Vyhodnotenie premenných parametrov vozovky rýchlostnej komunikácie R1 Trnava – Nitra v km 0,000 až km 2,250, v mieste uloženia oceľovej výstužnej siete Roadmesh

• Foto

Cieľom článku je porovnanie efektívnosti jednotlivých komerčne bežne dostupných výstužných materiálov v porovnaní s oceľovou výstužnou sieťou Roadmesh@ a vyhodnotenie účinnosti výstužných materiálov na základe výsledkov miery predĺženia životnosti vozovky a hodnotenia zmeny premenných parametrov vozovky.

Podkladom pre porovnanie jednotlivých výstužných materiálov je výskum realizovaný v tejto oblasti významnými inštitúciami, ktoré hodnotili vplyv vývoja propagácie trhliny v asfaltovom kryte vozovky pri použití rôznych druhov výstužných materiálov vrátane oceľovej siete Roadmesh@, tak ako napr. výskum Nottinghamskej univerzity a pod.

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 v období 13 rokov.

Predtým ako pristúpime k prezentácii výsledkov laboratórnych skúšok realizovaných jednotlivými inštitúciami, by sme radi odprezentovali najčastejšie druhy materiálov používaných pri vystužovaní vozoviek. Bežne sa používajú na vystužovanie vozoviek 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, PP sa pre vystužovanie asfaltových krytov vozoviek neosvedčili vzhľadom na ich vysoké pretvárne charakteristiky a obmedzenú/nemerateľnú schopnosť zlepšenia premenných technických parametrov vozoviek. Plošné prvky navyše v porovnaní s priestorovými výstužami vytvárajú separačnú vrstvu a môžu prispievať k zníženiu šmykovú pevnosť a tuhosti na rozhraní dvoch vrstiev asfaltových vrstiev.

V súčasnosti sa na vystužovanie asfaltových krytov vozoviek najčastejšie používajú plošné prvky – výstužné geomreže na báze sklenených vlákien, ktoré majú minimálne pretvorenie – napr. geomreže Macgrid AR.

Takisto sa ako výstužné materiály používajú aj priestorové siete na báze ocele (napr. Roadmesh@), ktoré okrem výstužnej funkcie umožňujú aj plnú integráciu pôvodných a rehabilitovaných vrstiev v dôsledku efektu zazubenia sa asfaltových vrstiev do otvorenej „priestorovej“ štruktúry výstuže.

VÝSKUM NOTTINGHAMSKEJ UNIVERZITY (UK)

Výskum zameraný na účinnosť jednotlivých výstužných materiálov (geotextílie, geomreže, oceľové siete) v 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 tomu v prípade nevystuženého stavu.

Geomreže ako aj geotextílie významným spôsobom redukujú hodnotu šmykovej pevnosti na rozhraní dvoch vrstiev vozovky a prispievaju k vzniku separačného efektu.

Výsledky výskumu preukazujú aj fakt, že oceľové výstuže dokážu predĺžiť životnosť vozovky voči vzniku reflexných trhlín faktorom 3 (kde sklovláknité geomreže faktorom 1,5), čím ich v tomto parametre ďaleko prekonávajú.

K podobným výsledkom – faktor miery predĺženia životnosti vozovky pre oceľovú sieť Roadmesh@ sa dopracovali aj výskumníci z iných inštitúcií, napr. výskum Univerzity v Cagliari, ktorý takisto hodnotil vývoj propagácie trhliny pri cyklickom zaťažení metódou konečných prvkov, alebo aj výskum Smart Road z USA, kde vedci hodnotili mieru zlepšenia životnosti vozovky v miernom podnebnom pásme zabudovaním snímačov do vozovky, kde bola nainštalovaná sieť Roadmesh@.

VÝSKUM SPOLOČNOSTI VUIS CESTY spol. s r.o. 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 bola v roku 2007 aplikovaná oceľová výstužná sieť Roadmesh@. Predmetná časť komunikácie bola uvedená do užívania v 80. rokoch 20. storočia. Na základe diagnostiky bola v septembri 2007 vykonaná oprava vozovky, pričom pôvodná obrusná a ložná vrstva asfaltovej zmesi boli odfrézované do hĺbky 100 mm.

