Rýchlostná komunikácia R1 Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250

Predmetom článku je vyhodnotenie premenných parametrov vozovky rýchlostnej komunikácie R1 Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250 v mieste uloženia oceľovej výstužnej siete Roadmesh®.

Neustály nárast dopravy a z toho vyplývajúci rast dopravného zaťaženia spolu so zhoršujúcim sa technickým stavom vozoviek a zvyšujúcimi sa nákladmi na výstavbu, údržbu a prevádzku komunikácií prinášajú potrebu využitia inovatívnych riešení vystuženia asfaltových vrstiev vozoviek s cieľom predĺžiť ich životnosť a zabezpečiť ich vyhovujúci technický stav. Cieľom článku je porovnať efektívnosť jednotlivých komerčne bežne dostupných výstužných materiálov s oceľovou výstužnou sieťou Roadmesh® a vyhodnotiť účinnosť výstužných materiálov na základe výsledkov miery predĺženia životnosti vozovky a hodnotenia zmeny premenných parametrov vozovky.

Ako podklad na porovnanie jednotlivých výstužných materiálov slúži výskum realizovaný v tejto oblasti významnými inštitúciami (napr. výskum Nottinghamskej univerzity a pod.), ktoré hodnotili vplyv vývoja propagácie trhliny v asfaltovom kryte vozovky pri použití rôznych druhov výstužných materiálov vrátane oceľovej siete ­Roadmesh®. Druhým základným materiálom, z ktorého vychádzame a ktorý v rozsiahlej miere reprodukujeme, je technická správa od spoločnosti VUIS CESTY, s. r. o., vypracovaná Ing. Vladimírom Řikovským, CSc., ktorá hodnotí prevádzkovú spôsobilosť vybraných premenných parametrov vozovky komunikácie R1 Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250 v mieste uloženia oceľovej výstužnej siete Roadmesh® vo vzťahu k zaťaženiu vozovky vyjadrenému v počte realizovaných prejazdov nákladnými vozidlami počas 13 rokov.

Skôr ako pristúpime k prezentácii výsledkov laboratórnych skúšok realizovaných jednotlivými inštitúciami, je však namieste uviesť ešte najčastejšie druhy materiálov používaných pri vystužovaní vozoviek. Bežne sa na vystužovanie vozoviek používajú plošné (sklovláknité geomreže, polymérne geomreže a geotextílie) alebo priestorové výstužné prvky (napr. oceľová výstužná sieť Roadmesh®). Plošné prvky ako geotextílie a polymérne geomreže na báze PET a PP sa na vystužovanie asfaltových krytov vozoviek neosvedčili vzhľadom na svoje vysoké pretvárne charakteristiky a obmedzenú/nemerateľnú schopnosť zlepšiť premenné technické parametre vozoviek. Navyše, plošné prvky vytvárajú v porovnaní s priestorovými výstužami separačnú vrstvu a môžu prispievať k zníženiu šmykovej pevnosti a tuhosti na rozhraní dvoch asfaltových vrstiev.

V súčasnosti sa na vystužovanie asfaltových krytov vozoviek používajú najčastejšie plošné prvky – výstužné geomreže na báze sklenených vlákien, ktoré majú minimálne pretvorenie (napr. geomreže Macgrid AR). Ako výstužné materiály sa používajú aj priestorové siete na báze ocele (napr. ­Roadmesh®), ktoré umožňujú okrem výstužnej funkcie aj plnú integráciu pôvodných a rehabilitovaných vrstiev v dôsledku efektu zazubenia sa asfaltových vrstiev do otvorenej „priestorovej“ štruktúry výstuže.

Výskum Nottinghamskej univerzity (UK)

Výskum bol zameraný na účinnosť jednotlivých výstužných materiálov (geotextílie, geo­mreže, oceľové siete) pri prevencii vzniku reflexných trhlín asfaltových krytov a na určenie šmykovej pevnosti a tuhosti na rozhraní vrstiev vozovky na vzorkách s použitím výstuže a bez vystuženia. Výsledkom výskumu Nottinghamskej univerzity je, že jedine oceľová výstuž je schopná dosiahnuť porovnateľnú šmykovú pevnosť a tuhosť na rozhraní dvoch vrstiev, teda tak, ako je to v prípade nevystuženého stavu. Geomreže, ako aj geotextílie redukujú významným spôsobom hodnotu šmykovej pevnosti na rozhraní dvoch vrstiev vozovky a prispievajú k vzniku separačného efektu.

