Použitie oceľovej výstuže do asfaltových vozoviek

Neustály nárast dopravy a zvyšovanie zaťaženia ciest vyžaduje použitie inovatívnych riešení vystuženia asfaltových vrstiev pri použití tradičného zloženia vozovky. Úlohou vystuženia je zlepšiť, optimalizovať charakteristiky tradične používaných materiálov, t. j. redukovať vznik pozdĺžnych a priečnych trhlín, redukovať vytváranie koľají a, samozrejme, zvýšiť životnosť vozovky s predĺžením intervalu údržby. Typy používaných výstužových materiálov sú rôzne – od špeciálnych bitúmenových polypropylénových geotextílií cez geomreže zo sklených vláken až po oceľové výstuže z dvojzákrutovej siete.

Prvýkrát boli výstužové prvky vo vozovke použité v 50. rokoch minulého storočia. Išlo o použitie oceľových sietí, keď princípom využitia pevnosti sietí bola známa skutočnosť, že asfaltová vrstva je schopná prenášať normálové zaťaženie, ale nie horizontálne zložky zaťaženia, ktoré prenáša práve výstuž. V 70. rokoch sa pre komplikácie s inštaláciou oceľová sieť používala v menšej miere. Nový rozmach používania oceľovej výstuže nastal v 90. rokoch, keď bola vyvinutá špeciálna oceľová dvojzákrutová sieť s vpletenými priečnymi prútmi, ktorá bola riešením všetkých problémov z minulosti (obr. 2).

Obr. 2  Oceľová dvojzákrutová sieť s vpletenými priečnymi prútmi	Obr. 3  Typy materiálov používané na vystužovanie a ich charakteristiky

Polemika z minulých rokov vzhľadom na použitie rôznych typov materiálov na výstuže do vozoviek sa ustálila pomerne jasne. Riešili sa dve hlavné otázky: aký typ materiálu po­užívať a akú má mať materiál štruktúru. Veľmi vhodným sa javí materiál s vyššou tuhosťou, čiže s relatívne nízkym pretvorením. Z geosyntetických materiálov ide najmä o používanie geomreží zo sklených vláken, z iných materiálov sa ukázalo vhodné použitie špeciál­nej oceľovej dvojzákrutovej siete. Na obr. 3 sú znázornené pretvárne charakteristiky jednotli­vých materiálov, pričom najlepšie charakteris­tiky jasne preukazuje oceľová sieť, potom skle­nené vlákno a ďaleko za nimi sú iné polyméry.

Realizované výskumy a dlhodobé skúsenosti z praxe poukazujú na viaceré požiadavky na efektívne použitie vystuženia vozovky:

• vysoká pevnosť v ťahu,
• vysoká tuhosť,
• odolnosť vystuženia počas inštalácie a prekrytí horúcou asfaltovou zmesou, 
• dobré spolupôsobenie medzi novou vrstvou, výstužou a pôvodnou vrstvou,
• výstuž by mala zostať plochá počas celého procesu realizácie (bez tvorby vĺn),
• nízky súčiniteľ tepelnej rozťažnosti,
• rýchle a jednoduché použitie výstuže,
• jednoduché odstránenie v prípade potreby.

Schopnosť asfaltových vrstiev odolávať ťahovému namáhaniu je obmedzená. Ak sú existujúce asfaltové alebo betónové vozovky pokryté novým asfaltom, budú staré (pôvodné) trhliny a spoje vo veľmi krátkom čase prenikať cez nové asfaltové vrstvy. Zvyčajne to vedie k rýchlemu zhoršeniu asfaltového povrchu. Pri použití vystuženia možno znížiť namáhanie v ťahu, oddialenie alebo zastavenie vzniku reflexných trhlín.

Z hľadiska štruktúry materiálu je veľmi potrebné nenarušiť spojitosť medzi jednotlivými vrstvami asfaltu vložením vrstvy vystuženia. Použitie geotextílií, ktoré fungujú ako separačná vrstva, považujeme za nevhodné, na čo poukazujú aj zlé skúsenosti z minulosti. Vhodné môžu byť geomreže, ešte lepšie sa ukazuje použitie priečne vystuženej dvojzákrutovej siete RoadMesh, ktorá v priereze tvorí 3D štruktúru a veľmi dobre prepája pod­ložnú a nadložnú vrstvu (obr. 4). Všetky bežné riešenia sa viac-menej sústreďujú najmä na rekonštrukcie vozoviek, prípadne napájania nových násypov na staré telesá. Výnimočne sa používajú výstužové vrstvy aj na nových komunikáciách na zvýšenie ich životnosti pri vysokom dopravnom zaťažení.

