Asfaltové vozovky v tunelech

• Foto

Asfaltové vozovky prokázaly svoje dobré vlastnosti a životnost ve velké škále aplikací, a to od místních vozovek, přes vysoce zatížené páteřní komunikace až k odstavným plochám kontejnerových překladišť. Velká část světových silničních tunelů má vozovky zhotovené právě z asfaltových směsí. Po sérii velkých tunelových požárů (např. tragický požár pod vrcholem Mont-Blanc z roku 1999 [1]) se mezi odborníky vede diskuze o oprávněnosti použití těchto povrchů v silničních tunelech. Jedna z hlavních námitek se týká především otázky požární bezpečnosti. K obecnému použití asfaltových vozovek v tunelech a k aspektům jejich vlivu na požární bezpečnost, se vyjádřila i dvě globální profesní sdružení World Road Association – PIARC [2] a EAPA [3]. Zhodnocení dopadů použití asfaltových vozovek, jež jsou součástí tunelových těles, obecně nejlépe shrnují dokumenty těchto profesních organizací. Obě tyto organizace považují tento druh vozovek za bezpečný a nadále doporučují stavět a využívat hutněné asfaltové vrstvy v konstrukci vozovek silničních tunelů. V roce 1999 byla technickou pracovní skupinou č. 6 („Fire and Smoke Control”) spadající pod technickou komisi C 5 organizace PIARC publikována zpráva s názvem „Fire and Smoke Control in Road Tunnels“ [4], která se týkala požární bezpečnosti v tunelech. Tato zpráva srovnávala 2 povrchy vozovek v tunelech – cementobetonový a asfaltový kryt. Základní vyjádření je, že „vozovka zhotovená z asfaltového betonu nemá žádný významný negativní dopad na požár a může být v tunelech použita“ [1].

V ČR je v současné době problematika vozovek v silničních tunelech řešena normou ČSN EN 73 7507 – Projektování tunelů pozemních komunikací [5]. Z uvedené normy vyplývá, že pro silniční tunely delší než 1 km je nutno použít výhradně cementobetonový kryt. U středně dlouhých tunelů je vozovka s cementobetonovým krytem doporučována.

Kromě požadavků na požární bezpečnost a chování vozovky při požáru jsou na vozovky v tunelech kladeny také požadavky na protismykové a protihlukové vlastnosti povrchu, na jejich snadnou údržbu a opravu a dlouhodobou životnost.

CÍLE PROJEKTU ASFALTY V SILNIČNÍCH TUNELECH TA 04031642

Jedním z hlavních cílů projektu byl vývoj nového typu asfaltové směsi, která by vykazovala výborné charakteristiky v silničních tunelech a zároveň nesnižovala požární bezpečnost tunelů. Dalším cílem projektu bylo navržení certifikované zkušební metodiky pro stanovení třídy reakce materiálů na oheň asfaltových povrchů v tunelech. Pro tyto účely bylo v letech 2014 – 2017 provedeno několik sérií požárních zkoušek na asfaltových površích.

PRVNÍ SÉRIE POŽÁRNÍCH ZKOUŠEK – REÁLNÝ POŽÁR OSOBNÍHO AUTOMOBILU

První série zkoušek byla zaměřena na chování asfaltových vrstev při reálném požáru osobního automobilu. Při těchto zkouškách byl při různých rychlostech proudění vzduchu (2,5 m/s, 1,5 m/s a 0 m/s)  zapálen osobní automobil stojící na asfaltovém povrchu. Tyto testy seprováděly ve zkušebním tunelu VVUÚ a. s. v Ostravě – Radvanicích, kde byly položeny 3 běžně používané asfaltové směsí, a to asfaltový beton pro obrusné vrstvy ACO 11 +, asfaltový koberec mastixový SMA 11 a asfaltový koberec drenážní PA 8. Skladba vozovky ve zkušebním tunelu, je zobrazena na obrázku 1. Během zkoušek se měřily teploty jak v okolí vozidla, tak na povrchu asfaltové vrstvy, resp. pod povrchem. Cílem bylo zjistit reálné teplotního pole v okolí hořícího automobilu, díky kterému bylo následně vyvinuto zkušební zařízení, sloužící pro laboratorní zkoušky požární odolnosti asfaltových směsí. Na obrázku 2 je zachycen průběh těchto požárních zkoušek.

DRUHÁ SÉRIE POŽÁRNÍCH ZKOUŠEK – ZKOUŠENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI POMOCÍ ZKUŠEBNÍHO ZAŘÍZENÍ

Pro další požární zkoušky byly vyrobeny malé zkušební desky o rozměrech 300 mm × 500 mm × 90 mm, které se skládaly ze dvou asfaltových vrstev – obrusné a ložní. Obrusná vrstva vzorků byla tvořena ze tří druhů běžně používaných a výše uvedených směsí: ACO 11 + (v tloušťce 40 mm), asfaltový SMA 11 (v tloušťce 40 mm) a PA 8 (v tloušťce 30 mm). Ložní vrstva desek byla tvořena směsí asfaltového betonu pro ložní vrstvy ACL 16 + (v tloušťce 50 mm, resp. 60 mm).

