Principy návrhu betonových vozovek

Cementobetonové kryty mají v České republice dlouhou tradici. Na dálničních úsecích vozovek se při vyšší intenzitě provozu dává přednost variantě vozovky s cementobetonovým (CB) krytem.

Výběr technologie vozovky

Při rozhodování o volbě krytu vozovky by měl správce pozemní komunikace použít postup, který je v ČR uveden v metodickém pokynu Ministerstva dopravy s názvem „Zásady pro hodnocení výhod a nevýhod asfaltových a cementobetonových technologií z hlediska jejich použití na dálnicích, rychlostních silnicích a silnicích I. třídy.“ Rozhodovací proces by měl zahrnovat technická i ekonomická hlediska a analýzu případných dalších vlivů.

Při výběru konstrukce vozovky se musí mimo nákladů na realizaci zohlednit především životnost vozovky, plánované dopravní zatížení, geologické vlivy, klimatické vlivy, přednosti, respektive nedostatky každé varianty z hlediska následné údržby, opravy, rekonstrukce a podobně. Na základě všech těchto údajů se provede komplexní technicko-ekonomické posouzení možných variant řešení pro jejich použití v konkrétních podmínkách. Hlavním kritériem pro rozhodnutí je třída dopravního zatížení (především hodnota NVp odpovídající průměrnému počtu nákladních vozidel za 24 h v obou směrech pozemní komunikace v průběhu návrhového období).

V případě mostů je rozhodnutí o volbě technologie krytu složitější, a proto ho nelze vyjádřit formou jednoduchého schématu. Hlavními kritérii jsou délka mostu, druh mostního dilatačního závěru, plánovaná třída dopravního zatížení a plynulost provozu na mostě.

Srovnání nákladů a životnosti

Srovnání celkových nákladů na výstavbu, údržbu a opravy vozovek s cementobetonovým (CB) a asfaltovým (AB) krytem pro různě dlouhá období provádí řada výzkumných ústavů a správců po celém světě s různými výsledky. Ideální je, pokud se provede srovnání na úsecích, které byly vybudovány v přibližně stejnou dobu a byly vystaveny stejným klimatickým vlivům a stejnému dopravnímu zatížení. V první řadě se srovnávají pořizovací náklady.

Čtěte také: Jak zajistit dlouhou životnost střešního pláště

Srovnání dlouhodobých nákladů po dobu životnosti vozovek provádělo Ředitelství silnic a dálnic ČR (ŘSD) na několika úsecích dálnice D1 a D2. V roce 2003 výsledky prezentovalo mimo jiné na konferenci Cementobetónové vozovky 2003, která se konala v Bratislavě. V letošním roce byly tyto výpočty doplněny o náklady za posledních 9 let.

Jak je vidět, v obou případech jsou vyšší náklady v případě úseku s asfaltovým krytem. Další předpoklad potřeb zásahů na těchto úsecích je následující: oba typy krytů dnes již vyžadují větší zásah pro zajištění sjízdnosti, CB kryty z důvodu schůdků na spárách, asfaltové kryty z důvodu rozpadu obrusné a ložní vrstvy a vyjetých kolejí. Jelikož první úseky dálnice D1 s cementobetonovým krytem byly uvedeny do provozu již v roce 1971, je potřeba se průběžně zabývat údržbou a opravami těchto vozovek.

V roce 2010 proběhla aktualizace dvou základních předpisů Ministerstva dopravy z této oblasti. Šlo o TP 62 Katalog poruch vozovek s CB krytem a TP 92 Navrhování údržby a oprav vozovek s CB krytem. V katalogu poruch je v současné době uvedeno 40 typů poruch, z nichž každá má svůj katalogový list.

Charakteristické vlastnosti betonových vozovek

Některé z požadavků jsou pro betonové konstrukce velmi charakteristické. Betonové silnice splňují do značné míry tyto základní požadavky, a to trvanlivost a recyklovatelnost. Základní vlastnosti obou nejčastěji používaných materiálů - visko elasticita asfaltu a elasticita betonu - jsou příčinou odlišného chování v době použití. Zohlednění časového faktoru je proto velmi důležité.

Beton lze recyklovat a opět ve formě recyklátu následně použít. Kromě toho je beton 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 (účinné využívání zdrojů). Ve smyslu LCA a za účelem optimalizace co nejnižší spotřeby energií a co nejnižších emisí CO2 by měly být hodnoceny všechny fáze životního cyklu konstrukcí - od realizace až po likvidace.