Na tejto úrovni bola položená v sledovanom úseku oceľová výstužná sieť Roadmesh@. Následne bol na vrstvu s výstužou aplikovaný spojovací postrek a ložná vrstva krytu AC 22 P s modifikovaným asfaltovým spojivom o hrúbke 60 mm. Na túto vrstvu bol aplikovaný spojovací postrek a obrusná vrstva krytu SMA 11 s modifikovaným asfaltovým spojivom o hrúbke 40 mm.

Hodnotenie bolo vykonané z hľadiska hodnotenia prevádzkovej spôsobilosti (vybraných premenných parametrov vozovky) vo vzťahu k zaťaženiu vozovky vyjadrenému v počte realizovaných prejazdov nákladnými vozidlami.

Úsek bol hodnotený aj na základe vizuálnej prehliadky, výsledkov meraní nerovností latou, výsledkov meraní pozdĺžnych nerovností IRI, a priečnych nerovností meraných zariadením „PROFILOGRAF. Ďalej bol úsek zhodnotený aj na základe únosnosti meranej zariadením DEFLEKTOMETER – KUAB.

DOPRAVNÉ ZAŤAŽENIE

Na predmetnom úseku R1 sa vykonávalo celoštátne sčítanie dopravy v sčítacom úseku číslo 80796. Sčítanie dopravy vykonáva každých 5 rokov Slovenská správa ciest SR.

Na predmetnom úseku sa realizovalo sčítanie dopravy v rokoch 2000, 2005, 2010 a 2015.

Pre zmenu premenných parametrov sú rozhodujúce nákladné vozidlá, ktoré najväčšou mierou prispievajú k degradácií parametrov vozovky.

Od položenia kovovej výstužnej siete Roadmesh@ po predmetnej vozovke prešlo viac ako 9,7 milióna nákladných vozidiel.

ÚNOSNOSŤ VOZOVKY

Únosnosť asfaltových vozoviek bola meraná 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 a hodnotenia únosnosti asfaltových vozoviek pomocou zariadení FWD KUAB bolo najmä klasifikácia únosnosti vozoviek predmetného úseku.

Celé hodnotenie sa realizovalo v zmysle predpisu TP 031 „Meranie a hodnotenie únosnosti vozoviek asfaltových vozoviek pomocou zariadenia FWD KUAB.

TP 031 je predpis Ministerstva dopravy pôšt a telekomunikácií SR, Sekcia cestnej dopravy a pozemných komunikácií s účinnosťou od 1. 5. 2009.

Na základe výsledkov meraní je možné konštatovať, že všetky merané body dosiahli únosnosť charakterizovanú ako veľmi dobrú a mimo dvoch bodov je únosnosť úseku charakterizovaná ako výborná a splňuje I. kvalifikačný stupeň.

Z uvedeného vyplýva, že oceľová sieť Roadmesh@ neprispela k zlepšeniu únosnosti, pretože aktívna zóna, vzhľadom na čas realizácie, bola 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 na základe priehybových čiar je dostatočne tuhá a únosnosť vyjadrená zaručenou hodnotou ekvivalentného modulu pružnosti je v celom úseku s 90% 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 boli zistené nasledovné poruchy:

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

Na obrázku 4 je zobrazené 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 sa trhliny do pomalého jazdného pruhu.

MERANIE PRIEČNYCH A POZDĹŽNYCH NEROVNOSTÍ LATOU

Kontrolné meranie nerovností bolo realizované dňa 15. 3. 2018 latou o dĺžke 3 m v zmysle normy STN EN 13036-7.

Meranie sa uskutočnilo 11 rokov po zabudovaní kovovej siete Roadmesh@. Za toto obdobie prešlo vozovke viac ako 9,7 milióna nákladných vozidiel.

Priečne nerovnosti boli merané v priečnom profile každých 100 m v mieste ľavej a pravej koľaji. Pozdĺžne nerovnosti boli merané každých 500 m.

