až 120 mm) a velkou. Dlažba z vibrolisovaného betonu je různých tvarů a velikostí (viz obr. 5-21), doporučuje se však, aby délka nepřesáhla 4,5násobek její výšky a nebyla větší než 280 mm. Povrch betonu se také probarvuje.

27

Obr 5-21 Různé tvary dlažeb z vibrolisovaného betonu

Základní vlastností dlažeb z hlediska konstrukce vozovky je, že pouze roznáší koncentrované zatížení na podklad. V případě zatížení pneumatikami dlažba nepřispívá nijak ke snížení namáhání vrstev vozovky a podloží. Veškeré toto zatížení musí přenést podkladní vrstvy, a to i v případě tzv. zámkových dlažeb z vibrolisovaného betonu. Dlažební prvky se kladou ručně nebo mechanizovaně do pískového lože a poté se do lože zahutní. Je možné použít i lože z malty. Nejlepší podkladní vrstvou jsou vrstvy stabilizované nebo zpevněné hydraulickými pojivy a prolévané vrstvy (KAPS, ŠCM). Vozovky ze silničních dílců (panelů) se používají pro dočasné vozovky a dopravní plochy, pro staveništní komunikace, objížďky apod. Silniční dílec je prefabrikát ze železobetonu obdélníkového nebo lichoběžníkového tvaru o rozměrech nejméně 2000 mm x 1000 mm až 3000 mm a tloušťce 150 až 180 mm. Dílce se kladou jeřábem do písku nebo směsi drobného kameniva cementu a popílku. Zajímavé řešení vozovek nabízí kryty z vegetačních dílců (viz obr. 5-22), vytváří zpevněnou plochu, ale cca 50% jeho plochy je tvořeno humusem a vegetací z různých travin. Užívá se na příjezdech ke garážím a na zpevněná travnatá parkoviště. Pravidelné pojíždění povrchu zastoupí sekání trávy. Přesto tyto plochy vyžadují údržbu, sekání trávy, hnojení a také obnovu humusu, případně obnovu plochy s novým položením vegetačních tvárnic. Obr. 5-22 Příklad vegetačního dílce Návrh vozovek

K navrhování vozovek se přistupuje jako u jiných konstrukcí z hlediska jejich spolehlivosti a navrhují se pomocí metod respektujících teorii mezních stavů. Je skutečností, že k navrhování vozovek se musí přistupovat v celé šířce principů navrhování. Vozovky se navrhují s rozdílnou spolehlivostí, využívá se místních a druhotných materiálů a jsou vystaveny různému zatížení a klimatickým vlivům. 5.4.8 Základní pojmy Vozovka musí umožnit bezpečný, rychlý, plynulý, hospodárný a pohodlný silniční provoz. Požadavky silničního provozu jsou plněny složkami spolehlivosti: provozní způsobilostí, trvanlivostí, udržovatelností a opravitelností. Tyto složky spolehlivosti deklarují schopnosti a je třeba je převést do technicky měřitelných a stanovitelných vlastností. Provozní způsobilost se vyjadřuje vlastnostmi povrchu vozovky: 28

Drsnost se vyjadřuje koeficientem tření mokrého povrchu vozovky, jehož ztráta ovlivňuje bezpečnost provozu. • Nerovnost v podélném směru jako nerovnosti povrchu o vzdálenostech větších než 0,3 m, které způsobují přerušovaný styk pneumatiky s povrchem vozovky (bezpečnost provozu) a pohyby vozidla působící nepříjemně na osoby v dopravních prostředcích (pohodlí). • Nerovnost v příčném směru jako vyjetá kolej ve stopě vozidel, v níž se může shromáždit voda, která při rychlé jízdě zabrání styku pneumatiky s povrchem vozovky (aquaplanning). • Poruchy jako různé druhy poruch povrchu vozovky omezující bezpečnost, plynulost, rychlost a pohodlí silničního provozu a poruchy konstrukční omezující udržovatelnost a opravitelnost vozovky. Obvykle se vychází z popisu poruchy v zásadním rozdělení na poruchy povrchu vozovky, krytu vozovky, konstrukce vozovky a jiné poruchy týkající se zemního tělesa a objektů. Mezi měřitelné charakteristiky provozní způsobilosti se začíná také považovat hlučnost povrchu, která je způsobena jednak makrotexturou a rovněž nerovnostmi povrchu v rozsahu do 0,3 m. Trvanlivost jako schopnost vozovky odolávat zatížení v extrémních podmínkách a vlivu klimatu je zdůrazňována s ohledem na používání méně kvalitních a neobvyklých stavebních materiálů jako je na prvním místě asfalt. Únosnost je schopnost vozovky přenášet zatížení s porušováním konstrukce vozovky odpovídajícím dopravní důležitosti pozemní komunikace (návrhové úrovni porušení). Odvozuje se z charakteristik průhybu za definovaného zatížení nebo z charakteristik vrstev vozovky a podloží. Pro dané dopravní zatížení se nejobecněji vyjadřuje zbytkovou dobou životnosti vozovky. Doba životnosti vozovky je doba do potřeby provést zesílení, opravu nebo rekonstrukci vozovky. Doba životnosti obrusné vrstvy je doba do nutnosti provést souvislou údržbu. Udržovatelnost a opravitelnost jsou schopnosti netuhých vozovek údržbou a opravami zachovávat nebo zlepšovat provozní způsobilost a únosnost vozovky. Jsou základními schopnostmi, na nichž je založeno navrhování vozovek, jejich údržba a opravy. •

5.4.9 Návrhová úroveň porušení V závislosti na požadované spolehlivosti jako pravděpodobnosti neporušení vozovky se navrhuje různá kvalita vrstev vozovky a různá tloušťka vrstev. Kvalita a tloušťka vrstev vozovky se projeví v nákladech na výstavbu vozovku. Pravděpodobnost porušení se při běžném používání vozovky projeví rozsahem porušených ploch povrchu vozovky a konstrukce vozovky, na kterých je třeba provést údržbu a opravu a tak vznikají náklady na údržbu a opravy. Při výskytu porušení dochází ke vzrůstu nákladů na provoz, zvýší se náklady uživatelů vlivem ztráty času, zvýšené spotřeby pohonných hmot, vyššího opotřebení vozidel a vyšší nehodovostí při snížené provozní způsobilosti vozovky a při vlastním provádění údržby a oprav vozovek. Tato fakta znázorňuje schéma v obr. 5-23. Čáry A vyjadřují náklady na výstavbu vozovky (investiční náklady) v závislosti na spolehlivosti návrhu (pravděpodobnosti neporušení) pro vozovky dimenzované pro různou v obrázku uvedenou intenzitu dopravy. Požadujeme-li pravděpodobnost neporušení blízkou 100 %, náklady prudce rostou, je možno dokonce prohlásit, že vozovku s nulovou pravděpodobností porušení při současné materiálové základně nedokážeme vůbec postavit. V závislosti na pravděpodobnosti porušení, která se