Čtěte také: Kompletní průvodce hydroizolací plochých střech

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. 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. Výkonné moderní komunikace musí splňovat jak bezpečnost, tak i předem vypočitatelnou dostupnost.

Podkladní vrstvy vozovek

Podkladní vrstvou vozovky se rozumí spodní část vozovky určená k roznášení tlaků vozidel z krytů vozovky na podloží.

Popisuje se několik typů podkladních vrstev:

• Podkladní vrstva ze zeminy nebo štěrkopísku stabilizované cementem nebo vápnem: Obsahem standardu je promísení místního materiálu půdní frézou, nebo promísení nakupovaného materiálu v míchacím centru a přísun na místo uložení, nebo použití zásobníku sypkých hmot s dávkovacím zařízením sypkých hmot, rozprostření cementu nebo vápna ručně, malou mechanizací, dozerem nebo autogrejdrem, ruční vyrovnání, rozprostření a zpracování finišerem, kropení autokropičkou, zhutnění válcem, ruční vyrovnání.
• Podkladní vrstva z kameniva těženého nebo štěrkopísku, škváry, strusky, hlušiny nebo sypaniny: Zhotovená z kameniva těženého, štěrkopísku, škváry, strusky, hlušiny, nebo ze sypaniny ze zemníku nebo z výkopu v trase. Obsahem standardu je rozprostření s vyrovnáním ručně, nebo malou mechanizací, dozerem nebo autogrejdrem, ruční vyrovnání, nebo rozprostření a zpracování finišerem, případně kropení autokropičkou, zhutnění válcem, ruční vyrovnání.
• Podkladní vrstva z kameniva hrubého drceného vel. 63 - 125 mm: Zhotovená z kameniva drceného vel. 63 - 125 mm. Obsahem standardu je ruční rozprostření s vyrovnáním nebo rozprostření autogrejdrem, nebo zpracování finišerem, ruční vyrovnání, případné kropení autokropičkou, zhutnění válcem, ruční vyrovnání.
• Podkladní vrstva z kameniva hrubého drceného vel. 32 - 63 mm nebo štěrkodrti: Zhotovená z kameniva drceného vel. 32 - 63 mm. Obsahem standardu je ruční rozprostření s vyrovnáním nebo rozprostření malou mechanizací s ručním vyrovnáním, nebo rozprostření dozerem nebo autogrejdrem, ruční vyrovnání, případné kropení autokropičkou, zhutnění válcem, ruční vyrovnání.
• Podklad z minerálního betonu, z pálených jílů nebo popílku: Podkladní vrstva pro roznášení tlaků vozidel zhotovená z minerálního betonu nebo pálených jílů, nebo tepelně izolační vrstva z popílku. Obsahem standardu je ruční rozprostření s vyrovnáním nebo rozprostření autogrejdrem, ruční vyrovnání, případně zpracování finišerem, nebo kropení autokropičkou, zhutnění válcem, ruční vyrovnání.
• Podklad z kameniva obaleného asfaltem: Podkladní vrstva pro roznášení tlaků vozidel zhotovená z kameniva obaleného asfaltem. Obsahem standardu je přísun směsi, ruční rozprostření směsi, nahřívání kovového nářadí, nebo rozprostření malou mechanizací do šířky pruhu 2,5 m, ruční vyrovnání, nebo rozprostření a zpracování směsi finišerem, plnění zásobníku finišeru, ruční dodělávky, rozprostření autogrejdrem, ruční vyrovnání, zhutnění válcem.
• Podklad z prostého betonu: Podkladní vrstva pro roznášení tlaků vozidel zhotovená z prostého betonu. Obsahem standardu je ruční rozprostření směsi, stržení latí a vyrovnání povrchu, osazení výškových latí, zhutnění strojně, nebo rozprostření a zpracování směsi finišerem, hutnění vibrační deskou, ruční dodělávky, ošetření povrchu podkladu vodou.
• Podklad z kameniva zpevněného cementem: Podkladní vrstva pro roznášení tlaků vozidel zhotovená z kameniva zpevněného cementem. Obsahem standardu je ruční rozprostření s vyrovnáním nebo rozprostření autogrejdrem, ruční vyrovnání, případně zpracování finišerem, zhutnění válcem, ruční vyrovnání, ošetření povrchu podkladu vodou, na dálnici a letištních plochách postřik ochrannou emulzí a posyp drobným kamenivem.
• Podklad nebo kryt z vibrocemu: Vrstva vozovky založená na principu oddělené betonáže. Obsahem standardu je odstranění bláta nebo prachu s povrchu podkladu nebo krytu, rozprostření vrstvy kameniva, zhutnění kameniva, přísun a rozprostření cementové malty a vyplnění kameniva maltou pomocí povrchového vibračního zařízení.

