Betonové povrchy dálnic: Historie, technologie a budoucnost

V České republice a v zahraničí je často diskutována otázka, který typ krytu je vhodnější - cementobetonový (CB) nebo asfaltový. Betonové vozovky jsou v České republice realizovány výhradně pouze na některých silnicích dálničního typu, což jsou velmi zatížené komunikace. Jízda po vozovce s betonovým povrchem je v letních slunečných dnech komfortnější, povrch nevykazuje tak vysoké teploty. V porovnání s asfaltovým krytem vykazuje cementobetonový kryt řadu předností, avšak jeho dlouhá životnost je paradoxně to, co mu u uživatelů komunikací nejvíce škodí.

Historie a vývoj betonových vozovek

Historie výstavby betonových vozovek v 60. a 70. letech ukazuje, že CB kryt se až na malé výjimky pokládal na asfaltovou mezivrstvu tloušťky 4 cm, pod kterou byla podkladní vrstva ze stabilizace cementem tloušťky 24 cm. Spáry byly řezány jako úzké, tloušťky 3 mm, a zůstávaly bez jakéhokoliv utěsnění po dobu provozu 20 i více let. Tyto technologie pokládky CB krytů, stejně jako ostatní stavební technologie z té doby, jsou v současné době překonány.

Už od roku 1994 se v České republice budují cementobetonové kryty novou technologií - spáry jsou opatřeny trny a kotvami proti rozevírání spár a vzniku schůdků na spárách. Makrotextura povrchu krytu je vytvářena vlečenou jutou, takže hlučnost je srovnatelná s hlučností na asfaltových krytech. Tím byly nedostatky cementobetonového krytu odstraněny, bohužel však většina veřejnosti vnímá a hodnotí cementobetonový kryt z pohledu uživatele D1, tedy vnímáním pohodlí jízdy na cementobetonovém krytu starém více než 35 let, který je na konci životnosti.

Betonové kryty vozovek mají v Rakousku dlouhou a nepřerušenou tradici s výraznou akcelerací od 80. let minulého století. Betonové kryty jsou v Rakousku s ohledem na pevnost, přenos zatížení, protismykové vlastnosti, světlost a odolnost proti obrusu a deformacím pokládány za vhodné pro všechny dopravní plochy. Již v roce 1990 byla v Rakousku zavedena technologie vymývaného betonu s maximálním zrnem 8 mm - především se zřetelem na nízké emise hluku.

Výhody betonových vozovek

• Dlouhá životnost: Životnost samotného CB krytu je delší než u asfaltových vozovek. Bavíme se v řádu desítek let a je v dlouhodobém horizontu i ekonomicky výhodnější. Podle dostupných studií jsou pro betonový kryt vozovky, správně dimenzovaný a postavený podle moderních hledisek, reálné intervaly obnovy 40 let. Při základní a minimální údržbě je předpokládaná životnost tohoto typu vozovky minimálně 30 let, u asfaltových vozovek je životní cyklus mnohem kratší.
• Odolnost proti vyjetým kolejím: Na rozdíl od asfaltu zde nevznikají nebezpečné vyjeté koleje, kde by se hromadila srážková voda a mohlo dojít k aquaplaningu. Na betonové vozovce se nikdy nevyjedou koleje.
• Nižší valivý odpor a úspora paliva: Betonové vozovky mají tuhý povrch a tím i nižší valivý odpor ve srovnání s vozovkami z jiných materiálů. Studie, které jsou k dispozici pro nákladní automobily, prokázaly, že se jedná o úsporu 4,5 litru paliva na 1000 km.
• Světlý povrch: Betonové povrchy se také vyznačují světlým povrchem. To znamená, že lze snížit spotřebu energie na osvětlení nejen ve městech, ale zejména v tunelech. V létě navíc nedochází k nadměrnému přehřívání povrchu konstrukce, což se může pozitivně projevit v intravilánech měst.
• Recyklovatelnost: Beton lze recyklovat a opět ve formě recyklátu následně použít.
• Lokální produkt: Beton je z hlediska udržitelného rozvoje místním produktem (tj. produktivita, zaměstnanost a přidaná hodnota ovlivňuje celý region). Také použité suroviny mají místní původ - písek a kamenivo, cement a samozřejmě i voda.
• Požární bezpečnost: U tunelových objektů je betonový povrch daný vzhledem k požární bezpečnosti - hořlavosti živice nebo asfaltu.