Výsledky laboratórnych testov a testov in situ
Za posledných asi 15 rokov sa vykonalo niekoľko významných testovaní funkcie oceľovej výstuže RoadMesh v asfaltovej vozovke. Z týchto testov treba spomenúť výskum Nothinghamskej univerzity [1], výskum Univerzity v Cagliari [2], projekt Smart Road z USA [3] a projekt Univerzity v Catanii [4]. Prístupy a metódy jednotlivých výskumných tímov boli rôzne, ale výsledky sa v hlavných bodoch zhodujú:

• sieť RoadMesh je schopná predĺžiť životnosť vozovky s faktorom > 3,
• počet cyklov iniciujúcich vznik trhlín je znížený faktorom 1,15 – 3,6,
• faktor zníženia iniciácie vzniku trhlín varíruje medzi 1,36 – 1,52.

Veľmi zaujímavý bol napríklad výskum Nothinghamskej univerzity [1], kde porovnávali vznik trhlín v asfaltovej vrstve pri rôznych typoch výstuží. Simulovalo sa cyklické zaťaženie a merali sa vzniknuté trhliny pri daných cykloch. Výsledky dokladujú, že oceľová výstuž zvyšuje životnosť vozovky faktorom 3, čiže omnoho viac ako ostatné výstuže. Ďalšou témou výskumu bolo vyhodnotenie šmykovej pevnosti a tuhosti na rozhraní výstuže a asfaltu, kde autori konštatujú, že iba oceľová výstuž je schopná poskytnúť danú šmykovú pevnosť a tuhosť na rozhraní, kde ostatné výstuže ju majú značne redukovanú.

Technická špecifikácia siete RoadMesh
Výstužová sieť RoadMesh je vyrobená z dvojzákrutovej siete s priečne vpletenými prútmi rovnomerne rozdelenými vo vzdialenostiach 16 cm od seba. Oko hexagonálnej siete je typu 8 × 10 (podľa normy EN 10223-3).

Výroba RoadMeshu v Brezovej pod Bradlom plní všetky požiadavky na vnútropodnikovú kontrolu výroby v zmysle normy STN EN 15381: 2008 Geotextílie a geotextíliám podobné výrobky. Charakteristiky požadované na použitie na vozovky a asfaltové povrchy. Spoločnosť Maccaferri na základe certifikátu vnútropodnikovej kontroly výroby pre Road­Mesh S, L, LB, LB2 vydáva CE vyhlásenie o zhode.

Drôt je chránený proti korózii hrubým nánosom zinku podľa EN 10244-2 Trieda A. Hrúbka siete varíruje medzi 2,4 mm (priemer jedného drôtu) a 8,3 mm v miestach, kde priečny prút prechádza cez dvojzákrut siete. 3D charakter siete (vďaka rôznej výške) zaisťuje, že asfalt môže uzavrieť drôty siete bez toho, aby sa vytvorili oslabené šmykové zóny na roz­hraní siete. Iné výstužové prvky sú vďaka ich geometrii schopné absorbovať reflexné trhliny, ale keďže nie sú schopné integrovať do štruk­túry asfaltu, nemôžu redukovať vznik koľají.

Tab.  Špecifikácia dvojzákrutovej siete RoadMesh

Aplikácie a skúsenosti pri rekonštrukcii vozoviek
Výstužová sieť RoadMesh sa aplikovala na niekoľkých stavbách aj na Slovensku, niekoľko významných stavieb sa nachádza v Poľsku a v iných krajinách (USA, Taliansko, Spojené kráľovstvo atď.). Pôvodná technológia inštalácie siete bola pomocou upevňovania systémom nastreľovacích klincov, kde raster klincovania bol 1 kotviaci klinec na približne 1,5 m². Takouto technológiou sa budovalo mnoho stavieb s pozitívnymi, ale aj negatívnymi skúsenosťami. Negatívne skúsenosti súviseli najmä so snahou projektantov a investorov umiestniť sieť do horných partií ložnej vrstvy s minimálnym krytím. Pri kombinácii minimálneho krytia (< 5 cm) a zlého podkladu na kotvenie vznikali v niektorých miestach mierne vlny, ktoré sa museli následne opravovať. Pri správnej aplikácii možno aj klincovaním dosiahnuť dobrý výsledok, čoho dôkazom je aj aplikácia 20 000 m² siete RoadMesh na ceste R1 Trnava – Nitra, km 0,000 až 2,638 pri oprave zničenej komunikácie.