29

v budoucnosti projeví procentem porušené plochy vozovky v pravděpodobnosti porušení, vznikají také rozdílné náklady na údržbu k docílení požadovaných funkcí vozovky. Náklady na údržbu a opravu pravděpodobněji se vozovky poruší (čím větší bude rozsah poruch významnější).

rozsahu úměrném a opravy vozovky jsou tím větší, čím a poruchy budou

Obr. 5-23 Závislost investičních nákladů, nákladů na údržbu a opravy a zvýšených nákladů uživatelů na spolehlivosti návrhu vozovky Vyneseme-li tyto náklady nad čáry A, pak čáry B vyjadřují součtové čáry nákladů investičních a nákladů na údržbu a opravy. V závislosti na pravděpodobnosti porušení (rozsahu porušení) existují také zvýšené náklady uživatelů. V obrázku jsou tyto náklady opět uvedeny ve třech úrovních v závislosti na intenzitě vozidel užívajících pozemní komunikaci a opět vyjadřují součtovou čáru nákladů investičních, údržby a opravy a nákladů uživatelů. 30

Podle tohoto schématu existuje spolehlivost návrhu vozovky (pravděpodobnost neporušení), při níž jsou náklady vznikající vlastníku a uživatelům konkrétní vozovky při daném dopravním zatížení minimální. Návrh vozovky jako stanovení druhu a kvality vrstev vozovky a jejich tlouštěk je rozdělen do celkem 4 návrhových úrovní porušení D0 až D3, které ctí výše popisovanou logiku nákladů. Čím nižší číslo má návrhová úroveň porušení, tím vyšší jsou požadavky na kvalitu a tloušťky vrstev vozovek a tím nižší bude přípustný rozsah a význam poruch. Je sice pravdou, že při vyšší důležitosti komunikace je obvykle vyšší intenzita dopravy, ale při stejné intenzitě těžkých nákladních vozidel jsou při vyšší důležitosti požadavky na kvalitu a tloušťky vrstev vyšší. Stejně tak požadavky vyšší návrhové rychlosti, požadavky životního prostředí, sevření vozovky do obrubníků, omezení zvyšovat niveletu vozovky a také důvody estetické vedou k požadavkům zvýšení kvality a tlouštěk vrstev, tedy k nižší návrhové úrovni porušení. Tab.5-6 Doporučené návrhové úrovně porušení a tomu odpovídající skupiny pozemních komunikací v závislosti na dosavadním roztřídění pozemních komunikací Skupina pozemních Návrhová úroveň komunikací porušení vozovky D0 A D1

D2 B D3

Důležitost pozemní komunikace ČSN 73 6101, ČSN 73 6110 Dálnice, rychlostní silnice, rychlostní místní komunikace funkční třídy A1, silnice I.třídy Silnice I. a II.třídy, rychlostní místní komunikace funkční třídy A 2, sběrné komunikace funkční třídy B 1 Silnice II. a III.tř., sběrné místní komunikace funkční třídy B 2, obslužné místní komunikace, odstavné a parkovací plochy Obslužné místní komunikace, nemotoristické komunikace, odstavné a parkovací plochy Dočasné komunikace Účelové komunikace

Očekávaná třída dopravního zatížení ČSN 73 6114 I, II, III

II, III, IV

IV, V, VI

VI II až VI

5.4.10 Dopravní zatížení Při stanovení dopravního zatíženi vozovky se může vycházet ze sčítání dopravy, z vážení náprav vozidel za provozu (vážní systém WIM), z celkového objemu přepravovaných hmot a dopravně-urbanistických studií. Vychází-li se ze sčítání dopravy, je určena průměrná denní intenzita těžkých nákladních vozidel TNVo, což je v zásadě součet vozidel a jejich přívěsů nebo návěsů, jestliže mají celkovou hmotnost nad 15 t. Tato intenzita se upravuje na charakteristickou hodnotu denní intenzity dopravy TNVk uvážením průměrného ročního růstu dopravy v návrhovém období. Podle charakteristické intenzity TNVk se dopravní zatížení rozděluje do tříd dopravního zatížení podle tabulky 5.7.

31

Tab. 5-7 Třídy dopravního zatížení podle ČSN 73 6114 Třída dopravního zatížení TNVk, vozidel/den I > 3 500 II 1501 - 3 500 III 501 - 1 500 IV 101 - 500 V 15 - 100 VI < 15 Dopravní zatížení z celkového objemu přepravených hmot se stanovuje po určení způsobu jejich přepravy, stanovení druhu vozidel, jejich vytížení apod. Objem přepravených hmot se pak převede na počet vozidel běžného silničního provozu a dále se již postupuje níže popsaným způsobem. Vážení vozidel za provozu se děje záznamem přejezdu každého vozidla se záznamem hmotnosti každé nápravy. Jejich hmotnost se pak převede na účinek návrhových náprav. Pro posouzení návrhu vozovky nebo posouzení existující vozovky je třeba jakoukoliv charakteristiku dopravního zatížení převést na účinek normového zatížení. Normové zatížení v současnosti představuje návrhová náprava s charakteristikami: • zatížení nápravy Qk = 100 kN, • počet kol se zdvojenými pneumatikami 2, • poloměr dotykových (zatěžovacích) ploch ak = 0,1203 m, • dotykový tlak (intenzita svislého rovnoměrného zatížení) qk = 0,550 MPa, • vzdálenost středu dotykových ploch 0,344 m. Těžká nákladní vozidla v běžném silničním provozu se na normová zatížení převádějí porovnáním jejich účinku na porušení vozovky. Je prokázáno, že stejný účinek na porušení vozovky jako návrhová náprava má např. 26 000 osobních vozidel a naopak jedna přetížená náprava působící zatížením 150 kN poruší vozovku podobně jako 10 návrhových náprav. Za celé návrhové období se stanoví celkový přejezd návrhových náprav: Ncd = 365 . TNVk . C1 . C2 . C3 . C4 . td / γDi* (5.1) kde Ncd TNVk C1