Nevýhody a výzvy

• Pořizovací náklady: Pořizovací náklady jsou u betonu vyšší než u asfaltu. Nicméně, pokud se k tomu připočtou náklady na zhruba 20letý provoz - protože asi tak dlouho vydrží beton bez zásahu - pak se cena v podstatě vyrovná.
• Hlučnost: Jízda po betonu je celkově hlučnější a je v autě znát. Technologie výrazně pokročily, takže beton položený v osmdesátých letech je podstatně hlučnější než ten současný. Nicméně, technologie betonu s obnaženým kamenivem je tišší než standardní cementobetonový kryt.
• Náročnost rekonstrukce: Nevýhoda betonových vozovek je jejich rekonstrukce, protože se musí postupovat po celcích.
• Dostupnost frakce kameniva: Problém je s frakcí 4/8, která tvoří protismykové vlastnosti povrchu vozovky, kterého je nedostatek.
• Závislost na kvalitě dodávek: Neustálá kontrola kvality dodávek materiálu je velmi vyčerpávající.

Technologie a materiály

Moderní betonové směsi jsou hodně suché, ale zároveň plastické. Používá se 4frakční spodní vrstva betonu, aby se docílilo co možná nejlepší plynulosti křivky zrnitosti. Maximální zrno do spodní vrstvy je 32 mm z důvodu lepší kostry betonu a s tím je spojená lepší polohová stabilita kluzných trnů a kotev. Do horní vrstvy se snaží fr. 4/8 odebírat od jednoho dodavatele vzhledem k jeho kvalitě, pokud je k dostání.

Čtěte také: Inovace v silniční infrastruktuře Rakouska

Na beton se kladou vysoké nároky: odolnost proti opotřebení (obrusu), odolnost proti mrazu a povětrnostním vlivům, odolnost proti rozmrazovacím a posypovým prostředkům atd. Ke zhotovení betonových krytů je třeba použít struskoportlandský cement CEM II A-S (DZ), třída pevnosti 32,5 nebo 42,5. Pevnost v tahu ohybem ve stáří 28 dnů musí být nejméně 7 MPa. Jemnost mletí, stanovená jako specifický povrch podle Blaina, nesmí překročit 3500 cm2g-1; počátek tuhnutí nemá být méně než 120 minut.

Kvalitní kamenivo odolné proti ohlazování a obrusu je drahé, a používá se proto jen pro horní beton. Spodní může být zhotoven z místně dostupného levného kameniva nebo také z recyklátu ze starého betonového krytu. Beton pro horní a spodní vrstvu obsahuje umělé vzduchové póry. V Rakousku se povrch betonového krytu provádí převážně jako povrch z vymývaného betonu se sníženými emisemi hluku. Odvodnění podkladu krytu má být zajištěno pokládkou plochých drenážních profilů do vyfrézovaného asfaltového podkladu.

Dvouvrstvá technologie s obnaženým kamenivem

V průběhu užívání betonových vozovek se ukázalo, že dosud používaná úprava vlečenou jutou není schopna vzhledem ke stále se zvyšující intenzitě dopravy zajistit dlouhodobou trvanlivost protismykových vlastností. Proto bylo při modernizaci dálnice D1 zvoleno vytváření makrotextury povrchu technologií betonu s povrchem z obnaženého kameniva, tzv. „exposed aggregate concrete“.