Podceňovanou součástí komunikací a zpevněných prostranství bývá jejich nosná konstrukce, není po dokončení vidět, ale její správná funkce je základním předpokladem trvanlivosti a únosnosti zpevněných povrchů. Na tyto konstrukce je třeba použít drcené kamenivo. Ostatní dříve hojně užívané materiály jako třeba kopané nebo říční štěrkopísky nejsou vhodné. Prané a tříděné říční štěrky (tzv. kačírky) bez jemného výplňového kameniva jsou pro použití v komunikacích vysloveně nevhodné.

Základní vlastností vhodného materiálu je zaklínění jednotlivých zrn po zhutnění vrstvy vzájemně mezi sebou. To dokáží pouze ostrohranná zrna drceného kamene. Pokud použijeme kamenivo s kulatými zrny, nedokážeme je řádně zhutnit. Nejčastěji používané frakce na nosné vrstvy jsou 32/63 mm a pro komunikace s větším zatížením 63/125 mm. Označení frakce znamená, že menší číslo je nejmenší velikost zrna a větší číslo je naopak velikost největšího zrna, které se v materiálu nachází. Při kladení vrstev se každá nezávisle zhutní po maximálních tloušťkách 150 až 300 mm. Tloušťka závisí na hmotnosti a charakteru případných vibrací, kterými použité hutnicí zařízení disponuje. Je zde ještě jedna zásada, kterou je tloušťka vrstvy, jež musí být větší než jedenapůlnásobek velikosti největšího zrna. Pokud je nosná konstrukce vozovky u méně zatížené komunikace jednovrstvá, lze s výhodou použít frakci 0/32 mm nebo 0/63 mm. První číslo znamená, že směs obsahuje i prachová a jemná zrna, která při drcení kamene vznikla. Někdy se nazývá minerální beton.

Čtěte také: Platné normy v oblasti zakládání staveb

Pro řádnou funkci nosné konstrukce je nutná její propustnost pro srážkovou a náhodnou vodu. Vrstvy bez jemných součástí mají z logických důvodů větší propustnost pro vodu. Kamenivo použité na štěrk by mělo být pevné a nenasákavé. Nasákavost do 10 % nebo méně hmotnostního podílu vody. To zejména z důvodu opakovaného zatěžování mrazem. Ideální jsou žuly, diority, čedič a většina vyvřelých hornin. Usazené a přeměněné horniny jsou méně vhodnými materiály. Nosná konstrukce musí dobře propouštět srážkovou vodu, která se do konstrukce vsákne. Znamená to, že zároveň slouží jako drenážní vrstva. Pod nosnými vrstvami komunikací se nachází tzv. zemní pláň.

U zemní pláně je důležité ověřit její únosnost. Tu stanoví zkouškami inženýrský geolog formou velikosti modulu přetvárnosti. Pro naše potřeby stačí pro pěší a cyklistické komunikace Edef,2 = 30 MPa a pro komunikace zatížené automobilovou dopravou Edef,2 = 45 MPa. Pokud zemní pláň nedosahuje těchto minimálních parametrů únosnosti, je třeba ji upravit. Například vápennou či cementovou stabilizací. Zemní pláň by neměla být dlouho vystavena povětrnostním vlivům, zejména kvůli riziku jejího rozbřednutí po deštích. Také je třeba dodržet jednu velice důležitou zásadu - nikdy neobnažovat základovou spáru před zimním obdobím.

Pro zemní pláň je normami předepsán minimální sklon 3 až 5 %. Ten je vytvořen z důvodu odvodu prosáklé srážkové vody mimo těleso komunikace nebo zpevněné plochy. Zemní pláň je v drtivé většině případů v zámrzné hloubce cca 400 mm a stojící voda by po zamrznutí způsobila deformaci zemní pláně a i vrstev nad ní.