Zkoušky požární odolnosti byly prováděny pomocí vyvinutého zkušebního zařízení se sálavým panelem (obr. 3). Na pracovní plochu zkušebního zařízení byly umístěny za sebou dvě zkušební desky, kdy první zkušební deska byla vždy pod sálavým panelem a druhá deska byla mimo tento panel. Tepelný zdroj byl umístěn 90 mm nad povrchem asfaltového desky a působil na něj teplotou 850 °C – 900 °C po dobu 30 minut. Rychlost proudění vzduchu během zkoušky byla stanovena 1,5 m/s. Pro sledování vývoje teploty vzorku byly na povrchu umístěny termočlánky (T0 – T7), resp. pod povrchem v hloubce 40 mm (termočlánky T8 a T9). Umístění termočlánků je znázorněno na obr. 4. Během zkoušek se sledovaly zejména: změna teploty v průběhu zkoušky na povrchu vzorku a pod obrusnou vrstvou, okamžik vzplanutí vzorku a šíření plamene po povrchu. Po ukončení doby trvání zkoušky se odklonil sálavý panel a provedla se zkouška měknutí povrchu. Ta spočívala ve statickém zatížení asfaltového povrchu pomocí ručního vysokotlakého čerpadla a hydraulického válce na tlačnou desku o rozměrech (100 × 100 × 25) mm, se středovým otvorem ∅ 32 mm, tlakovou silou 20 kN, tj. s dotykovým tlakem 2,17 MPa (obr. 6).

Při zkouškách požární odolnosti se ukázalo, že nejlepších výsledků dosáhl vzorek z asfaltové směsi typu asfaltový koberec drenážní PA 8. Zde docházelo pouze k minimálnímu šíření plamene po povrchu a směs vykazovala dobrou odolnost proti zatížení tlakem. Oproti tomu asfaltová směs SMA 11 se příliš neosvědčila pro použití v obrusné vrstvě, protože vlivem zahřátí došlo k vystoupení pojiva s filerem na povrch, které pak podporovalo hoření a šíření plamene po povrchu. Při zkoušce měknutí povrchu došlo k popraskání vzorku s nejvyšším zatlačením zatěžovací plochy do vrstvy.

VÝVOJ A ZKOUŠENÍ ASFALTOVÉ SMĚSI S NEJLEPŠÍMI VLASTNOSTMI Z HLEDISKA POŽÁRNÍ BEZPEČNOSTI

Vzhledem k výsledkům prvotních zkoušek byla pro další vývoj vybrána směs PA 8. Pro účely vozovky v silničních tunelech, kde je kladen důraz mimo jiné i na snížení hluku od dopravy, byl do této směsi použit silniční asfalt 70/100 modifikovaný 17 % pryžového granulátu (CRMB). Vyvíjená směs byla postupně zkoušena z hlediska požární odolnosti a optimalizováno její složení. Navržená směs obsahuje 6,5 % CRMB, její mezerovitost je 17 %. Tato asfaltová směs byla podrobena laboratorním funkčním zkouškám. Mezi důležité požadavky, které jsou kladeny na asfaltový koberec drenážní, patří odolnost vůči vodě a odolnost vůči ztrátě částic. Navržená směs dosáhla při stanovení odolnosti vůči ztrátě částic (dle ČSN EN 12697-17+A1 [6]) hodnoty PL = 8,9 %, a splňuje tak požadavek uvedený v národní příloze normy ČSN EN 13108-7 [7] na pozemní komunikace třídy dopravního zatížení S, I a II. Při stanovení odolnosti vůči vodě (dle ČSN EN 12697-12 [8]) dosáhla navržená směs bez použití adhezních přísad hodnoty ITSR = 78,3 %. Navržená asfaltová směs PA 8 byla podrobena zkouškám požární odolnosti. Na obr. 5 je lze vidět graf s vývojem teplot naměřených pomocí jednotlivých termočlánků při zkoušce.

Další z prováděných zkoušek bylo testování vlivu různého povrchu na požár rozlité hořlavé kapaliny. Pro tyto účely byly na obalovně v Rajhradicích pomocí silničního tandemového vibračního válce vyrobeny velké zkušební vzorky o rozměrech 0,9 m × 1,4 m × 0,09 m, sestávající ze dvou vrstev. Ložní vrstva byla tvořena směsí ACL 16 + a obrusná vrstva byla ze směsi ACO 11 + (vzorek 1), resp. z navržené směsi PA 8 (vzorek 2). Stejné množství paliva (10 l benzinu) bylo vylito na povrch dvou různých asfaltových vrstev, který byl vymezen ocelovými obrubami, a ihned poté zapáleno (ve stejném čase). Na obr. 8 je zachycen průběh zkoušky v čase 15 s po zapálení. Lze vidět, že došlo ke značnému rozdílu při hoření paliva na vrstvách ze směsí ACO 11 + a PA 8. Tato skutečnost se výrazně projevila na teplotách, které byly naměřeny pomocí termočlánků nad vzorky, resp. 4 cm pod povrchem (obr. 7). Lze říci, že vrstva PA 8 se téměř neohřála.