C2

C3

je celkový počet přejezdů návrhových náprav za návrhové období, návrhové nápravy, je charakteristická hodnota denní intenzity TNV pro všechny jízdní pruhy v obou směrech, vozidel/den, je součinitel vyjadřující podíl intenzity TNV na nejvíce zatíženém jízdním pruhu, pohybuje se podle počtu pruhů pozemní komunikace mezi hodnotami 1 až 0,4, je součinitel vyjadřující fluktuaci stop (ne všechna vozidla jedou stejnou stopou), pohybuje se podle intenzity dopravního zatížení mezi hodnotami 0,7 až 1,0 je součinitel spektra hmotnosti náprav TNV a podílu plně vytížených vozidel se pohybuje mezi hodnotami 0,5 až 1,0,

32

C4

td

γDI*

je součinitel vyjadřující vliv rychlosti pohybu TNV, při dovolené nebo návrhové rychlosti do 50 km/h a třídách dopravního zatížení I a II (při zastavování vozidel) C4 = 2,00, ostatních případech je C4 = 1,00, je (dílčí) návrhové období, roky, je dílčí součinitel spolehlivosti porušení vozovky v závislosti na návrhové úrovni porušení (na pravděpodobnosti porušení) a dosahuje hodnot: γD0* = 1,0, γD1* = 1,6, γD2* = = 3,0 a γD3* = 6,0.

5.4.11 Návrhové období Návrhové období pro návrh vozovek sítě silnic a místních komunikací a také pro návrh jejich oprav a rekonstrukcí je obvykle 20 let, pro cementobetonové kryty nejméně 25 let. Pro vozovky účelových komunikací návrhové období stanovuje správce. Při možnostech pravidelného zesilování lze zvolit dílčí návrhové období odpovídající předpokládané době životnosti krytu vozovky. Ve zdůvodněných případech se volí návrhové období odpovídající potřebám užívání pozemních komunikací, době užívání komunikace v dané důležitosti před uvedením do provozu nové komunikace (např. dálnice), zesílení objížďkových tras apod. 5.4.12 Klimatické vlivy Klimatické poměry ovlivňují charakteristiky vrstev vozovky a podloží. Teplota výrazně ovlivňuje chování asfaltových vrstev (mění se modul pružnosti, únavové charakteristiky a Poissonovo číslo), změny vlhkosti podloží ovlivňují chování podloží a promrznutí způsobuje mrazové zdvihy. 5.4.13 Vodní režim podloží Vodní režim ovlivňuje vlhkost zemin a mrazové zdvihy v namrzavém podloží. Vodní režim se hodnotí podle obr. 5-24. Pokud voda přitéká kapilární vzlínavostí až do hloubky promrzání podloží, vodní režim je velmi nepříznivý. V obou dalších režimech je mezi kapilární vzlínavostí ovlivněnou velikostí částic pod 0,02 mm a hloubkou promrznutí jistá bezpečnostní mezera a podle její velikosti se rozlišují režim nepříznivý a příznivý.

Obr. 5-24 Definice vodních režimů HPV – hladina podzemní vody, hpv – průměrná vzdálenost HPV, dpr- hloubka promrzání vozovky, hs – kapilární výška při úplném nasycení pórů zeminy vodou

33

Vodní režim: • difúzní (příznivý) hpv > 2 hs + dpr, • pendulární (nepříznivý) dpr + hs < hpv < dpr +2 hs , • kapilární (velmi nepříznivý) hpv < dpr+ hs 5.4.14 Charakteristiky podloží Podkladem pro stanovení návrhových charakteristik podloží je hodnota únosnosti CBR (viz kapitolu 5.1.1), charakteristika vodního režimu a stupeň namrzavosti zeminy. 5.4.15 Charakteristiky vrstev vozovky Vrstvy vozovky se hodnotí návrhovými reologickými vlastnostmi a z hlediska porušování se vlastnosti vrstev vyjadřují návrhovými charakteristikami únavy, kterými se vyjadřuje postupná degradace materiálu při jeho opakovaném zatěžování vedoucím k porušení. 5.4.16 Návrh vozovky Návrh vozovky pro různé podmínky návrhové úrovně porušení, dopravního zatížení, klimatických vlivů a podloží se provede na základě: • Zkušenosti, jako opakování konstrukcí vozovek, které v podobných podmínkách a zatížení poskytly vhodné plnění svých funkcí, • Pomocí katalogu vozovek, což jsou doporučené návrhy vozovek pro specifikované podmínky, • Podrobným postupem podle návrhové metod

34

Tab. 5-9 Příklady návrhů vozovek pro návrhovou úroveň porušení třídu dopravního zatížení, různá podloží a podkladní vrstvy Návrhová úroveň porušení / Třída dopravního zatížení (druh pozemní komunikace) D0/I (dálnice)

D1/II (silnice I. třídy) D2/II (sil II. třídy) ABS I 40 ABH II 60 OKS II 80 S I 150

CB I 260 KSC I 200 ŠD 200 CBR 15 %

AB II 40 AB III 50 OKS I 50 ŠD 150 MZ 200 CBR 5 %

MZ 200 CBR 10%

D1/III (silnice I. tř.)

D0/I (dálnice)

D2/III (sil. II. třídy)

D3/IV (Dočasná sil.) Nátěr PMH 90

ŠD MZ 150 CBR 10 %

D3/IV (Účel. kom.)