Výsledky výskumu preukazujú aj to, že oceľové výstuže dokážu predĺžiť životnosť vozovky vzhľadom na vznik reflexných trhlín faktorom 3 (sklovláknité geomreže faktorom 1,5), čím ich v tomto parametri ďaleko prekonávajú. K podobným výsledkom týkajúcim sa faktora miery predĺženia životnosti vozovky pri oceľovej sieti Roadmesh® sa dopracovali aj výskumníci z iných inštitúcií, napr. z Univerzity v Cagliari, ktorí takisto hodnotili vývoj propagácie trhliny pri cyklickom zaťažení metódou konečných prvkov. V USA prebehol zase výskum Smart Road, kde vedci hodnotili mieru zlepšenia životnosti vozovky v miernom podnebnom pásme (vo vozovke bola nainštalovaná sieť ­Roadmesh®) zabudovaním snímačov do vozovky.

Obr. 1 Porovnanie šmykovej pevnosti a tuhosti na rozhraní dvoch vrstiev vozovky pri použití rôznych výstužných materiálov

Výskum spoločnosti VUIS CESTY na R1 – Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250

Spoločnosť VUIS CESTY, spol. s r. o., vykonala zhodnotenie úseku rýchlostnej komunikácie R1 Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250 v mieste, kde sa v roku 2007 aplikovala oceľová výstužná sieť Roadmesh®. Predmetná časť komunikácie bola odovzdaná do užívania v 80. rokoch 20. storočia. Na základe diagnostiky sa v septembri 2007 vykonala oprava vozovky, v rámci ktorej sa odfrézovala pôvodná obrusná a ložná vrstva asfaltovej zmesi do hĺbky 100 mm.

Na tejto úrovni sa položila v sledovanom úseku oceľová výstužná sieť Roadmesh®. Následne sa na vrstvu s výstužou aplikovali spojovací postrek a ložná vrstva krytu AC 22 P s modifikovaným asfaltovým spojivom s hrúbkou 60 mm. Na túto vrstvu sa aplikovali spojovací postrek a obrusná vrstva krytu SMA 11 s modifikovaným asfaltovým spojivom s hrúbkou 40 mm. Hodnotenie sa vykonalo z hľadiska prevádzkovej spôsobilosti (v rámci vybraných premenných parametrov vozovky) vo vzťahu k zaťaženiu vozovky vyjadrenému v počte realizovaných prejazdov nákladnými vozidlami. Úsek sa hodnotil aj na základe vizuálnej prehliadky, výsledkov meraní nerovností latou, výsledkov meraní pozdĺžnych nerovností IRI a priečnych nerovností meraných zariadením PROFILOGRAF. V neposlednom rade sa úsek zhodnotil aj na základe merania únosnosti.

Obr. 2 Pracovný diagram propagácie trhliny v mm pri cyklickom zaťažení pri rôznych výstužných materiáloch (geomreža zo skleného vlákna, extrudovaná geomreža, kryt bez vystuženia, geotextília/geomreža, netkaná geotextília, oceľová sieť Roadmesh®)

Dopravné zaťaženie

Na predmetnom úseku R1 sa vykonávalo celoštátne sčítanie dopravy v sčítacom úseku číslo 80796. Sčítanie dopravy vykonáva každých päť rokov Slovenská správa ciest, v tomto prípade to bolo v rokoch 2000, 2005, 2010 a 2015. Pri zmene premenných parametrov sú rozhodujúce nákladné vozidlá, ktoré najväčšou mierou prispievajú k degradácii parametrov vozovky. Od položenia kovovej výstužnej siete Roadmesh® ich po predmetnej vozovke prešlo viac ako 9,7 milióna (obr. 3).