ZÁVĚR

Z provedených zkoušek vyplývá, že navržená směs asfaltového koberce drenážního PA 8 dosahuje velmi zajímavých výsledků z hlediska požární odolnosti. Zejména při zkoušce požáru rozlité hořlavé kapaliny na povrchu se ukázalo, že drenážní schopnost zajistí odvedení kapaliny od požáru a vzniká jen minimum kouře. Při použití CRMB nedošlo ani k rozpuštění asfaltu a neprojevilo se porušení vrstvy. Naopak na asfaltovém betonu, který je téměř nepropustný, dochází k vyhoření většiny paliva přímo na povrchu s nadměrnou tvorbou kouře a dochází také k poškození povrchu.

Na vrstvě z PA 8 nedošlo k téměř žádnému šíření plamene po povrchu, a to i přes to, že povrch byl vystaven teplotě 850 °C po dobu 30 minut. K nejvýraznějšímu šíření plamene po povrchu došlo u vrstvy z asfaltového koberce mastixového SMA 11. Vlivem nízké mezerovitosti této vrstvy došlo při zahřátí vrstvy k vystoupení pojiva na povrch
a jeho hoření.

Navržená směs PA 8 vykazuje taktéž výbornou odolnost vůči měknutí vrstvy po vystavení účinkům požáru.

Závěrem nutno dodat, že pro dlouhodobé zachování uvedených výhod drenážního koberce, je potřeba provádět pravidelné čištění vrstvy, které se v tunelech běžně provádí.

Tento příspěvek vznikl s finanční podporou projektu Technologické agentury ČR TA04031642 „Asfalty v silničních tunelech“.

LITERATURA:
[1] Improving fire safety in tunnels: The concrete pavement solution: Concrete road pavement improves tunnel safety [online]. Brussels: CEMBUREAU, 2004 [cit. 2017-06-28]. Dostupné z: http://www.febelcem.be/fileadmin/user_upload/autres-publications/en/firesafety.pdf 
[2] DE LATHAUWER, Willy. Effect of pavement on fires in road tunnels. Routes/Roads. France, 2007, (N° 334), 8. PIARC Ref. : RR334-054. ISSN 0004-556 X.
[3] Asphalt pavements in tunnels: EAPA - Position Paper. In: EAPA [online]. Brussels, 21 May 2008, [cit. 2017-06-25]. Dostupné z: http://www.eapa.org/usr_img/position_paper/asphalt_pavements_tunnelsMay2008.pdf 
[4] COMITÉ TECHNIQUE 5 TUNNELS ROUTIERS a TECHNICAL COMMITTEE 5 ROAD TUNNELS. Fire and smoke control in road tunnels [online]. La Défense, France: AIPCR, 1999 [cit. 2017-06-25]. ISBN 28-406-0064-1. Dostupné z: https://www.piarc.org/en/order-library/3854-en-Fire%20and%20Smoke%20Control%20in%20Road%20Tunnels.htm 
[5] ČSN 73 7507. Projektování tunelů pozemních komunikací. Praha: Český normalizační institut, 2013.
[6] ČSN EN 12697-17+A1. Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 17: Ztráta částic asfaltového koberce drenážního. Praha: Český normalizační institut, 2007
[7] ČSN EN 13108-7 OPRAVA 1. Asfaltové směsi - Specifikace pro materiály – Část 7: Asfaltový koberec drenážní. Praha: Český normalizační institut, 2008.
[8] ČSN EN 12697-12. Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě. Praha: Český normalizační institut, 2009.

Asphalt Pavements in Tunnels
Currently, it is legally allowed in the Czech Republic the use only of cement concrete pavement in road tunnels longer than 1 km, but its use has a lot of disadvantages for both administrators and road users. As part of a research project of Czech Technology Agency TA04031642 “Asphalt in road tunnels“, a solution was carried out to use asphalt layers with high resistance to traffic impacts (skid resistance, roughness and durability) with easy maintenance and repair, as well as layers not reduce fire safety of road tunnels. The paper describes tests of fire properties of various asphalt layers: reaction to fire, flame spread on the surface, softening of the layer after burning and combustion of flammable liquid on the asphalt layer surface. These tests simulate the real properties of asphalt pavements in a tunnel under fire. This has resulted in an optimum asphalt mix of drainage type ensuring the highest fire resistance.

Autoři

• Prof. Ing. Kudrna Jan CSc.
• Ing. Bebčák Petr Ph.D.
• Bc. Bebčáková Kateřina
• Ing. Šperka Pavel
• RNDr. Stoklásek Svatopluk