Podrobný prehľad: Ako vyzerá plánovanie obnovy konštrukcií vozoviek?

Na aktuálnom stave vozoviek na Slovensku sa podpísalo mnoho faktorov. Patrí medzi ne nedostatočná alebo chýbajúca údržba, nárast intenzity dopravy, zmena klimatických podmienok, na ktoré tieto vozovky neboli dimenzované, a v niektorých prípadoch aj nevhodne použité postupy pri realizácii opráv.

Z pohľadu čo najhospodárnejšieho vynakladania finančných, materiálových a energetických prostriedkov na efektívne využívanie vozoviek cestnej siete v určitých prevádzkových podmienkach je dôležitá rehabilitácia, ktorá zahŕňa sústavne organizovanú údržbu, opravy a obnovu vozoviek.

Vozovky pre motorové vozidlá musia byť z hľadiska používateľov udržiavané v prevádzkyschopnom stave tak, aby vytvárali podmienky pre bezpečnosť cestnej premávky. Pre zachovanie prevádzkovej spôsobilosti počas celého času užívania je potrebné ich udržiavať a opravovať – to predstavuje súhrn prác, ktoré sú plánovanou činnosťou.

Plán obnovy je potrebné mať vypracovaný pre každú konštrukciu vozovky v užívaní (podobne to platí aj pre novobudované vozovky), a to vzhľadom na rozdielne faktory vplývajúce na ich degradáciu v čase. Podkladom na hodnotenie stavu vozoviek v systéme hospodárenia sú výsledky diagnostiky vozovky, stavu zemného telesa a odvodnenia. Veľký podiel vozoviek je pritom už po návrhovej životnosti. Často sa v konštrukciách vozoviek vyskytujú poruchy až v podkladovej vrstve, prípadne je už vyčerpaná únosnosť podložia. Vtedy už nepostačuje len výmena obrusnej a ložnej vrstvy, pretože práve podkladová vrstva vozovky je potenciálnym zdrojom vzniku porúch závažného charakteru.

Podkladom pri rozhodovaní o údržbe, oprave alebo rekonštrukcii vozovky je zhodnotenie technického stavu vozovky. Hlavným zdrojom informácií pre analýzu technického stavu vozovky, jeho následné hodnotenie a návrh vhodných opatrení je kompletná diagnostika. Z tohto dôvodu je dôležité jednoznačné zaznamenanie, vyjadrenie a hodnotenie premenných parametrov vozovky, ktoré sa zhoršujú vplyvom kombinácie vnútorných a vonkajších faktorov.

Netreba zabúdať na pravidelnú údržbu, ktorou možno spomaliť proces fyzického opotrebovania vozovky a predchádzať jeho následkom. Údržbové technológie priamo vplývajú na povrchové vlastnosti vozoviek.

Každý návrh rehabilitácie vozovky by sa mal vypracovať vo viacerých technologických variantoch. V zmysle STN 73 6114 [1] sa musí vozovka pre daný druh opravy a rekonštrukcie posúdiť aj podľa návrhových kritérií. Vyhodnotenie stavu zemného telesa a funkčnosti odvodňovacích zariadení je potrebné realizovať v čase pred návrhom technológie údržby alebo opravy danej komunikácie [6]. Realizácia údržby a opravy sa vykoná až po zabezpečení funkčnosti odvodňovacích zariadení.

Vyhodnotenie hlavných prehliadok poskytuje informácie o stavebno-technickom stave vozoviek CK pre potreby prípravy plánovania údržby, opráv a rekonštrukcií. Súhrnné výstupné údaje o stavebno-technickom stave CK na základe hlavných prehliadok ciest sú spracované v 5-stupňovej klasifikácii, podľa ktorej je:

• 1 – veľmi dobrý stav (vozovka si vyžaduje len preventívnu (cyklickú) alebo následnú operatívnu údržbu),
• 2 – dobrý stav (vyžaduje sa odstránenie porúch v rámci bežnej údržby),
• 3 – vyhovujúci stav (vyžaduje sa odstránenie porúch v rámci súvislej údržby),
• 4 – nevyhovujúci stav (vyžaduje sa odstránenie porúch v rámci opráv),
• 5 – havarijný stav (vyžaduje sa odstránenie porúch v rámci rekonštrukcie).

Údržba vozoviek

Podmienky, zásady a spôsob vykonávania údržby na diaľniciach a rýchlostných cestách sú špecifikované v technickom predpise TP 072 [2]. Na prípravu a realizáciu údržby a opráv cestných komunikácií platí TP 071 [3]. Základnou úlohou údržby je zabezpečiť prevádzkovú funkčnosť vozovky, spoľahlivosť a bezpečnosť cestnej premávky a odstránením porúch prinavrátiť CK pôvodné funkčné vlastnosti.