AKM I 40 ABVH I 60 OKS I 50 OKSH II 80

ABS I 40 ABH II 50 OKS I 50 KAPS II 200

ABS II 50 OKS I 70 ŠD 150

CB IV 200

KSC I 120

ŠP 250

ŠP 200 CBR 5%

MZ 200 CBR 5 %

MZ 150 CBR

15

%

CBR 5 %

D0/II (rychl. silnice)

D1/IV (sil I. třídy)

AKM I 40 ABH I 50 OKS I 50 OKH I 60

ABS I 50 OKS I 90

MZK 200

ŠP 200 CBR 10 %

D2/IV (sil II. třídy) ABS III 40 OKS I 60 ŠD 150 ŠP 250 CBR 5 %

ŠD 150

ŠCM 200

D3 (cyklist. stezka) AKT 30 PMJ 50 ŠD 250 CBR 5 %

ŠP 200 CBR 10 %

D0/III (sil I. třídy)

D1/IV (sil. II. třídy)

ABS I 50 ABH II 50 OKS I 80 PMJ 50 ŠD 200

ABS I 50 OKS I 50 VM 90 ŠD 150

MZ 150

CBR 10 %

D2/V (sil III. třídy) ABS III 60 PMJ 50 ŠD 150 CBR 15 %

ŠP 200

Parkoviště os.vozů DL 80 písek 40 mm ŠCM 200 ŠP 150 CBR 10 %

CBR 15 %

D0/IV (městská třída)

D1/V (obsluž. kom)

D2/VI (sil III. třídy)

ABS I 50 ABH II 50 OKS I 50 OKH I 80 MZ 200 CBR 10 %

ABS II 40 OKS I 60 ŠD 150 ŠP 250 CBR 5 %

Nátěr PMH 90 ŠD 150 MZ 150 CBR 5 %

35

Chodník DL 40 písek 30 S I 100 CBR 5 %

150

Při navrhování se uvažuje dostupnost konstrukčních materiálů v daném území, postup výstavby, užívání vozovky v průběhu výstavby, přejímka postavených vrstev vozovky a další požadavky investora. Vychází se vždy z vlastností podloží. Podloží, které je z nevhodných zemin, se zlepšuje nebo vyměňuje, vlastnostmi podloží musí být nejen zajištěna budoucí funkce vozovky v daném zatížení a klimatických podmínkách, ale musí být zajištěno i řádné provedení dalších vrstev vozovky. Podle hodnot únosnosti CBR zemin v podloží se navrhuje tloušťka ochranné vrstvy nebo kombinace minimální tloušťky ochranné vrstvy s vrstvou zlepšeného podloží (zemina zlepšená mechanicky, pojivy nebo výměna zeminy za vhodnou zeminu). Na vhodném podloží se ochranná vrstva může i vypustit. Krytové vrstvy jsou navrženy podle návrhové úrovně porušení a dopravního zatížení, vybírá se tak druh, kvalita a tloušťka krytové nebo krytových a podkladních asfaltových vrstev. Výběrem ochranné vrstvy a krytových vrstev jsou řešeny podstatné části vozovky a navrhování se koncentruje na návrh podkladní vrstvy z různých materiálů. Může se použít všech dostupných materiálů, v jejich různé kvalitě a tloušťce. Některé příklady návrhů jsou v tab. 5-9. 5.4.17 Posouzení vozovky Posouzení vozovky je vázáno na omezení pravděpodobnosti porušení vozovky podle obr. 5-25. Je třeba prokázat, že navržené tloušťky vrstev vozovky jsou normovým zatížením namáhány tak, že dosažená přetvoření (nebo napětí u cementobetonového krytu) umožní vyšší počet opakování zatížení než je očekáváno výpočtem dopravního zatížení za celé návrhové období (viz rovnici 5.1). Při posuzování se berou v úvahu únavové vlastnosti asfaltových vrstev a cementobetonového krytu a nárůst trvalé deformace s opakovaným namáháním podloží. Dalšími kritérii porušení jsou odolnost konstrukce vozovky proti mrazovým zdvihům namrzavého podloží, která se obvykle řeší požadovanou tloušťkou nenamrzavých materiálů v závislosti na mrazovém indexu, vodním režimu v podloží a stupni namrzavosti zemin v podloží. Obr. 5-25 Schéma namáhání a posuzování konstrukce vozovky Kromě uvedených podmínek spolehlivosti se požaduje splnění konstrukčních a technologických požadavků. Ty zajišťují řádnou funkci vozovky, dobu životnosti, udržovatelnost a opravitelnost vozovky, ale také řádné provedení a kontrolu provedení. Tak se předepisuje nejnižší možná tloušťka asfaltových vrstev, nejvyšší tloušťka cementem stabilizovaných a zpevněných podkladů a minimální tloušťka nestmelených podkladů. Zvláštní je požadavek odolnosti asfaltových krytů vůči tvorbě trvalých deformací pod pomalým nebo zastavujícím dopravním zatížením. Je to požadavek technologický, mohou se použít jen takové asfaltové směsi, které tomuto účinku odolají. 5.4.18 Výběr vhodné konstrukce O výběru vhodné konstrukce vozovky rozhoduje plnění stanovených požadavků a hlavně cena konstrukce.

36

Zhotovitel, jako stavební firma, navrhuje tu konstrukci, na jejíž provedení je vybaven a pomocí níž získá konkurenční výhodu oproti jiným firmám. Používá ty hmoty, jimiž zajistí požadovanou kvalitu vozovky a jejich vrstev vozovky a na jejichž pořízení, dopravu, zpracování a zabudování do vozovky vynaloží nejmenší náklady, dosáhne nejvyšší produktivitu, optimálního využití strojů, mechanismů a pracovníků. Investor financující stavbu vybírá tu konstrukci vozovky, která splňuje stanovené požadavky s jistými výhodami. Tyto výhody jsou zahrnují cenu, vyšší kvalitu prací, vyšší očekávané životnosti vozovky a krytu vozovky, delší záruční dobu apod. 5.4.19 Kontrola stavby vozovky Jak navrhování a posouzení vozovky, tak stavba vozovky, vychází z hodnocení podloží. Podloží musí být zhutněno na požadovanou míru zhutnění, ale musí také zajistit provádění vrstev vozovky, musí být tedy únosné. Kontrola únosnosti se nejčastěji provádí zkouškami únosnosti. Na povrch podloží se osadí kruhová zatěžovací deska a ta se postupně staticky nebo dynamickým rázem zatěžuje a měří se její pokles pod zatížením. Pokud jsou splněny stanovené požadavky, je možno přistoupit k provádění dalších vrstev vozovky. U vrstev vozovky se kontrolují použité materiály při výrobě nebo dodávce, jejich množství ve směsi, čára zrnitosti kameniv a také mechanické vlastnosti. Na provedené vrstvě se kontroluje tloušťka vrstvy, její rovnost, příčný sklon a míra zhutnění. Míra zhutnění se získá porovnáním objemové hmotnosti vrstvy na stavbě dosažené a požadované objemové hmotnosti stanovené v laboratoři při průkazních zkouškách, které modelují výrobu a zhutňování vrstvy. Mechanické vlastnosti mohou být vyjádřeny zkouškou CBR (nestmelené vrstvy, zlepšené zeminy), zkouškou pevnosti v tlaku (vrstvy stabilizované a zpevněné hydraulickými pojivy) nebo jinou zkouškou charakterizující stmelení vrstvy (stabilita hutněných asfaltových směsí a číslo tvrdosti litého asfaltu). Nestmelené vrstvy se také kontrolují zkouškami únosností stejně jako podloží. Údržba a oprava vozovek