Technologie pokládky betonových vozovek

Pokládku betonových a asfaltových směsí při rekonstrukcích a výstavbě pozemních komunikací zajišťujeme odborníky s bohatou praxí v segmentu dopravních staveb. Pevnou základnu tvoří nejen specializovaní pracovníci, ale také vlastní specializované strojní vybavení a technologické prostředky. Kromě pokládky cementobetonových krytů dálnic, silnic a cyklostezek se zaměřujeme na další širokou škálu výstavby a služeb zahrnující zejména:

• Letištní dráhy a odbavovací plochy
• Parkoviště, manipulační plochy
• Monolitické betonové odvodňovací profily
• Monolitická betonová a železobetonová svodidla
• Montáž a výměna ocelových svodidel
• Podkladní vrstvy
• Strojní broušení cementobetonových krytů a řezání dilatačních spár
• Výroba a dodávka betonových směsí
• Montáž protihlukových stěn

Využíváme při práci komplexní sestavy strojů včetně moderních finišerů Wirtgen a Guntert & Zimmerman. Vlastníme mobilní betonárny pro výrobu konstrukčních a vozovkových betonů a směsí s hydraulickými pojivy. Supermobilní betonárna SBM Euromix 3000 s průměrnou kapacitou výroby až 250 m3/h umožňuje kontinuální i šaržové míchání. Její rychlé uvedení do provozu zajišťuje efektivní a flexibilní použitelnost při výstavbě.

Technologické vybavení pro betonové vozovky

Betonové vozovky v tunelech

Aby byla zajištěna bezpečnost a spolehlivá dopravní dostupnost, je pro vozovku v tunelu nutný dobrý návrh a vhodný výběr materiálů. Betonové vozovky a zejména vozovky se spojitě vyztuženým cementobetonovým krytem (CRCP) jsou pro tento účel maximálně vhodné. Tento příspěvek se nejprve zaměřuje na celkové vlastnosti a konstrukční aspekty betonových vozovek v tunelech.

Na kryt v tunelu v zásadě nejsou ve srovnání s kryty mimo tunel kladeny žádné zvláštní požadavky, kromě toho, že je potřeba vzít v úvahu několik odlišných okolností. Hlavní z nich je bezpečnost v tunelu, zejména možnost dobré evakuace a záchrany v případě vzniku požáru. Cementobetonové kryty, JPCP (spojitě nevyztužená cementobetonová deska) s kluznými trny a zejména CRCP (spojitě vyztužená cementobetonová deska), jsou pro použití v tunelech velmi vhodné. Beton je nehořlavý materiál, který při vystavení ohni neuvolňuje toxické plyny, a i při vysokých teplotách si zachovává velmi důležitou část svých statických vlastností. Beton není hořlavý, a proto nepřispívá k požárnímu zatížení, které určuje uvnitř tunelu riziko požáru a rozsah a následky z něj vyplývající.

Díky jasu betonu lze snížit intenzitu osvětlení, aniž by byla ohrožena viditelnost. Cementobetonové kryty, pokud jsou pokládány s přísadami odolnými proti obrusu, mají velmi vysoký součinitel tření, což má za následek dobrou odolnost proti smyku, která přetrvává po celou dobu životnosti. Konstrukce betonové vozovky se od klasického provedení neliší. Teplotní gradient ve vrstvě krytu je však mnohem omezenější, protože v tunelu nepůsobí přímé slunce a konstrukce může těžit z přítomnosti betonového podkladu tunelu, který poskytuje velmi tuhou základovou vrstvu. Proto může být tloušťka betonu mírně snížena a samotná podkladní vrstva může být vynechána. Přidání porézní asfaltové vrstvy pod sendvičovou vrstvu je technologie, která vzešla z konstrukce asfaltových vozovek v tunelech, kde existuje riziko infiltrace vody. Porézní asfaltová vrstva zabrání, aby voda vytvářela přímý tlak na asfaltový kryt. Na druhé straně přítomnost pórovité asfaltové vrstvy rozvede vodu takovým způsobem, že již nebude možné určit přesné místo průsaku. Kromě toho cementobetonový kryt bude méně ovlivněn tlakem vody v důsledku přítomnosti vody procházející trhlinou nebo spárou v tunelu než asfaltový kryt.

Pokládka cementobetonového krytu v tunelu je obdobou pokládky klasického krytu. Logistika však může být komplikovanější z důvodu omezeného prostoru, který je k dispozici co do výšky i co do šířky. Pokud se použije CRCP, musí být beton pokládán ve dvou fázích, aby byl umožněn transport materiálu. Pokud to světlá výška dovoluje, provádí se přeprava běžnými sklápěcími nákladními vozidly. Cementobetonový kryt lze pokládat v jedné nebo ve dvou vrstvách, metodou mokrý do mokrého. Pokud je prostor omezený, lze použít mobilní dopravníky, které umožňují, aby byl beton transportován přes prvky umístěné před finišerem (např. kluzné trny). Podobně lze postupovat při provádění vozovky ve dvou vrstvách současně. Použití provzdušňovací přísady do betonu se doporučuje v exteriéru, ale také uvnitř tunelů. Jako úprava povrchu cementobetonového krytu se upřednostňuje technologie obnažení kameniva, aby se co nejvíce snížil hluk vznikající odvalováním pneumatik.

