Nové technologie údržby a oprav asfaltových vozovek se zaměřují na úsporu materiálu a snížení hluku

• Foto

ÚVOD
Vysoká cena asfaltových pojiv vyžaduje jejich efektivní využití. Obecně to znamená zvýšit kvalitu asfaltových pojiv a snížit tloušťku ukládaných asfaltových směsí do vozovky. Zvýšení kvality asfaltů je spojováno s modifikací asfaltu polymery. Cenovou výhodu při modifikaci přináší použití odpadních hmot a modifikace šitá na míru z hlediska použití v konstrukci vozovky a požadovaných přínosů pro silniční provoz.

Na tyto premisy se zaměřily výzkumné práce podporované Ministerstvem průmyslu a obchodu a Technologickou agenturou ČR. Byla vyvíjena technologie výroby asfaltů modifikovaných pryžovým granulátem (CRmB z angl. výrazu Crumb Rubber modified Bitumen, hovorově gumoasfalt) a jejich použití v asfaltových směsích. Bylo vyvinuto a odzkoušeno zařízení pro výrobu CRmB a postupně byly navrženy, laboratorně odzkoušeny a následně vyráběny a položeny různé asfaltové směsi. Byly tak stanoveny přednosti těchto směsí:

• vysoká odolnost proti tvorbě trvalých deformací,
• velmi dobrá odolnost vůči únavě,
• zvýšená odolnost proti trhlinám,
• nižší stárnutí pojiva,
• dobré protismykové vlastnosti od počátku užívání povrchu vozovky,
• možnost používání jemnozrnných směsí až do zrnitosti 4 mm,
• směsi s mezerovitostí vyšší než 8 % se na rozdíl od běžných směsí nerozpadají po krátké době provozování.

Od prvního použití asfaltového koberce drenážního se zrnitostí do 16 mm (PA 16) s pojivem CRmB dovezeným ze SRN s mezerovitostí vrstvy vyšší než 18 % na silnici R43 před hranicí Brna uběhlo už 10 let. K překrytí ložní vrstvy byla rovněž použita vrstva z CRmB v tloušťce 2,5 mm jako asfaltová membrána (vrstva SAMI – Stress Absorbing Membrane Interlayer) k pevnému spojení obou vrstev a k zabránění pronikání vody do nižších vrstev vozovky. Obrusná vrstva je s výjimkou příčných trhlin v průměrné vzájemné vzdálenosti 50 m ve velmi dobrém stavu, zejména se nevyskytuje ztráta zrn kameniva.

Výše uvedená zjištění z laboratorních zkoušek, ověření ustanovení zpracovaných TP 148 [1], šestileté provozní zkušenosti s výrobou a používáním různých směsí s CRmB a zároveň dobrý stav vrstvy po 10 letech používání podporuje předpoklad, že je možno asfaltové vrstvy používat k údržbě a opravě vozovek ve velmi tenkých vrstvách, tj. v technologiích podle vzorových technologických listů VTL listů 4 až 6 obsažených v TP 87 [2], které mohou být částečně doplněny:

• VTL 4 údržba asfaltovým betonem pro velmi tenké vrstvy, což je technologie navýšení povrchu vozovky nejvýše o 30 mm.
• VTL 5 Výměna obrusné vrstvy ovšem s tím, že se odfrézuje pouze nejvýše 30 mm (provede se vyrovnání povrchu) a následně se provedou lokální opravy poruch do hloubky zaručující jejich odstranění. Po opravách se položí tenká vrstva z asfaltové směsi s CRmB v tloušťce 30 mm.
• VTL 6 Výměna krytových vrstev jen s tím rozdílem, že se odfrézují vrstvy krytu do 60 mm s vyrovnáním příčného a podélného sklonu a opraví se lokální konstrukční poruchy do hloubky zaručující jejich odstranění. Na takto z hlediska únosnosti vozovky homogenizovaný podklad se položí dvě funkčně odlišné krytové vrstvy v celkové tloušťce 60 mm.

Uvedená technologie VTL 4 zvýšením povrchu vozovky se používá zřídka, obvykle se k souvislé údržbě přistupuje pozdě a musí se provést finančně náročnější opravy, jež jsou uvedeny níže.