Pri plánovaní údržby vozoviek je potrebné počítať so vstupnými faktormi, ako je dopravné zaťaženie, klimatické podmienky, úžitkové vlastnosti vozovky a existujúci stav vozovky. Výber najvhodnejšej metodiky a odborné rozhodnutia tvoria ucelený systém plánovania údržby vozoviek s predpokladom úspory nákladov na ich obnovu (obr. 1).

• Podkladom na výkon údržby CK a spracovanie projektu na vykonanie opravy sú najmä:
• výsledky diagnostiky stavu CK s využitím výstupných zostáv evidencie cestnej databanky alebo pasportu miestnych komunikácií a predpisov o hospodárení so zvereným majetkom,
• výsledky prehliadky CK, opakované v určených časových intervaloch.

Preventívna údržba diaľnic spočíva vo vykonávaní prác zabezpečujúcich dobrý stav vozoviek a ostatných súčastí ciest včas tak, aby sa zamedzilo a predišlo zhoršovaniu technického stavu vplyvom prevádzky a poveternostných podmienok. Do okruhu týchto prác spadá pravidelné ošetrovanie ciest, ktoré sa vykonáva v priebehu celého letného obdobia a zahŕňa hlavne:

• čistenie vozoviek, odpočívadiel a ostatných dopravných plôch obslužných zariadení,
• čistenie a udržiavanie odvodňovacieho a kanalizačného systému,
• ošetrovanie mostných ložísk a dilatácií,
• čistenie dopravných značiek, smerových stĺpikov a nástavcov, zvodidiel,
• údržbu slaboprúdových a silnoprúdových zariadení a
• ošetrovanie trávnatých plôch a ostatnej výsadby.

Následná (operatívna) údržba CK je vyvolaná nepredvídanými poruchami, zistenými bežnou prehliadkou. Najčastejšie ide o opravy drobných porúch na vozovke, opravy po neodborných zásahoch pri vykonávaní stavebnej činnosti alebo o odstraňovanie porúch po dopravných nehodách.

Degradácia vozoviek a jej prognóza

Účinky dopravného zaťaženia a klimatických faktorov na vozovky pozemných komunikácií spôsobujú postupnú degradáciu charakteristík prevádzkovej spôsobilosti a výkonnosti. Po dosiahnutí určitého stupňa degradácie je nevyhnutné vlastnosti vozovky obnoviť (resp. priblížiť k pôvodným hodnotám) alebo v porovnaní s pôvodnými parametrami zvýšiť.

Prognóza degradácie, jej vývoj a zmeny parametrov sa využívajú v systéme hospodárenia s vozovkami, a to pri zostavovaní plánu obnovy vozovky a rozhodovaní o spôsobe obnovy [5]. Na vyjadrenie predpokladanej zmeny určitého parametra alebo charakteristiky, napr. indexu stavu vozovky, sa používajú modely. Zmena parametra sa vyjadruje v závislosti od času alebo od počtu opakovaní zaťaženia. Typická degradačná funkcia je graficky vyjadrená na obr. 2.

Štandardný a najčastejšie používaný postup pri zisťovaní postupnej degradácie jestvujúcej vozovky a zostrojovaní modelu porušovania vozovky je taký, pri ktorom sa opakovanými meraniami s určitým odstupom zisťujú a hodnotia parametre vozovky na konkrétnom úseku.

Po štatistickom spracovaní údajov sa dávajú do vzťahu k dopravnému zaťaženiu, resp. k času (v podstate je to empiricky prístup). Veľmi dôležité je rozlišovať hodnotenie vývoja nových vozoviek a obnovených, resp. rekonštruovaných vozoviek.

Plánovanie obnovy konštrukcií vozoviek

Plánovanie obnovy vozoviek, ich opráv, zosilnenia (obnovy únosnosti) alebo rekonštrukcie predstavuje proces, ktorý sa končí nielen návrhom materiálov a technologických postupov, ale aj zostavením poradia úsekov ciest a prípadnou korekciou ich naliehavosti.

Hlavné činnosti v celom procese plánovania vytvárajú postup, ktorého kroky sú:

• diagnostika, meranie parametrov prevádzkovej spôsobilosti a výkonnosti vozoviek, stavu povrchu, drsnosti povrchu, priečnych nerovností a únosnosti;
• hodnotenie stavu vozoviek na úsekoch D (R);
• návrh materiálov a technologických postupov, a to na homogénnych sekciách.

Pri rozhodovaní o potrebe obnovy možno použiť aj zjednodušenú klasifikáciu vyhovujúceho a nevyhovujúceho stavu, v ktorej sú charakteristiky v podstate indikátormi degradácie vozovky. Klasifikácia vyhovujúceho a nevyhovujúceho stavu asfaltovej vozovky podľa požiadaviek na parametre reprezentujúce prevádzkovú spôsobilosť a výkonnosť vozovky je uvedená v tab. 1.