V roku 2007 sa na predmetnom úseku opravovala vozovka frézovaním asfaltových vrstiev v hrúbke 100 mm a následným položením dvoch nových vrstiev asfaltových zmesí v celkovej hrúbke 100 mm. Vozovka sa opravovala z dôvodu poklesu prevádzkovej spôsobilosti. Na jej úseku sa vyskytovali koľaje od 40 do 100 mm, priečne aj pozdĺžne trhliny a na niektorých miestach sieťový rozpad obrusnej vrstvy. Únosnosť vozovky bola dostačujúca. Vývoj porúch v mieste ich výskytu smeroval k čiastočnému a neskôr úplnému rozpadu vrstvy krytu vozovky. Po oprave bola vozovka počas troch rokov zaťažená ťažkou nákladnou dopravou (aj k závodu Peugeot-Citroën). Na základe výsledkov podrobnej vizuálnej prehliadky spoločnosti VUIS-CESTY, spol. s r. o., môžeme konštatovať, že vozovka po troch rokoch používania nevykazuje žiadne poruchy a prevádzková spôsobilosť vozovky nedegraduje. Zámer opravy eliminovať tvorbu koľají (trvalých deformácii) a zamedziť kopírovaniu trhlín z hydraulicky stmelených podkladových vrstiev použitím výstužového prvku RoadMesh bol splnený [6].

Rovnakou technológiou sa vybudovalo niekoľko 100 000 m2 komunikácii v Poľsku vo Vroclave, Varšave, ale aj v iných mestách.

Napriek zväčša dobrým skúsenostiam sme sa rozhodli systém inštalácie inovovať a využiť pri tom skúsenosti spoločností zaoberajúcich sa realizáciou asfaltových vozoviek. Ako prvé testovacie stavby sa aplikovali menšie inštalácie v Poľsku, kde sa technológia overila a následne použila na väčších stavbách. Ako ukážkovú referenčnú stavbu treba spomenúť aplikáciu pri rekonštrukcii letiska vo Vroclave (obr. 1). Použila sa tu nová technológia fixovania siete RoadMesh pomocou emulzného mikrokoberca ukladaného za studena. Po natiahnutí RoadMesh sa sieť na jednom konci fixuje klincami, vyrovnáva valcovaním a následne upevňuje asi 1,5-centimetrovou vrstvou mikrokoberca. Po vyštiepení sa ukladajú ďalšie vrstvy asfaltu. V prípade letiska vo Vroclave išlo o odfrézovanie vrstvy v hrúbke 12 cm a o vytvorenie novej vrstvy na báze siete RoadMesh, čo zaručuje veľkú životnosť letiskovej, vysoko zaťaženej vozovky. Táto technológia sa už použila na niekoľkých malých stavbách aj na Slovensku. Môžeme konštatovať, že realizácie boli úspešné, bez akýchkoľvek inštalačných problémov.

TEXT: Ing. Jozef Sňahničan
OBRÁZKY a FOTO: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE

Jozef Sňahničan je technický riaditeľ v spoločnosti MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Literatúra
1.    Brown, S. F., Thom, N. H., Sanders, P. J.: A Study of Grid Reinforced Asphalt to Combat Reflection Cracking. In: J. Assoc. Paving Technologists, 2001, Vol. 70, pp. 543 – 571.
2.    Coni, M., Bianco, P. M.: Steel Reinforcement Influence on the Dynamic Behavior of Bituminous
Pavement. In: Proceedings of the 4th International
RILEM Conference – Reflective Cracking in
Pavements, 2000, E & FN Spon, pp. 3 – 12.
3.    Mostafa, E., Al-Qadi, I.: Effectiveness of Steel Reinfor­cing Nettings in Combating Fatigue Cracking in New Pavement Systems. Paper N° 04-4901 presented at the 83rd Annual Transportation Research Board, 2004, National Research Council, Washington DC.
4.    Cafiso, S., Di Graziano, A.: Evaluation of Flexible
Reinforced Pavement Performance by NDT.
In: 82nd Annual Transportation Research Board, 2003, National Research Council, Washington DC.
5.    Prelovský, B.: Skúsenosti s aplikáciou oceľovej výstuže do asfaltových vrstiev. In: I. seminár letnej údržby pozemných komunikácií, 2009.
6.    VUIS-CESTY, spol. s r. o.: Vizuálna prehliadka vozovky rýchlostnej cesty komunikácie R1 v km 0,000 až km 2,638, máj 2010.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.