První použití technologie CRmB podle VTL 5 bylo provedeno na ulici Veslařská v Brně, kde byl použit asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy BBTM 5A s CRmB s několika lokálními opravami do hloubky dalších 50 mm.

Zmíněná technologie rozšiřující VTL 6 byla poprvé použita při opravě místní komunikace vnitřního silničního okruhu v Brně na ulici Koliště. Technologii lze používat obecně:

• pokud základní poruchou je porušování obrusné vrstvy s výskytem často prováděných vysprávek.
• při výskytu konstrukčních poruch (síťové trhliny s poklesy vozovky, rozvětvené příčné a podélné trhliny a trvalé deformace v asfaltových vrstvách) na ploše menší než 10 % pro dálnice, rychlostní komunikace a silnice I. třídy nebo 20 % až 30 % pro ostatní silnice s tím, že se tato místa lokálně opraví,
• pokud příčinou trvalých deformací na vyšších plochách, než je uvedeno výše, je neodolná obrusná vrstva vozovky, která se při opravě odstraňuje,
• pokud výskyt příčných, podélných a nepravidelných tenkých trhlin nemá vliv na šíření dalších poruch a jejich rozsah je omezen na 0,5 m délky na 1 m² (trhliny se buď neprokopírují do ložní vrstvy, nebo se v původní ložní vrstvě utěsňují)

Pro takto definovaný stav se obvykle navrhuje výměna obrusné vrstvy nebo výměna krytových vrstev se sanací trhlin výztužnou textilií nebo SAMI vrstvou v hloubce vyšší než 100 mm. Obvykle se tedy provádí oprava v souladu se vzorovým technologickým listem VTL 5 nebo VTL 6. Rozhodnutí, zda použít opravu podle VTL 5 nebo 6, obvykle ovlivní velikost dopravního zatížení a zanedbání údržby. Většina poruch zapříčiněná pronikající vodou do konstrukce poruší vrstvu ložní i podkladní a oprava se pak navrhuje následujícím postupem:

• frézování na výšku 100 mm pod budoucí povrch vozovky (vyrovnává se příčný a podélný sklon vozovky),
• poruchy trhlinami (rozvětvené trhliny, vylámání směsi kolem trhliny, síťové trhliny) nebo s poruchami podkladní vrstvy se v porušených plochách frézují na hloubku nejméně dalších 60 mm a vyplňují se asfaltovou směsí pro podkladní vrstvy,
• sanace příčných trhlin se provádí zabroušením plochy v hloubce min. 100 mm na šířku nejméně 2 m s trhlinou uprostřed, provede se postřik modifikovanou emulzí, položí se výztužná textilie a opět se použije postřik k plnému nasycení textilie,
• na spojovací postřiky se položí ložní vrstva a obrusná vrstva v druhu a kvalitě odpovídající požadavkům.

Pro opravu místní komunikace vnitřního městského okruhu na ulici Koliště v Brně byla navržena a realizována tato technologie opravy:

• frézování obrusné vrstvy s vyrovnáním do hloubky max. 60 mm,
• utěsnění tenkých trhlin zálivkou,
• odfrézování porušené ložní vrstvy v širokých, rozvětvených a síťových trhlinách (do 5 % povrchu vozovky) na šířku do 2 m,
• v odfrézovaných plochách nanesení vrstvy SAMI z CRmB podle TP 147 [3],
• převážně ruční pokládka ACL S 60 mm podle ČSN EN 13108-1 [4] na nanesenou vrstvu SAMI,
• ložní vrstva z asfaltového betonu se zvýšenou odolností proti trhlinám (SAL – Stress Absorbing Layer) s mezerovitostí do 3 % – AC 4, CRmB, tloušťka 30 mm podle ČSN EN 13108-1 [4],
• obrusná vrstva asfaltového betonu pro velmi tenké vrstvy s mezerovitostí 7 % až 10 % – BBTM 5A, CRmB, 30 mm podle ČSN EN 13108-2 [5].