Obr. 3 Počet prejazdov úseku nákladnými vozidlami od položenia oceľovej siete Roadmesh®

Únosnosť vozovky

Únosnosť asfaltových vozoviek sa merala deflektometrom typu FWD KUAB. Deflektometer (FWD) je zariadenie na rázovú zaťažovaciu skúšku vozoviek, generujúce zaťaženie pádom bremena na tlmiace podložky uložené na povrchu kruhovej zaťažovacej dosky, ktorá je v kontakte s vozovkou. Účelom merania pomocou zariadenia FWD KUAB bola najmä klasifikácia únosnosti vozoviek predmetného úseku. Celé hodnotenie sa realizovalo v zmysle predpisu Ministerstva dopravy a výstavby SR TP 031 Meranie a hodnotenie únosnosti asfaltových vozoviek, ktorý platí od 1. 5. 2009.

Na základe výsledkov meraní možno konštatovať, že všetky merané body dosiahli únosnosť charakterizovanú ako veľmi dobrú; okrem dvoch bodov je únosnosť úseku charakterizovaná ako výborná a spĺňa I. kvalifikačný stupeň. Z toho vyplýva, že oceľová sieť Roadmesh® neprispela k zlepšeniu únosnosti, pretože aktívna zóna bola vzhľadom na čas realizácie navrhnutá a vybudovaná primerane k dopravnému zaťaženiu komunikácie.

Z hodnotiacej správy vyplýva, že celý úsek je z hľadiska únosnosti charakterizovaný ako homogénny. Podložie vozovky predmetného úseku je homogénne a dostatočne únosné. Vozovka je na základe priehybových čiar dostatočne tuhá a únosnosť vyjadrená zaručenou hodnotou ekvivalentného modulu pružnosti je v celom úseku s 90-percentnou pravdepodobnosťou charakterizovaná ako výborná (Eekv = 928 MPa > 900 MPa). Únosnosť vozovky bolo teda možné charakterizovať v zmysle TP 031 ako výbornú.

Vizuálna prehliadka

Pri podrobnej vizuálnej prehliadke sa zistili tieto poruchy:

• priečne trhliny na ľavej strane pomalého jazdného pruhu, na pravej strane jazdného pruhu aj v strede pomalého jazdného pruhu, 
• tri výtlky v obrusnej vrstve krytu, 
• trhlina cez šírku celého jazdného pruhu, ktorá sa vyskytla na piatich miestach.

Na obr. 4 vidieť porovnanie povrchu vozovky vizuálne porušeného ľavého (rýchleho) jazdného pruhu a neporušeného pravého (pomalého) jazdného pruhu. Kovová výstužná sieť Roadmesh® bola položená len v pravom jazdnom pruhu a zabránila prekopírovaniu trhliny do pomalého jazdného pruhu.

Obr. 4 Neprekopírovaná trhlina z rýchleho jazdného pruhu do pomalého jazdného pruhu, kde bola uložená sieť Roadmesh®.

Meranie priečnych a pozdĺžnych nerovností latou

Kontrolné meranie nerovností sa realizovalo 15. 3. 2018 latou s dĺžkou 3 m v zmysle normy STN EN 13036-7. Meranie sa tak uskutočnilo 11 rokov po zabudovaní kovovej siete Roadmesh®, pričom za toto obdobie prešlo po vozovke spomínaných viac ako 9,7 milióna nákladných vozidiel. Priečne nerovnosti sa merali v priečnom profile každých 100 m v mieste ľavej a pravej koľaje. Pozdĺžne nerovnosti sa merali každých 500 m a dosahovali hodnoty od nemerateľných až po 1 mm. Priečne nerovnosti mali priemerné hodnoty v smere Trnava – Nitra 3,2 mm v pravej stope (koľaji) a 2,5 mm v ľavej stope (koľaji). Absolútne hodnoty sú teda veľmi nízke. Medzná hodnota uvádzaná v predpise TP056 pre 1. klasifikačný stupeň označovaný ako výborný stav je 5 mm.

Pozdĺžne nerovnosti IRI

Pozdĺžna nerovnosť ako premenný parameter vozovky priamo ovplyvňuje bezpečnosť premávky vozidiel. Ak nerovnosti prekročia prahovú hodnotu, dochádza k strate priľnavosti pneumatiky s vozovkou. Na Slovensku sa používa na klasifikovanie nerovnosti parameter IRI (z angl. International Roughness Index), spracovaný pôvodne na profilometrické merania, pri ktorých poznáme skutočný priebeh pozdĺžneho profilu komunikácie. Pramater IRI vyjadruje mieru nerovností tzv. referenčným priemerným rektifikovaným sklonom, získaným matematicky použitím simulácie prejazdu modelu štvrtiny vozidla; vyjadruje sa v m/km.