Obnova konštrukcií vozoviek

Každá konštrukcia vozovky podlieha postupnému poškodzovaniu a poruchám od účinkov klimatického prostredia a dopravného zaťaženia. Jednotlivé vrstvy vozovky vykazujú podľa svojich vlastností a pri rôznom namáhaní odlišnú odolnosť proti vzniku porúch. Toto poškodzovanie a porušovanie sa vyskytuje zákonite. Vznikajú však aj náhodné poruchy, ktoré sú kombináciou rôznych faktorov, ako napríklad kvality zabudovaných materiálov alebo nedodržania technologických postupov. To ovplyvňuje kvalitatívny a kvantitatívny vývoj porúch a rýchlosť ich vývoja.

Vždy je v určitom časovom horizonte potrebné počítať s údržbou, opravou povrchu vozovky, ale aj s rekonštrukciou celej vozovky. Jedným z rozhodujúcich premenných parametrov vozovky, ktorý charakterizuje jej stav, množstvo, závažnosť a vývoj porúch, je únosnosť podložia a vozovky.

Únosnosť vozovky pritom závisí od správneho výberu a usporiadania materiálov do jednotlivých vrstiev vozovky a podložia.
Mechanizmy vzniku a vývoja porúch závisia od návrhu konštrukcie vozovky, jej stavby a následne od jej údržby a spôsobu užívania.

Na lepšie objasnenie tohto procesu slúžia degradačné modely a degradačné funkcie, a to pre jednotlivé premenné parametre vozovky, ale aj ako celok pri agregovanom hodnotení degradácie vozovky. Pred rozhodnutím o spôsobe opravy je potrebné mať k dispozícii údaje o výsledkoch diagnostiky a jej vyhodnotenie s uvedením predpokladanej príčiny vzniku porúch. Spôsob návrhu opravy by mal viesť k odstráneniu príčin porúch a k obmedzeniu ich následkov.

Diagnostika vozovky musí obsahovať okrem meraní premenných parametrov aj vizuálne prehliadky vrátane určenia charakteristík podložia, hydrologických podmienok v podloží, odvodnenia cestného telesa a ďalších vplyvov, ktoré môžu byť príčinou vzniku porúch vozovky a podložia.

Hranica medzi porušením povrchu a konštrukcie vozovky je daná hĺbkou porušenej vrstvy. Pri porušení do hĺbky najviac 30 mm ide o porušenie povrchu. Porušenie do hĺbky viac ako 30 mm, odstránenie porušenej vrstvy s hrúbkou väčšou ako 30 mm a položenie asfaltových vrstiev do požadovanej úrovne sa charakterizujú ako oprava vozovky. Pri navrhovaní opravy užívanej vozovky sa uplatňuje rovnaký postup ako pri návrhu novej vozovky (posúdenie opravenej vozovky).

Prvým nevyhnutným zásahom na vozovke je údržba. Je to vhodnejšie a ekonomickejšie riešenie, ako ponechať vozovku postupnej degradácii. Pri nedostatočnej údržbe vozoviek nastáva degradácia cestných stavebných zmesí, a to najmä po skončení životnosti materiálu v konštrukčnej vrstve.

Pri nezachytení porúch povrchu vozovky, absencii včasnej opravy, prípadne výmeny obrusnej (ložnej) vrstvy, prechádzajú poruchy až do podkladových vrstiev. Oprava takejto vozovky sa potom realizuje už len rekonštrukciou vozovky. Výmena obrusnej a ložnej vrstvy už nepostačuje, pretože práve podkladová vrstva vozovky, ktorá je nosnou vrstvou, je následne potenciálnym zdrojom prekopírovania porúch opäť do krytu vozovky. Na zamedzenie prekopírovania reflexných trhlín z podkladových vrstiev do krytu vozovky je vhodné použiť geosyntetiku.

S ohľadom na uvedené skutočnosti je pri novobudovaných konštrukciách nevyhnutné nastaviť plán rehabilitácie vozoviek už pri ich výstavbe, resp. navrhovaní. Obdobne je dôležité plánovať rehabilitácie aj na už existujúcich konštrukciách.

Pravidelne plánovaná údržba vozoviek je najúspornejšou formou ich ochrany na dosiahnutie predpokladanej životnosti. Vozovky, ktoré neboli udržiavané na hranici 10 až 15 rokov, degradujú rýchlejšie. Proces údržby predstavuje osemnásobok nákladov na opravu, ale životnosť vozovky sa predĺži bez nutnosti rekonštrukcie.

Vozovky, na ktorých sa nevykonávala žiadna údržba alebo oprava, sú v zlom stave približne po 20 až 25 rokoch. Rekonštrukcia je ekonomicky náročnejšia o pätnásťnásobok sumy predstavujúcej bežnú údržbu vo veku 10 až 15 rokov (obr. 3).