Touto realizací se snížila opravovaná tloušťka vozovky z obvykle užívaných nejméně 100 mm na tloušťku 60 mm. Běžné vrstvy byly nahrazeny vrstvami s vysokou odolností proti trhlinám. V případě vážného porušení ložní vrstvy a případně podkladní vrstvy se lokálně na celkově 5 % plochy i tyto vrstvy následně frézovaly v tloušťce 60 mm (do hloubky 120 mm) s tím, že do vyfrézovaných míst byla použita vrstva CRmB, jako vysokoviskózní vrstva vazkopružně oddělující spodní vrstvy od vrstev nově položených, zabraňující prokopírování trhlin do nových vrstev (SAMI vrstva).

Po dobrých technologických i provozních zkušenostech byla stejná oprava použita při opravě vozovek na průtahu městem Pardubice.

OPRAVA SILNICE II/324 V ULICI HRADECKÁ A III/32224 V ULICI PODĚBRADSKÁ V PARDUBICÍCH
Uvedené silnice v průtahu Pardubicemi jsou bývalou silnicí I/37 a byly vybrány k realizaci v rámci podpory nových technologií Státním fondem dopravní infrastruktury s názvem „Ověření vlastností tichých krytů“. Pardubický kraj dlouhodobě usiluje o používání protihlukových úprav, ověřují se použité drenážní koberce (PA 8 s CRmB a VIAPHONE®) a nízkohlučné asfaltové koberce mastixové (SMA LA). Novou realizací byla dána příležitost objektivně posoudit přínosy.

Z doposud ověřovaných technologií s použitím CRmB byly vybrány obrusné vrstvy:

• drenážní koberec PA 8 v tloušťce 30 mm podle ČSN EN 13108-7 a 
• asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy BBTM 5A rovněž v tloušťce 30 mm podle ČSN EN 13108-2.

Porézní (mezerovitá) vrstva PA byla umístěna na část silnice s nezpevněnou krajnicí k zajištění odtoku vody z vrstvy, případně byly u obrubníků použity rámy vpustí, které tento odtok vody umožňovaly (viz obrázek 1). Vrstva BBTM byla použita v částech lemovaných přídlažbou, ve které byl vytvořen podélný spád do dešťových vpustí, tato vrstva má méně pórů přístupných vodě. Povrchovou texturu obou vrstev znázorňuje obrázek 2.

Jako opatření pro zvýšení odolnosti vůči prokopírování trhlin byla použita ložní vrstva SAL se zvýšenou odolností proti šíření trhlin, AC 8 s CRmB v tloušťce 30 mm s mezerovitostí do 2,6 % s odolností proti trvalým deformacím požadovavou pro obrusné vrstvy. Ve vrstvě je z důvodu nízké mezerovitosti a odolnosti proti trhlinám použito 9,5 % CRmB a při předávkování pojiva však již může dojít ke snížení mezerovitosti na méně než 2 %, což může způsobit sníženou odolnost proti vzniku trvalých deformací v místech dlouhodobého stání těžkých vozidel.

V místech širokých, rozvětvených a mozaikových trhlin, kde byla poškozena i ložní vrstva, bylo provedeno další frézování do hloubky 60 mm. Zde byla aplikována vrstva SAMI z CRmB splňující požadavky TP 147 [3] s rozprostřením pomocí postřikovače, který měl možnost ohřát pojivo v nádrži.

Ve zvláště porušených místech byla použita také hloubková sanace se zásahem do podkladu vozovky. Byly také provedeny lokální úpravy v místech mostů a v rozšíření vozovek.

Na opravovaném úseku se nachází světelně řízená křižovatka, jedna velká okružní a dvě malé okružní křižovatky.

Celkově byla realizovánoprava 2,6 km silnic, z toho 1,1 km je ve čtyřech jízdních pruzích, celková plocha povrchu je 31 556 m², sanace trhlin pomocí SAMI byla na ploše 1 560 m², a celková délka utěsněných trhlin v původní ložní vrstvě měla délku 960 m.

Veškeré práce provedla stavební společnost M-Silnice a. s.

Oprava byla provedena po částech v průběhu dvou měsíců s postupným omezováním běžného silničního provozu. Trolejbusový provoz byl vyloučen jen na čtyřpruhové části po dobu jednoho víkendu, přičemž byl nahrazen autobusovou dopravou.