Na meranie sa používalo zariadenie na meranie nerovností vozoviek PROFILOGRAPH GE od firmy Greenwood Engineering A/S z Dánska vrátane príslušenstva a firemného softvéru na vyhodnotenie dát. Toto zariadenie poskytuje na základe snímania poz­dĺžnych a priečnych profilov laserovými snímačmi v kombinácii s pokročilými technikami na zber a analýzu dát podrobné informácie o stave povrchu vozovky z hľadiska jej rovnosti. Na predmetnom úseku sa v období od roku 2005 vykonalo 11 meraní. Z obr. 5 je zrejmé, že pred rokom 2008 mali nerovnosti vyjadrené hodnotou IRI stúpajúcu tendenciu. Po položení kovovej siete ­Roadmesh® v roku 2007 sa hodnoty nerovností zmenšili na úroveň prahovej hodnoty 1, čo je v zmysle predpisu TP056 výborný stav. Podstatnejšie však je, že po položení kovovej siete Roadmesh® hodnota nerovností IRI ďalej nestúpa a možno konštatovať, že sa v rámci odchýlok presnosti merania nemení.

Obr. 5 Vývoj pozdĺžnych nerovností vozovky pred a po položení siete Roadmesh®

Hĺbka koľají vozovky

Hĺbka koľají predstavuje jeden z najvýznamnejších premenných parametrov vozovky. Veľkosť hĺbky koľaje má priamy súvis s hĺbkou vody v nej a s následným vznikom aquaplaningu, čo je jav, ku ktorému dochádza pri zvýšenej rýchlosti vozidla na mokrej vozovke. Dá sa definovať ako strata priľnavosti pneumatiky k vozovke vplyvom vody, ktorá sa dostala medzi pneumatiku a vozovku. Počas rokov 2005 až 2017 sa na predmetnom úseku realizovalo 10 meraní zariadením na meranie nerovností vozoviek PROFILOGRAPH GE od firmy Greenwood Engineering A/S z Dánska (ako aj v prípade merania poz­dĺžnych nerovností) vrátane príslušenstva a firemného softvéru na vyhodnotenie dát. Na základe obr. 6 možno konštatovať, že pred rokom 2007 mali hodnoty hĺbky koľají stúpajúcu tendenciu (prehlbovali sa). Po položení kovovej siete Roadmesh® v roku 2008 sa však priemerné hodnoty koľají ďalej nezvyšovali. Od roku 2008 do roku 2017, t. j. predchádzajúcich deväť rokov, boli menšie ako 5 mm, čo podľa TP 056 predstavuje prahovú hodnotu pre koľaje na diaľniciach (1. kategória), tzn. výborný stav.

Obr. 6 Vývoj hĺbky koľaje vo vozovke – merací krok 20 m

Závery technickej správy VUIS CESTY, spol. s r. o.

V roku 2007 vznikla požiadavka obmedziť tvorbu trvalých deformácií a koľají na úseku cesty rýchlostnej komunikácie R1 privádzača k diaľnici D1 od Trnavy po križovatku s diaľnicou. S týmto cieľom sa na jeseň 2007 zabudovala do vozovky medzi asfaltové vrstvy výstužná kovová sieť Roadmesh®, a to 10 cm od povrchu vozovky.

Na základe výsledkov vykonaných hodnotení predmetného úseku, v ktorom bola táto sieť zabudovaná, môžeme konštatovať, že:

• Na predmetnom úseku prešlo od 1. 1. 2008 9,7 milióna nákladných vozidiel. 
• Vizuálne hodnotenie povrchu vozovky predmetného úseku poukázalo na rozdiely medzi jazdným pruhom, v ktorom bola použitá kovová sieť, a rýchlym jazdným pruhom. Súčasne sa na úseku vyskytlo niekoľko lokálnych porúch, ktoré neovplyvňujú prevádzkovú spôsobilosť vozovky. 
• Merania nerovností latou v priečnom aj v pozdĺžnom smere potvrdili merania nerovností zariadením PROFILOGRAF; niektoré hodnoty v miestach porúch vozovky boli väčšie ako zodpovedajúce stavu s hodnotením výborný. 
• Únosnosť vozovky možno v zmysle predpisu ministerstva dopravy TP 031 charakterizovať ako výbornú vzhľadom na dané dopravné zaťaženie. 
• Nerovnosť v pozdĺžnom smere mala pred rokom 2007 (pred položením siete) stúpajúcu tendenciu, a to od 3,1 m/km po 5,3 m/km. Po položení kovovej siete ­Roadmesh® sa namerala hodnota 2,0 m/km, ktorá bola stabilná počas ďalších ôsmich po sebe idúcich rokov (až do roku 2017). 
• Pozdĺžnu nerovnosť možno po položení kovovej siete Roadmesh® hodnotiť ako nemennú a v zmysle predpisu ministerstva dopravy TP056 ju možno charakterizovať ako veľmi dobrú, prípadne výbornú. 
• Čo sa týka nerovnosti v priečnom smere, hĺbky koľají mali pred rokom 2007 stúpajúcu tendenciu (koľaje sa prehlbovali). Vyhodnotenie a výsledky boli rovnaké pri meracom kroku 100 m, aj pri meracom kroku 20 m. Po položení kovovej siete Roadmesh® sa od roku 2008 priemerné hodnoty koľají výrazne nemenili a nezväčšovali. 
• Priemerné hodnoty koľají od roku 2008 do roku 2017, t. j. predchádzajúcich deväť rokov, boli menšie ako 5 mm, čo podľa predpisu ministerstva dopravy TP 056 charakterizuje medznú hodnotu pre koľaje na diaľniciach (nerovnosti 1. kategórie), tzn. výborný stav.

Na základe výsledkov výskumu a analýzy dát z meraní možno konštatovať, že cieľ použitia výstužnej kovovej siete Roadmesh® sa podarilo splniť. Dokumentuje to aj obr. 7, na ktorom vidieť, že aj napriek intenzívnemu dopravnému zaťaženiu (viac ako 0,9 milióna prejazdov nákladnými vozidlami ročne) sa koľaje od zabudovania kovovej siete Roadmesh® v roku 2017 až po súčasnosť nezmenili o viac ako 1 mm a nemajú stúpajúcu tendenciu.

Obr. 7 Vývoj hĺbky koľaje pri meracom kroku 20 m v závislosti od počtu prejazdov nákladnými vozidlami na časovej osi od roku 2004

Highway R1 Trnava – Nitra 0,000 km until 2,250 km

The subject of the article is evaluation the variable road parameters of highway R1 Trnava – Nitra 0,000 km until 2,250 km in place of deposition of steel reinforcement mesh Roadmesh®.

TEXT: Mgr. Ľuboš Lichý
FOTO A OBRÁZKY: MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Ľuboš Lichý je obchodný riaditeľ v spoločnosti ­MACCAFERRI CENTRAL EUROPE, s. r. o.

Literatúra

1. ŘIKOVSKÝ V. – FONÓD, A. – JEVINOVÁ, A. – BUKOVSKÝ, M.: Vyhodnotenie premenných parametrov vozovky rýchlostnej komunikácie R1 v km 0,000 až km 2,250 (v mieste uloženia kovovej siete „Roadmesh“), Trnava – Nitra. Technická správa na základe meraní a údajov SSC.
2. BROWN, S. F. – THOM, N. H. – SANDERS, P. J.: A study of grid reinforced asphalt to combat reflection cracking. J. Assoc. Paving Technologists, 2001, Vol. 70, pp. 543 – 571.
3. CONI, M. – BIANCO, P. M.: Steel reinforcement influence on the dynamic behavior of bituminous pavement. Proceedings of the 4th International RILEM Conference – Reflective Cracking in Pavements, 2000, E & FN Spon, pp. 3 – 12.
4. 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.
5. CAFISO, S. – DI GRAZIANO, A.: Evaluation of flexible reinforced pavement performance by NDT”. 82nd Annual Transportation Research ­Board, 2003, National Research Council, Washing­ton DC.

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby 2/2018.