Hlavní předností této technologie jsou především její protismykové vlastnosti, ale zkušenosti s tímto povrchem potvrzují, že je také tišší než standardní cementobetonový kryt. Technologie obnaženého kameniva je velmi progresivní, klade však na zhotovitele vysoké nároky na dokonalé zvládnutí celého procesu pokládky. Jakákoliv závada podélné i příčné rovnosti krytu nebo existence jakékoliv vady povrchu je v naprosté většině případů opravitelná pouze vybouráním vadného úseku.

Celková tloušťka cementobetonového krytu na modernizované dálnici D1 je 27 cm, z toho horní vrstva činí nejméně 5 cm. Obnažení kameniva se provádí za sucha vymetením povrchové vrstvy malty ocelovými rotačními kartáči. Čas provedení je závislý hlavně na klimatických podmínkách při provádění, teplotě vzduchu i betonové směsi, oslunění apod., obvykle se však pohybuje od cca 6 do 24 hodin od pokládky.

Čtěte také: beton versus asfalt: srovnání dálničních povrchů

K pokládce cementobetonového krytu je využívána osvědčená dvouvrstvá technologie dvou za sebou jedoucích finišerů, které pokládají vrchní beton do čerstvě zhutněné vrstvy spodního betonu. Přední finišer rozhrnuje a hutní spodní vrstvu betonu s kamenivem o max. zrnu 32 mm a ukládá do míst budoucích příčných spár kluzné trny. Do podélných spár se vkládají kotvy. Následně je na čerstvý spodní beton položena finální směs horního betonu s kamenivem o max. zrnu 8 mm.

Spáry a jejich údržba

Dnes jsou nové betonové kryty v Rakousku již zhotovovány pouze s utěsněnými spárami. Na základě speciálního výzkumu dlouhodobého chování systému spáry (šířka spáry, utěsnění spáry, trny/kotvy, odvodnění spodního líce) bylo rozhodnuto v budoucnu pokud možno trvale utěsňovat všechny spáry při ponechání jistícího odvodnění podkladu betonového krytu.

Co se týká samotného těsnění spár mezi jednotlivými deskami, tak zde ta životnost není tak dlouhá. Je potřeba, aby se prováděla obnova těsnění desek a tím se prodlužuje životnost celé cementobetonové dálnice. Dilatační spáry navrhuje projektant. V modernizovaném úseku dálnice jsou provedeny po cca 500 - 700 m dilatační spáry o šířce 2 cm s vložkou ze Styroporu, buď v pracovní spáře, nebo častěji, vzhledem ke kontinuální betonáži, přímo vkládané do čerstvého betonu a přejížděné finišery.

Porovnání betonových a asfaltových vozovek

Je velmi obtížné dát jednoznačnou odpověď na poměr pořizovacích (stavebních) nákladů, vždy záleží na výsledcích nabídkového řízení. Cena díla je ovlivňována řadou faktorů - blízkostí obaloven asfaltových směsí, zdrojů kameniva, počtem uchazečů o zakázku apod. Existují stavby, na nichž je cementobetonový kryt levnější než asfaltový, ale jsou stavby, kde je tomu naopak.

Provozní náklady vychází jednoznačně ve prospěch cementobetonového krytu. U starých úseků po 25 letech provozu na D1 u Brna bylo prokázáno, že celkové finanční náklady na cementobetonový kryt dosáhly pouhých 57 % nákladů vynaložených na asfaltovou vozovku. To znamená, že náklady pro betonové vozovky na těžce zatížených úsecích jsou v dlouhodobém horizontu podstatně nižší, než pro vozovky asfaltové.

Čtěte také: Modernizace betonových dálnic

Ve fázi výstavby má větší dopady na životní prostředí (CO2) betonová vozovka, ve fázi vlastního provozu pak vozovka asfaltová. Po dobu celé životnosti jsou dopady srovnatelné.