Uvedené množství CRmB bylo vyrobeno v průběhu 21 dní, výroba byla přizpůsobována potřebám pokládky směsí v závislosti na organizaci dopravy na postupně uzavíraných úsecích. Maximální denní odběr vyrobeného CRmB byl omezen na 47,9 t a minimální odběr byl 4,7 t, průměrný denní odběr činil 15,65 t. 

Průběh pokládky jednotlivých vrstev dokumentují následující fotografie v obrázcích 3 až 7.

HODNOCENÍ KVALITY PROVEDENÝCH PRACÍ
Základní charakteristikou vozovky jsou její povrchové vlastnosti, které se následně užíváním mění:

• Protismykové vlastnosti povrchu, vyjádřené součinitelem podélného tření, stanovené zařízením GripTester, měření a hodnocení je provedeno podle ČSN 73 6177 [6],
• Makrotextura povrchu, vyjádřená pomocí laserového měření hodnotou MPD, stanovená zařízením Hawkeye, měření a hodnocení je provedeno podle ČSN 73 6177 [7].
• Rovnost povrchu, vyjádřená hodnotou mezinárodního indexu nerovnosti IRI, stanovená zařízením Hawkeye, měření a hodnocení je provedeno podle ČSN 73 6175 [8],
• Protihlukové vlastnosti, vyjádřené ekvivalentní hladinou akustického tlaku s filtrem A metodou CPX, tj. měřením dvěma mikrofony v těsné blízkosti pneumatiky měřicího vozu podle ISO/CD 1189-2 [9].

Hodnoty protismykových vlastností povrchů jednotlivých úprav jsou zachyceny v obrázku 8.

Protismykové vlastnosti hodnocené součinitelem podélného tření dokladují, že povrch již od počátku užívání splňuje požadavky pro silnice a městské komunikace. Výhodnější vlastnosti má BBTM 5A, všechny jednotlivé úseky o délce 20 m jsou v klasifikaci 1.

Protichůdně působí hodnota MPD charakterizující makrotexturu, která je v klasifikačním stupni 3 až 4. Jednotný povrch tvořený zrny kameniva frakce 2/4 mm nevytvořil makrotexturu, která by byla dobře hodnocena laserovým měřením. Pro hodnocení je ovšem závazné stanovení součinitele podélného tření, viz obrázek 9.

Rovnost povrchu je na městské podmínky velmi dobrá, pro přejímku povrchu platí klasifikační stupeň 2 a v tomto stupni je jen několik 20metrových úseků. Horší výsledky se vyskytují jen na okružních křižovatkách, na kterých měřicí zařízení zaznamená změny příčných sklonů vozovky.

Důležité jsou údaje o hlučnosti. Stanovená hlučnost nových povrchů je porovnána s hlučností na površích přilehlých k provedené protihlukové úpravě, k hlučnosti stanovené na původních površích před opravou a na dříve pokusně vybudovaných úpravách pro hodnocení protihlukových úprav v blízkosti Pardubic:

• asfaltový beton zrnitosti 11 mm (ACO 11) na přilehlém Wonkově mostě,
• asfaltový beton zrnitosti 8 mm (ACO 8) na pokračování ulice Poděbradská,
• asfaltový koberec drenážní (PA 8, CRmB) na silnici II/358 Skuteč, úprava je z roku 2011,
• asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy zrnitosti 8 mm (VIAPHONE®) na pokračování II/324 a ulice Hradecké ve Starém Hradišti, úprava je z roku 2011,
• původní povrch vozovky před opravou měřený v roce 2012,
• drobná dlažba z přírodního kamene na Masarykově náměstí v Pardubicích.

Z výsledků, které jsou znázorněny v obrázcích 11 a 12 lze odvodit:

• Vrstva BBTM 5A je z hlediska snížení hluku pro místní komunikace nejvhodnější úpravou, emise hluku jsou do rychlosti 60 km/h nejnižší.
• Vrstva PA 8 své výhodnější vlastnosti prokazuje až od rychlosti 60 km/h, vrstva díky větší zrnitosti vydává hlubší tón a závislost hluku na rychlosti je méně strmá.
• Vrstva PA 8 položená v roce 2011 na silnici II/358 Skuteč má emise hluku oproti PA 8 na Poděbradské ulici při rychlosti 40 km/h o 0,4 dB vyšší a při rychlosti 60 km/h o 1 dB vyšší. Při měření v roce 2012 byly emise hluku na tomto úseku při rychlosti 50 km/h o 1 dB nižší, tedy hlučnost byla podobná, jako má nový PA 8 na silnici ii/32224.
• BBTM 8B označovaný jako VIAPHONE® je v celém rozsahu rychlostí o 2,2 dB hlučnější než nový PA 8. Při měření v roce 2012 byly emise hluku na tomto úseku při rychlosti 50 km/h také o 2,2 dB nižší. Zvyšování hlučnosti (stejně jako u vrstvy PA 8) zřejmě souvisí se zanášením mezerovitosti, což se projevuje zejména na místních komunikacích.
• Původní povrch na silnici II/324 měřený v průběhu přípravy realizace dne 29. 7. 2012 měl z měřených asfaltových povrchů při rychlostech 40 km/h a 50 km/h o 5,1 dB a 5,5 dB vyšší hlučnost ve srovnání se současným povrchem BBTM 5A.
• Původní povrch na silnici III/32224 vykazoval hlučnost v poměrně vysokém rozptylu ±1,5 dB při daných měřicích rychlostech 40 km/h a 50 km/h. Bylo to dáno různorodým povrchem, vysprávkami a poruchami trhlinami, nerovnostmi a výtluky. Průměrná hlučnost byla oproti povrchu BBTM 5A o 5,4 dB vyšší a oproti PA 8 o 4,7 dB vyšší.
• Povrch na Wonkově mostě z kvalitního ACO 11 je oproti BBTM 5A v rozsahu rychlostí 40 km/h až 60 km/h v průměru o 5 dB hlučnější a oproti PA 8 je hlučnější o 4 dB až 6 dB.
• Povrch za koncem úseku na III/32224 z ACO 8 s vysprávkami je oproti BBTM 5A v rozsahu rychlostí 40 km/h až 60 km/h v průměru o 6,5 dB až 5 dB hlučnější a oproti PA 8 je hlučnější o 5,5 dB. Ve srovnání s měřením v roce 2012 se průměrná hlučnost na tomto úseku ještě zvýšila.
• Naprosto nejvyšší emise hluku jsou na povrchu drobné dlažby z přírodního kamene, kde byla stanovena hlučnost o 12 dB až 15 dB vyšší než na BBTM 5A a nebo na PA 8. Jediné auto vyvolá stejný hluk jako 18 až 30 stejných vozidel na povrchu z BBTM nebo PA.
• Na úseku II/355 Horka – Chrast byly v roce 2010 provedeny obrusné vrstvy z SMA 8, SMA 11 LA a ACO 8 s použitím modifikovaného asfaltu a hlučnost měřená v roce 2012 se vzájemně nelišila a byla vyšší o 1,7 dB než byla naměřena na vrstvě VIAPHONE® ve stejném dni (hodnoty nejsou v obrázcích uvedeny).

ZÁVĚR
Modifikace asfaltu pryžovým granulátem umožňuje používat jemnozrnnější asfaltové směsi, čímž lze snížit tloušťky vrstev při údržbě a opravě vozovek a dosáhnout snížení dopravního hluku. V článku je dokumentována oprava vozovek v průtahu městem Pardubice s tloušťkou vrstev pouze 60 mm a lokální opravou původní ložní, případně podkladní, vrstvy.

K zabránění prokopírování širokých a rozvětvených trhlin z podkladních vrstev byla použita asfaltová membrána (SAMI) z CRmB v hloubce 120 mm. Ke snížení prokopírování tenkých příčných a nepravidelných trhlin v původní ložní a podkladní vrstvě byla použita vrstva se zvýšenou odolností proti trhlinám (SAL) v tloušťce 30 mm. Vrstva o mezerovitosti do 3 % má také zabránit pronikání vody do nižších vrstev vozovky. Jako obrusná vrstva byl položen asfaltový koberec drenážní (PA 8) nebo asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy (BBTM 5A). Obě obrusné vrstvy v tloušťce 30 mm mají za cíl snížit silniční hluk.

Měřením rovnosti, protismykových vlastností, makrotextury a hluku bylo zjištěno, že oprava na začátku provozování má velmi dobré povrchové vlastnosti.