Jako každá konstrukce sloužící svému účelu i vozovky se různými mechanismy porušování poškozují a kumulací poškození vznikají poruchy vozovky. Všechny poruchy jsou nákladné ztrátami při dopravních nehodách, ztrátami hospodárnosti silničního provozu (zvýšení nákladů na provoz, ztráty času a pohodlí) a náklady na údržbu, opravu a případně rekonstrukci vozovky. Charakteristiky provozní způsobilosti se odvíjejí od charakteristik povrchu vozovky. Ke stanovení charakteristik se používá výkonných měřicích zařízení osazených elektronickým snímáním fyzikálních charakteristik, jejich ukládáním do paměti počítačů, vyhodnocením a zatříděním jednotlivých úseků silnic do klasifikačních tříd vyjadřujících plnění provozních funkcí vozovky. Ke stanovení únosnosti (charakteristika vhodnosti konstrukce vozovky pro dané dopravní zatížení) se používá měřicích zařízení popisujících odezvu konstrukce na zařízením vyvolané zatížení. Naměřené průhyby a průhybové čáry se zaznamenávají, vyhodnocují a úseky vozovek se zatřiďují do klasifikačních stupňů podle jejich zbytkové (očekávané) doby životnosti, jako doby do nutnosti provést opravu zesílením konstrukce (přidání nových vrstev vozovky) nebo rekonstrukce. Plnění provozní způsobilosti a únosnosti vozovky je možno také popsat kvalitativním a kvantitativním záznamem a vyhodnocením poruch. Záznamem poruch se také doplňují charakteristiky povrchu vozovky získané měřicí technikou.

37

5.4.20 Kvalitativní rozdělení poruch Kvalitativní rozdělení poruch je otázkou zasažené tloušťky vozovky a vrstev vozovky. Vznikají tak poruchy povrchu, obrusné vrstvy, krytu, konstrukce vozovky včetně poruch v podloží.

Dojde-li ke vzniku poruchy v konstrukčních vrstvách nebo v podloží a zemním tělese, může se toto objevit měřením únosnosti. Poruchy ze spodních vrstev se šíří rychle vrstvami vozovky vzhůru až na povrch vozovky, kde dojde k jejímu viditelnému projevu charakteristickému pro poruchu konstrukce vozovky a podloží. 5.4.21 Kvantitativní třídění poruch Vývoj každé poruchy spočívá ve zvyšování množství poruch a v jejich šíření do okolních ploch. Druhé hledisko třídění poruch je tedy hledisko plochy postižené poruchou.

5.4.22 Strukturální třídění poruch a jejich odstraňování Složí-li se kvalitativní a kvantitativní třídění poruch, vymezují se požadavky na plnění vztahu porušení - odstranění poruchy dle následujícího schématu: V uvedeném schématu je šipkami a čísly vyznačen obvyklý vývoj poruch a jejich odstraňování. Údržba nebo oprava je tak definována následujícím způsobem:

38

• • • •

běžná údržba souvislá údržba lokální oprava souvislá oprava nebo rekonstrukce

= = = =

porucha povrchu porucha povrchu porucha konstrukce porucha konstrukce

+ + + +

ojedinělý výskyt souvislý výskyt ojedinělý výskyt souvislý výskyt

porucha konstrukční kvalita LOKÁLNÍ OPRAVA

SOUVISLÁ OPRAVA nebo REKONSTRUKCE 4

3 porucha

kvantita

ojedinělá

porucha

souvislá

1

2 SOUVISLÁ ÚDRŽBA

BĚŽNÁ ÚDRŽBA

porucha povrchu K návrhu údržby a opravy je třeba poruchy řádně kvalitativně roztřídit a vymezit jejich plošný rozsah. Oba popisy jsou součástí časového vývoje porušení v konstrukci vozovky a ve směru příčném a podélném. Vývoj porušování v čase upřesní popis mechanismů porušování. 5.4.23 Mechanismy porušování vozovek Každá hmota účinkem klimatického prostředí, zatížením provozem a teplotními změnami podléhá poškozování a porušování. Také obrusná vrstva vozovky a konstrukce vozovky za různých podmínek klimatických a zatížení vykazuje podle svých vlastností mechanismy porušování. Tato poškozování a porušování se vyskytují zákonitě a náhodně, lze je však výběrem stavebních materiálů, jejich složením a provedením ovlivnit, omezit nežádoucí vlastnosti a snížit pravděpodobnost jejich výskytu. Tím se ovlivní jak kvalitativní, tak kvantitativní vývoj poruch a rychlost vývoje porušování, ale porušení se nezabrání. Je vždy třeba počítat s údržbou a opravou povrchu vozovky i celé vozovky. K poškozování a poruše povrchu vozovky a konstrukce vozovky vedou různé mechanismy porušování, které souvisí s návrhem vozovky, s dodržením konstrukčních opatření a s provedením vrstev (návrhem, použitím hmot, výrobou a položením): • Ztráta drsnosti jako ztráta smykového tření jako odporu při relativním pohybu povrchu pneumatiky vůči povrchu vozovky při brždění nebo zrychlování a změně směru jízdy vozidla. Odpor je pak dán množstvím uvolněných částic z obou povrchů. Čím bohatěji tvarované oba povrchy jsou (zvýšení měkkostí a připuštění většího opotřebení pneumatik se zatím užívá jen na závodních drahách) a čím více ostrý a pevný je materiál na povrchu vozovky, tím vyšší a trvanlivější tření je možno očekávat. Při popisu drsnosti je na místě přirovnání k brusným nástrojům jako jsou pilníky a brusné papíry či kotouče. Pro měření tření jsou užívána zařízení se zablokovaným měřicím kolem i s kolem s prokluzem (ABS). Pomocné charakteristiky mohou být mikrotextura a makrotextura povrchu. Mikrotextura charakterizuje povrch v nerovnostech menších než 1 mm a ztráta mikrotextury je dána náchylností kameniva v povrchu vozovky vytvořit ohlazený, vyleštěný povrch 39