V Belgii je standardní použití CRCP pro silně zatížené dálnice. Koncept se v průběhu let mírně změnil, z čehož vyplynula konstrukce uvedená v tabulce 1. Za účelem optimalizace struktury trhlin se ihned po betonáži provedou řezy iniciující trhliny. Tyto řezy jsou umístěny ve vzdálenosti každých 1,20 m a mají hloubku 40 mm a délku 400 mm. Za účelem snížení hluku vznikajícího odvalováním pneumatik se provádí stále více dvouvrstových CRCP metodou mokrý do mokrého, ale také jednovrstvých CRCP, s úpravou povrchu krytu technologií obnaženého kameniva s optimalizovaným rozložením velikosti kameniva, čímž lze dosáhnout nízkých úrovní hluku. V tunelech se doporučuje použít jednovrstvou CRCP. CRCP má tu výhodu, že se jedná o spojitou desku, pouze na začátku a na konci je třeba počítat s kotvícími opěrami, aby se zabránilo pohybu CRCP. Tyto opěry jsou umístěny mimo tunel. Kotevní oka jsou umístěna v zemi.

Případové studie tunelů

Dálnice E34 je nově postavená dálnice, která vede částečně kolem přístavu a částečně přes poldr s výhledy do široké krajiny, který tvoří přirozené sídliště pro ptactvo. Protože provoz není až tak hustý, byla zvolena asfaltová vozovka. Pro tunel a zahloubené části však byla zvolena dvouvrstvá CRCP. Byla zvolena dvouvrstvá CRCP, protože ne všechny části dálnice jsou zakryty, a proto musí být snížení hluku co nejvyšší. CRCP byl položen přes různé segmenty tunelu a zahloubené části bez přerušení ve 2 fázích: pravý jízdní pruh a odstavný pruh a následně levý jízdní pruh. Vozovka je umístěna na betonovém dně tunelu o tloušťce 1 m, s dvojitou asfaltovou mezivrstvou, 50 mm sendvičovou vrstvou (hutný asfaltový beton ABT) na 50 mm porézní asfaltové směsi. Provedení cementobetonového krytu zahloubené komunikace a v tunelu se významně neliší od klasického CRCP. Vzhledem k tomu, že výška tunelu přesahuje 5 m, nebylo nutné provádět žádná zvláštní měření z důvodu přepravy betonu, která se uskutečnila v otevřených zásobnících. Na dně tunelu je položena asfaltová mezivrstva o tloušťce 50 mm, na kterou se umisťuje příčná a podélná výztuž. Pokládka cementobetonového krytu probíhá v různých fázích: nejprve se provádí odstavný pruh a polovina pravého jízdního pruhu (přičemž se šířka odstavného pruhu výrazně mění po celé délce vozovky) a následně druhá polovina pravého jízdního pruhu a levý jízdní pruh. Ve vozovce nebyly provedeny žádné příčné pracovní spáry, protože betonování probíhalo 24 hodin denně, sedm dní v týdnu.

Oosterweelská spojka je koncipována pro těžkou nákladní dopravu a posune důležité dopravní toky jižní osy na severnější a kratší trajektorii procházející přístavem. Aby se minimalizoval dopad stavby, byla Oosterweelská spojka navržena převážně jako podzemní infrastruktura. CRCP o tloušťce 25 cm je položen na asfaltovou sendvičovou vrstvu o tloušťce 50 mm a porézní asfaltovou vrstvu položenou pod ní, aby byl zajištěn odtok vody, která by mohla prosakovat prvky tunelu. CRCP bude provedena v jedné vrstvě, v různých fázích. Nejprve bude položen pravý a střední jízdní pruh a poté levý. Pozornost bude věnována poloze podélné spáry. Nutnost minimalizovat dopady silničních sítí na životní prostředí vede projektanty k využívání tunelů nebo zahloubených komunikací, zejména v okolí měst, přírodních rezervací apod. Cementobetonové kryty a zejména CRCP jsou ideální pro použití jako kryty v tunelech.

tags: #principy #návrhu #betonových #vozovek

Oblíbené příspěvky:

• Co zvážit před instalací plechové krytiny
• Efektivní řešení pro sanaci vlhkého zdiva
• Druhy palubek
• Unikátní design betonových květináčů
• Průvodce podhledy střech historických objektů