Priorita výběru krytu

Existuje metodický pokyn, v němž se stanovuje priorita cementobetonového krytu na silně zatížených komunikacích, na nichž je průměrná denní intenzita dopravy vyšší než 7500 těžkých nákladních vozidel. Na komunikacích s průměrnou denní intenzitou dopravy mezi 3500 a 7500 těžkých nákladních vozidel bude volba krytu otázkou soutěže, přitom bude mít prioritu CB kryt, pokud nebude jeho cena vyšší o více než 15% ve srovnání s asfaltovým krytem.

Tabulka níže uvádí přehled základních hledisek, která by neměla být opomenuta při výběru vhodné konstrukce vozovky:

Konkrétní realizace a zkušenosti

Z velké části jsou betonové dálnice v ČR D1, D2, D5, R48. Realizovaly se i letištní plochy, například na vojenském letišti v Praze Kbelích nebo v Českých Budějovicích, a dále v tunelech, kde je naší poslední realizací úsek Prešov západ - Prešov Jih na slovenské D1.

Největší výzvou byla modernizace D1 úsek 23 - Ostrovačice, během jedné stavební sezóny položit 10 km cementobetonového krytu v obou směrech dálnice. Což se podařilo na jedničku! I přes nepříznivé počasí bylo potřeba betonovat co největší záběry během krátké doby.

Před několika lety se na D1 stala dopravní nehoda, hořela zde cisterna a do smršťovacích spár zatekl roztavený kov z hořícího nákladního vozu. Vlivem letních extrémních teplot se nemohly desky vzájemně roztahovat a pracovat, jak by měly, protože jim v tom bránil zateklý kov. Síla v betonu šla cestou nejmenšího odporu, tedy vzhůru. Během dvou dnů se poškození opravilo. Je potřeba provádět důkladnou údržbu veškerých spár v cementobetonové vozovce, aby nebylo bráněno vodorovnému posunu desek a potom by k tomu nemělo docházet.

Budoucnost betonových vozovek

Rostoucí provoz a vysoká důležitost pro přepravu zboží všemi směry klade obrovské nároky na kvalitu a kapacitu našich silnic. Budoucí silnice musí splňovat ještě více požadavků, jako je např. bezpečnost silničního provozu, nízká spotřeba paliv, omezení vlivu na kvalitu životního prostředí i klimatu. Je nutno zohlednit celkové náklady v průběhu životního cyklu, od výstavby přes provozování až po následnou demolici.

Betonové silnice splňují do značné míry tyto základní požadavky, a to trvanlivost a recyklovatelnost. Pro jakékoliv technické zadání existuje vždy několik možností. Všechny mají své právo na existenci. Ve fázi projektování často nelze okamžitě rozeznat výhody a nevýhody jednotlivých variant řešení. To znamená, že při správném dimenzování vozovek nelze jednoznačně odpovědět na otázku, zda se jedná o návrh optimální.

I přes maximální zatížení mají betonové vozovky velmi dlouhou životnost. Existuje ještě mnoho betonových povrchů, které zůstávají použitelné bez velkých nákladů na opravu mnohem déle než plánovaných 30 let. Tato skutečnost iniciovala myšlenku přenosu technologie vyvinuté pro dálniční sítě rovněž pro komunikace nižších tříd. Hlavním úkolem je proto hledat nové metody pokládky, uplatnit nová technologické zařízení, která lze díky menším a kompaktnějším rozměrům využít i na limitovaném prostoru komunikací nižších tříd. Alternativou pak může být rovněž použití válcovaného betonu, popř. cementové stabilizace.

tags: #dalnice #povrch #beton #informace

Oblíbené příspěvky:

• Kompletní průvodce truhlářskými potřebami
• Doba tvrdnutí betonu
• Komplexní přehled betonu z Výkleků
• Vše o žáruvzdorném materiálu
• Srovnání střešních nosičů a nosičů na tažné zařízení