•

•

(ohladitelnost kameniva). Makrotextura charakterizuje povrch v nerovnostech o velikosti 1 mm až 30 mm, je dána složením směsi kameniva v asfaltových krytech nebo úpravou povrchu u betonových krytů. Ztráta hmoty z krytu. Spojení zrn kameniva je účinkem zatížení, působením vody, stárnutím asfaltu a drobením kameniva narušováno. Hmoty obrusné vrstvy postupně ubývá až do vzniku hlubokých výtluků. Mrazové trhliny. Podle popsaných vlastností asfaltu v předešlém odstavci musí při velmi nízkých teplotách docházet ke smršťování stejně jako u betonu. Pokud teploty poklesnou pod – 20 °C nebo pokles teploty povrchu je rychlý, pak se na povrchu vytvoří příčná smršťovací trhlinka, která oslabí asfaltové vrstvy. Tato trhlinka opakovanými poklesy teploty roste do hloubky obrusné vrstvy. Jakmile trhlina dosáhne vzájemného spojení s ložní nebo podkladní vrstvou vozovky, pak se šíří buď stejně do hloubky, nebo naruší

spojení vrstev. •

Reflexní trhliny. Při výstavbě cementem zpevněných nebo stabilizovaných podkladů, stejně jako u betonu, dochází při tvrdnutí vrstvy ke smršťování, které vyvolá ve vrstvě tahová napětí vyšší než je pevnost materiálu vrstvy a to způsobí vznik příčných trhlin přes celou šířku vrstvy. Pokud je vrstva překryta asfaltovými vrstvami, spojením vrstev tohoto podkladu se pohyby teplotní roztažnosti přenáší do asfaltových vrstev a trhlina začne prorůstat až na povrch vozovky. Rozšiřování a uzavírání trhlin pokračuje, trhlinami proniká voda a trhliny jsou vyplňovány pískem a nečistotami.

•

Mozaikové trhliny. Pokud nejsou asfaltové vrstvy vzájemně spojeny (další vrstva byla kladena na vlhký, mokrý a znečištěný povrch nebo nebyl proveden spojovací postřik apod.), dochází při jejich zatížení k namáhání mnohem většímu než při jejich spojení (je na místě přirovnání zatížení dřevěného trámu a stejného profilu složeného z volně položených nespojených prken). Při opakovaném zatěžování nespojených vrstev, zejména vrstvy obrusné, tak dochází v nejvíce namáhaném průřezu a v bodě jakéhokoliv oslabení vrstvy (porušené kamenivo, velké kamenivo, mezerovitost ve směsi apod.) k narušení spojení mezi vzájemně dotýkajícími se zrny směsi a narušení dá podnět k vývoji trhliny, která prorůstá směsí na povrch vozovky. Trhlina se počne šířit souběžně se směrem

40

•

•

•

•

•

•

•

pohybu vozidel, prodlužuje se a větví, jak sleduje všechna náhodná oslabení vrstvy. Trhliny se spojují zahušťují a vznikají mozaikové trhliny jako síť trhlin o vzájemných vzdálenostech odpovídajících až přibližně tloušťce nespojené vrstvy. Trvalé deformace krytu. Asfaltem stmelené krytové vrstvy mají vlastnosti pojiva, které při nízkých teplotách (podle druhu asfaltu při teplotě 5 °C až –10 °C) nebo při vysokých rychlostech zatížení (pak může být teplota o 20 °C vyšší) se chová jako pevná a křehká hmota. Při teplotách vyšších (podle druhu asfaltu při teplotě 40 °C až 65 °C) a dlouhodobém zatížení se chová jako hustá kapalina (přirovnání k hustému medu je možné). Tímto pojivem je kamenivo vzájemně slepeno nebo u litých asfaltů v tomto pojivu je uloženo (plave v něm). Při nízkých teplotách a vysokých rychlostech zatížení jsou asfaltové směsi pružné (lze je přirovnat k betonu) a při vysokých teplotách, pomalých rychlostech a stání vozidel dochází již ke vzájemnému posunu zrn kameniva a asfaltová směs se pohybuje z míst soustředěného tlaku do míst mimo jeho působení (lze ji přirovnat k hustému těstu). Trvalé deformace se projeví jako vyjetá kolej v příčném řezu nebo podélné zvlnění (např. stáním osobních vozidel před řízenou křižovatkou a stáním autobusů na zastávkách). Porušení pracovních spár. Na napojení postupně pokládaných obrusných asfaltových vrstev vzniká oslabení průřezu spojením pokládaných pásů. Vrstva prvně pokládaného pásu nemůže být u volného okraje řádně zhutněna (směs uniká z pod kola hutnícího válce) a vrstva v dalším pásu se vždy hůře spojí se studenou vrstvou první. Trhliny v konstrukci vozovky. Opakovaným zatěžováním v místě nejvyššího namáhání (pod středem zatížení) na spodním líci asfaltových vrstev dojde ke vzniku narušení spojení mezi zrny a zárodku trhliny. Trhlina se šíří na povrch vozovky a do délky. Dosáhne-li povrchu vozovky, vozovkou se dostane voda do podloží, jehož únosnost se zvýšeným obsahem vody a rozbřídáním sníží. Dochází ke zvýšenému namáhání trhlinou oslabeného průřezu a zvýšenému namáhání podloží. Trhliny se šíří, spojují v síť, méně hustou než u mozaikových trhlin (síť odpovídá vyšší tloušťce vrstev), ale hlavně dochází k zatlačování vozovky do podloží, vyvíjí se trvalá deformace vozovky. Trhliny v cementobetonových krytech. Zdviháním povrchu desek z rozdílné teploty horního a dolního líce cementobetonové desky se stává deska nepodepřená, což zvyšuje její namáhání. Dojde tak k ulomení rohu, trhlině příčné nebo podélné v prostřední třetině desky. Poruchy na spárách a trhlinách cementobetonových krytů. Pokud spárami a trhlinami proniká pod cementobetonový kryt voda, je vlivem zatížení pod tlakem rychle vytlačena (části narušené vrstvy "pumpují") a eroduje vrstvy. Účinek je urychlován také působením rozmrazovacích solí. Trhliny se tak rozšiřují a druhá deska ve směru jízdy vozidel se snižuje, vznikají schodky na spárách nebo trhlinách. Jiné trhliny jsou méně časté, jsou to smykové trhliny lemující poruchy zemního tělesa usmýknutím, poklesem, propadem apod. a podélné trhliny mrazovým zdvihem středu vozovky (pokud na krajích vozovky leží sníh). Deformace snížením povrchu vozovky následkem dohutnění vrstev vozovky, podloží a zemního tělesa, porušení stability zemního tělesa (např. usmýknutím), namáhání podloží opakovanými přejezdy vozidel (část stlačení podloží při každém přejezdu vozidla zůstane jako trvalá deformace), ztráty únosnosti vozovky způsobené pronikáním vody do podloží propustným krytem (štěrkový, dlážděný, penetrační makadam) nebo asfaltovými vrstvami porušenými trhlinami, špatným nebo porušeným odvodněním, dohutnění zásypů objektů mostů, propustků a jiných podpovrchových konstrukcí), rýh, oprav inženýrských sítí 41