Asfaltové vozovky sú navrhované na životnosť 20 až 25 rokov. Obrusná vrstva vozovky však veľmi rýchlo degraduje a jej životnosť závisí od dopravného zaťaženia, klimatických účinkov a použitého typu asfaltovej zmesi. Zo skúseností možno povedať, že životnosť je maximálne 8 rokov. Možno ju predĺžiť včasnou preventívnou údržbou regeneračným postrekom, náterom, prípadne mikrokobercom.

Životnosť technológií na údržbu a obnovu povrchových vlastností závisí od technického stavu povrchu vozovky a dopravného zaťaženia. Životnosť ložnej vrstvy je maximálne 10 až 12 rokov v závislosti od použitej asfaltovej zmesi. Na udržanie životnosti vozovky je po dosiahnutí životnosti vrstiev rozhodujúcim krokom ich výmena (obr. 4).

Pri plánovaní rehabilitácie vozoviek po ich životnosti je potrebné preventívne, prípadne následne udržiavať dobrý stav vozovky a v prípade porúch nastaviť výber technológie opravy. Degradácia vrstiev asfaltovej vozovky počas jej životnosti je zrejmá, avšak pri použití rôznych typov zmesí môžeme ich starnutie a vznik porúch oddialiť.

Pri plánovaní rehabilitácie novobudovaných asfaltových vozoviek je potrebné zamerať sa na včasnú preventívnu údržbu, resp. výmenu vrstiev po ich životnosti. Početnosť výmeny použitého materiálu, resp. technológie vo vrstve vozovky závisí od jej kvality.

Záver

Mnoho vozoviek na Slovensku je už po návrhovej životnosti. V niektorých konštrukciách vozoviek sa nachádzajú poruchy až v podkladovej vrstve, prípadne je už vyčerpaná únosnosť podložia. Oprava takejto vozovky sa realizuje rekonštrukciou celej konštrukcie. Nepostačuje už len výmena obrusnej a ložnej vrstvy, pretože práve podkladová vrstva vozovky je potenciálnym zdrojom vzniku jej porúch.

Z pohľadu čo najhospodárnejšieho vynakladania finančných, materiálových a energetických prostriedkov pre efektívne využívanie vozoviek cestnej siete v určitých prevádzkových podmienkach je dôležitá rehabilitácia, ktorá zahŕňa sústavne organizovanú údržbu, opravy a obnovu vozoviek. Je potrebné mať vypracovaný plán rehabilitácie pre každú konštrukciu vozovky v užívaní (podobne to platí aj pre novobudované vozovky), a to vzhľadom na rozdielne faktory vplývajúce na jej degradáciu v čase.

Podkladom na hodnotenie stavu konštrukcií vozoviek v systéme hospodárenia sú výsledky diagnostiky vozovky, stavu zemného telesa a odvodnenia, ktoré sú veľmi dôležitým krokom v rámci rehabilitácie. Prvým nutným zásahom na vozovke je údržba, čo je podstatne ekonomickejšie riešenie, ako ponechať vozovku napospas ďalšej degradácii. Vplyvom pôsobenia dopravného a teplotného zaťaženia podlieha každá vozovka postupnému poškodzovaniu a vzniku porúch.

Plánovanie obnovy vozoviek, ich opráv, zosilnenia alebo rekonštrukcie predstavuje proces, ktorý sa začína nielen návrhom materiálov a technologických postupov, ale aj zostavením poradia úsekov ciest a prípadnou korekciou z hľadiska naliehavosti ich rehabilitácie.

TEXT: doc. Ing. Andrea Zuzulová, PhD., Ing. Dominika Glasnáková, PhD. Obe pôsobia na SvF STU v Bratislave.
OBRÁZKY: autorky

Literatúra:

1. STN 73 6114 Vozovky pozemných komunikácií. Základné ustanovenia pre navrhovanie.
2. TP 072 Vykonávanie údržby diaľnic a rýchlostných ciest, MDVRR SR: 2013.
3. TP 071 Prehliadky, údržba a oprava cestných komunikácií. Diaľnice, rýchlostné cesty a cesty, MDVRR SR: 2013.
4. Gschwendt, I.: Systémy hospodárenia s vozovkami, STU v Bratislave, 1994.
5. TP 024 Systém hospodárenia s vozovkami, 2006.
6. TP 107 Diagnostika stavu zemného telesa a odvodnenia vozovky, MDV SR: 2018.
7. TP 87 Navrhování údržby a oprav netuhých vozovek. Ministerstvo dopravy, Odbor silniční infrastruktury, Česká republika: 2010.

Článok bol uverejnený v časopise IS 3/2023