Hlavním cílem bylo ověření protihlukových vlastností. Měřením bylo stanoveno, že oproti původním povrchům vozovek došlo ke snížení emisí hluku o 5 dB až 6 dB, na některých úsecích až o 8 dB. Ve srovnání s dříve provedenými úseky PA 8 je zaznamenáno snížení hluku o 1 dB, oproti technologii VIAPHONE® o 3 dB a ostatní technologie s očekávaným protihlukovým účinkem provedené v kraji vykázaly jen nízké snížení hlučnosti. Snížení o 3 dB znamená stejné snížení jako by způsobilo snížení intenzity dopravy na polovinu nebo snížení rychlosti vozidel z 60 km/h na 50 km/h. Snížení o 6 dB znamená snížení intenzity vozidel na jednu čtvrtinu nebo pro stejnou hlučnost je možno zvýšit rychlost vozidel ze 40 km/h na 60 km/h. Tyto pozitivní hodnoty se zvýší díky pohltivosti vnějšího hluku mezerovitými vrstvami a vrstvami s vysokým obsahem viskózního pojiva; dopadající hluk není těmito vrstvami odražen, ale je částečně pohlcen, což dále přispívá k hlukové pohodě okolí pozemních komunikací. Doposud prováděné vrstvy o zrnitosti 8 mm a vyšší zatím, zejména v městských podmínkách, vykazují postupné snižování hlučnosti zanášením mezerovitosti, což bylo měřením také prokázáno.

V měření a hodnocení povrchových a protihlukových vlastností úseků v Pardubickém kraji se bude pokračovat, aby mohly být získány podklady pro objektivní hodnocení přínosů technologií.

Popsané technologie s využitím CRmB jsou zajímavé také úsporou tlouštěk vrstev při opravě vozovek.

Příspěvek vznikl s podporou projektu TA02031191 „Výzkum a realizace dodávky asfaltů modifikovaných pryžovým granulátem systémem „just in time” a komplexní servis při výrobě asfaltových směsí“.

LITERATURA:
[1] TP 148 Hutněné asfaltové vrstvy s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem z pneumatik, Předběžné technické podmínky Ministerstva dopravy, 2009.
[2] TP 87 Navrhování údržby a opravy netuhých vozovek, Technické podmínky Ministerstva dopravy, 2010
[3] TP 147 Užití asfaltových membrán a geosyntetik v konstrukci vozovky, Technické podmínky Ministerstva dopravy, 2010.
[4] ČSN EN 13108-1 Asfaltové směsi – Specifikace pro materiály – Část 1: Asfaltový beton, 2008.
[5] ČSN EN 13108-2 Asfaltové směsi – Specifikace pro materiály – Část 2: Asfaltový beton pro velmi tenké vrstvy, 2008.
[6] ČSN EN 13108-2 Asfaltové směsi – Specifikace pro materiály – Část 7: Asfaltový koberec drenážní, 2008
[7] ČSN 73 6177 Měření a hodnocení protismykových vlastností povrchů vozovek, 2009.
[8] ČSN 73 6175 Měření a hodnocení nerovnosti povrchů vozovek, 2009.
[9] ISO/CD 11819-2 Acoustics – Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise – Part 2: The close-proximity method, 2000.

New Technologies of Maintenance and Repair of Asphalt Pavements focuse on Material Saving and Noise Reduction
Durable asphalt technologies with multifunctional effects in the pavement structure are searched for in the whole world. Especially in the Czech Republic due to climate changes low quality of bitumens and their high price is felt. One of the possibilities of solving the resistance of asphalt layers to extremely high and low temperatures is the modification of paving grade bitumens by crumb rubber granulate directly in asphalt mixing plant. These special binders produce an increased resistance of bituminous mixtures to permanent deformations and to fatigue and frost cracks and these mixtures can be used in very thin layers. Wearing courses decrease the traffic noise and they offer a good skid resistance.

Autoři

• Prof. Ing. Kudrna Jan CSc.
• Ing. Urbanec Květoslav
• Ing. Kachtík Jiří
• Ing. Dašek Ondřej Ph.D.
• Ing. Coufalík Pavel Ph.D.