•

apod., vyplavení zemního tělesa do kanalizace, odvodňovacích systémů a chrániček kabelů. Jiné poruchy ovlivňující provozní způsobilost špatným odvedením dešťové vody z povrchu vozovky zvýšením krajnice posypovým materiálem, spadem přepravovaných hmot, vegetací a poškozením, porušením povrchového odvodnění, rigolů, příkopů, vsakovací drenáže a kanalizace jejich zanesením. Tato porucha rovněž může ovlivnit únosnost zavodněním podloží. Časté jsou poruchy kolem poklopů, vpustí, hrnců šoupat a hydrantů a to jak trhlinami a výtluky, tak trvalými deformacemi.

5.4.24 Návrh údržby a oprav Základním požadavkem určení poruch a uvážení mechanismu porušení je řešení vztahu :

PORUCHA

⇒

ODSTRANĚNÍ PORUCHY

Při návrhu odstranění poruchy se vychází z : • dopravního významu pozemní komunikace a charakteristik silničního provozu, • charakteristik provozních funkcí a únosnosti vozovky doplněných výskytem poruch nebo z kvalitativního a kvantitativního popisu poruch, • technologických možností údržby a oprav, • ekonomického posouzení údržby a oprav různými technologiemi. K těmto rozhodujícím faktorům pro návrh způsobu údržby a oprav vozovek pozemních komunikací mohou přistoupit i jiná hlediska, která případně mohou rozhodnutí upravit (strategie údržby a oprav vozovek, plánované opravy sítí a rozvoj přilehlého území, ekologická a estetická hlediska, charakteristiky prostředí apod.) Jestliže podle kvality rozlišujeme poruchy na povrchové a konstrukční, rozdělily se tím také technologie údržby a technologie oprav. Hranice mezi porušením povrchu a konstrukce vozovky je dána hloubkou porušení obrusné vrstvy. Porušení povrchu je porušení do hloubky nejvýše 15 mm. Porušení do hloubky nejvýše 7 mm lze odstranit položením nátěru a emulzního kalového zákrytu (EKZ). Větší hloubky porušení lze odstranit položením emulzního kalového zákrytu speciálního (mikrokobercem - EKZS) a asfaltového koberce tenkého v tloušťce do 30 mm. Pouze nátěrovou technologii lze použít na běžnou údržbu jako odstranění porušení povrchu na ojedinělých a nebo nesouvislých plochách. Na odstranění vyjetých kolejí, jejichž hloubka se již nezvyšuje, lze použít jejich vyplnění mikrokobercem nebo asfaltovým kobercem tenkým. Úzké (v šířce do 5 mm) nebo mozaikové trhliny lze udržovat rovněž nátěrem nebo emulzním kalovým zákrytem. Úzké podélné nebo příčné trhliny se utěsňují zálivkou s šířkovým překrytím trhliny nebo rozšířením a vyčištěním trhliny a jejím vyplněním zálivkou. Údržba je tedy v souladu se zavedenou praxí definována tloušťkou úpravy do 30 mm. Všechny zmíněné technologie údržby byly již popsány v kapitole 5.4.5. Návrh oprav je nákladnější a je nutno ho podepřít zkouškami zkoumajícími příčinu poruchy. Provádí se zkoušky únosnosti, sondáž, odběr vzorků a jejich zkoušení v laboratoři. Na jejich základě se pak navrhnou technologie oprav jako jsou odstranění porušených vrstev a položení nové nebo nových vrstev, recyklážní technologie asfaltového krytu, zesílení vozovky nebo dokonce rekonstrukce celé vozovky. Některé z těchto technologií byly zmíněny poprvé. 5.4.25 Technologie oprav Pokud jsou krytová nebo krytové asfaltové vrstvy porušeny (ztrátou hmoty, trvalými deformacemi) a navrhne se jejich výměna, provede se odstranění vrstvy frézováním. Při odstraňování trvalých deformací se podle výsledku laboratorních zkoušek frézuje 50 až 120 42

mm, výjimečně až 180 mm vrstev z asfaltových směsí. Otočný buben frézy osazený samoostřícími se noži za pomalé jízdy frézy vylamuje na hloubku záběru asfaltovou vrstvu a obvykle ji hned nakládá na nákladní automobil (viz obr. 5-26). Fréza může být vybavena i elektronickým naváděcím zařízením, takže odstranění vrstvy může být provedeno na zadanou rovinu. Plocha po odfrézování se opatří spojovacím postřikem a pokládají se nové vrstvy, které odstraněnou vrstvu nahradí. Frézu lze použít i na malé plochy k odstranění malých poruch, poruch při vpustech, poklopech apod. Odfrézovaný materiál se použije při výrobě v obalovnách nebo přímo na místě pokládky. Odstranění porušených vrstev na menších plochách (obvykle porušené trhlinami v asfaltových vrstvách) se spojuje se zesílením. Nahradí se porušená část vrstev a pak se ke konstrukci vozovky přidá nová vrstva, kterou se omezí namáhání jak stmelených vrstev vozovky, tak podloží. Tato úprava prodlouží dobu životnosti vozovky.

Obr. 5-26 Silniční fréza odstraňující vrstvu vozovky

Obr. 5-27 Recyklační souprava Remix a

Remix- Plus

Pokud porušená obrusná vrstva umožňuje zlepšení vlastností přidáním některé složky asfaltové směsi (přidání frakce kameniva, pojiva), je možno použít recyklážní technologii na místě.

43

Využívá se hlavní přednosti asfaltu, povrch vozovky se zahřeje na teplotu zhutňování (viz obr.5-13) a vrstva se snadno rozpojí. Toto zařízení pod názvem Remixer je znázorněno na obr. 5-27. Existují dvě možnosti jeho využití. Rozpojená vrstva se v míchačce promíchá s nově přidanou asfaltovou směsí doplňující chybějící složku směsi a položí se jako nová vrstva namísto porušené vrstvy. Druhé použití Remixeru umožňuje položení rozpojené vrstvy do nového povrchu (odstraní se nerovnosti, zvláště při poruchách ztráty hmoty) a na tuto vrstvu se druhou kladinou finišeru položí tenká nová obrusná vrstva. Obě vrstvy se naráz zhutní. Tato druhá technologie se označuje jako Remix-Plus. Vozovky z nestmelených kameniv rozšiřované, zesilované a neustále opravované bez zlepšení rovnosti je vhodné re-cyklovat celé upravenou silniční frézou podle obr. 5-28. Rozpojením vozovky a promícháním asfaltových a nestmelených vrstev s cementem se získá kvalitní a relativně stejnorodý podklad v celé šířce vozovky. Na takto vybudovaný podklad se podle dopravního zatížení položí 50 až 150 mm asfaltových vrstev.

Obr.5-28 Úplná recyklace vozovky jejím rozpojením silniční frézou za přidání cementu a vody Jisté problémy s údržbou a opravami přináší cementobetonové vozovky. Všechny technologie údržby jako je nátěr, emulzní kalový zákryt nebo asfaltový koberec tenký lze také použít, ale obvykle měly krátkou dobu životnosti. Uplatňuje se tedy technologie utěsňování spár a trhlin a broušení schodků na spárách nebo vyrovnání desek a podinjektováním cementovou maltou. Další opravy směřují k odstranění porušených desek vybourá-ním nebo vyzdvižením a novým vybetonováním desky. Velmi často se používá zesílení vozovky asfaltovými vrstvami, ale ani tloušťky přes 250 mm nedokázaly zabránit prokopírování spár a trhlin do asfaltového krytu. Proto se v poslední době přistupuje k rozbití betonových desek na segmenty (obvykle pomocí padající ocelové desky) s vytvořením mikrotrhlin, které umožní teplotní pohyby bez ovlivnění asfaltových vrstev. Tímto opatřením se z tuhých vozovek učiní vozovka netuhá. 5.4.26 Údržba a opravy vozovek silničních sítí Při návrhu údržby nebo oprav každého jednotlivého úseku pozemní komunikace se bere v úvahu ekonomické posouzení navržené technologie. Vybere se ten technologický soubor prací údržby nebo oprav, který má při uvážení jeho předpokládané doby životnosti nejnižší průměrnou cenu nebo náklady na provedení. Do ekonomického posouzení je nutné

44

vzít v úvahu i náklady na řízení nebo odklon silničního provozu v době provádění údržby nebo oprav a je vhodné zahrnout i ztráty v silničním provozu v době provádění údržby nebo oprav (ztráta času, nehodovost). Při výběru vhodné technologie se přihlíží k ekonomickým přínosům údržby a oprav: • běžnou údržbu a lokální opravy se doporučuje neodkládat, jakékoliv opožděné provedení údržby a oprav je mnohem nákladnější (poruchy mají kvalitativní a kvantitativní vývoj). • z technologií souvislé údržby a oprav se vybírá ta, která má minimální průměrnou cenu: průmCENA = CENA/ŽIVOTNOST

(5.2)

kde průmCENA CENA ŽIVOTNOST

je průměrná cena nebo náklady, Kč/rok je celková cena nebo náklady na provedení údržby nebo oprav se zahrnutím nákladů na opatření pro regulaci dopravy, Kč, je předpokládaná doba životnosti údržby nebo oprav při daném dopravním zatížení, roky.

Doby životnosti jednotlivých technologií údržby a oprav vyplývají z podstaty technologie a dále jsou závislé na dopravním zatížení, prostředí a kvalitě provedení. Při navrhování údržby a oprav dané sítě pozemních komunikací přistupují hlediska upřednostnění údržby nebo opravy některých úseků před druhými. Tento proces optimalizace musí být rovněž založen na ekonomických principech. Nejprve se vybraná údržba nebo oprava provede na těch úsecích, kde dochází k největším celkovým ztrátám v silničním provozu (ztráty nehodovostí, zvýšené náklady uživatelů při snížené provozní způsobilosti, zvýšené spotřeby času a pohonných hmot, opotřebení vozidel a negativní vlivy na uživatele a okolí pozemní komunikace). Podle objemu finančních prostředků se tak navrhuje postupně údržba a opravy na důležitějších úsecích vozovek až na některé méně důležité úseky prostředky nezůstanou. Jako kritéria optimalizace údržby a oprav sítě pozemních komunikací lze použít podíl: průmCENA/PŘÍNOS

(5.3)

kde průmCENA PŘÍNOS

je průměrná cena nebo náklady podle vzorce (5.2), Kč/rok, je součet ztrát v silniční dopravě při snížené provozní způsobilosti a při provádění údržby nebo opravy. Ztráty v dopravě jsou ovlivněny celou řadou vlivů, které zatím nebyly sledovány a vyčísleny. Proto lze PŘÍNOS definovat intenzitou přejezdů vozidel po daném úseku komunikace a tím je dosaženo relativního porovnání přínosu platného stejně pro všechny komunikace v dané síti.

Další nevyčíslovaná kritéria optimalizace mohou být: • bezpečnost silničního provozu, zejména nehodové úseky, • politický, správní, kulturní a jiný význam.

45