Pozdĺžne nerovnosti dosahovali hodnoty od nemerateľnej až po hodnotu 1 mm. Priečne nerovnosti mali priemerné hodnoty v smere Trnava – Nitra 3,2 mm pravá stopa (koľaj) a 2,5 mm ľavá stopa (koľaj). 

Absolútne hodnoty sú veľmi nízke. Medzná hodnota uvádzaná v predpise TP056 je 5 mm pre 1. klasifikačný stupeň označovaný ako výborný stav.

POZDĹŽNE NEROVNOSTI IRI

Premenný parameter vozovky pozdĺžna nerovnosť 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. IRI (angl. International Roughness Index) – parameter pôvodne spracovaný pre profilometrické merania, pri ktorých poznáme skutočný priebeh pozdĺžneho profilu komunikácie; je vyjadrením miery nerovností tzv. referenčným priemerným rektifikovaným sklonom, získaným matematicky použitím simulácie prejazdu modelu štvrtiny vozidla; IRI sa vyjadruje v (m/km).

Na meranie sa používalo zariadenie na meranie nerovností vozoviek PROFILOGRAPH GE, firmy Greenwood Engineering A/S z Dánska, vrátane príslušenstva a firemného softvéru na vyhodnotenie dát. Toto zariadenie na základe snímania pozdĺžnych a priečnych profilov laserovými snímačmi v kombinácii s pokročilými technikami pre zber a analýzu dát poskytuje podrobné informácie o stave povrchu vozovky z hľadiska jej rovnosti.

Na predmetnom úseku bolo v období od roku 2005 vykonaných 11 meraní.

Z obrázku je zrejmé, že pred rokom 2008 mali nerovnosti vyjadrené v hodnote IRI stúpajúcu tendenciu. Po položení kovovej siete Roadmesh@ v roku 2007 sa hodnoty nerovností zmenšili na úroveň prahovej hodnoty, 1 čo v zmysle predpisu TP056 je výborný stav.

Podstatnejšie však je, že po položení kovovej siete Roadmesh@ hodnota nerovností IRI nestúpa a možno konštatovať, že je nemenná v rámci odchýlok presnosti merania.

HĹBKA KOĽAJÍ VOZOVKY

Hĺbka koľají je jedným z najvýznamnejších premenných parametroch vozovky. Veľkosť hĺbky koľají má priamy súvis s hĺbkou vody v koľaji a následne vznik aquaplaningu. Aquaplaning je jav, ku ktorému dochádza pri zvýšenej rýchlosti vozidla na mokrej vozovke. Jav sa dá definovať ako strata priľnavosti pneumatiky k vozovke vplyvom vody, ktorá sa dostala medzi pneumatiku a vozovku.

V priebehu rokov 2005 až 2017 sa realizovalo na predmetnom úseku 10 meraní zariadením na meranie nerovností vozoviek vozidlom PROFILOGRAPH GE, firmy Greenwood Engineering A/S z Dánska, vrátane príslušenstva a firemného softvéru na vyhodnotenie dát. Toto zariadenie na základe snímania priečnych profilov laserovými snímačmi v kombinácii s pokročilými technikami pre zber a analýzu dát poskytuje podrobné informácie o stave povrchu vozovky z hľadiska jej rovnosti.

Z obrázku 6 možno konštatovať, že pred rokom 2007 mali hodnoty koľají stúpajúcu tendenciu (prehlbovali sa). Po položení kovovej siete Roadmesh@, od roku 2008 sa priemerné hodnoty koľají nezvyšovali. Priemerné hodnoty koľají od roku 2008 do roku 2017 t. j. predchádzajúcich 9 rokov boli menšie ako 5 mm čo charakterizuje prahovú hodnota podľa TP 056 pre koľaje na diaľniciach 1 kategórie čo znamená výborný stav.

ZÁVERY TECHNICKEJ SPRÁVY VUIS CESTY spol. s r. o.

V roku 2007 bol požiadavka obmedziť tvorbu trvalých deformácií a koľají na úseku cesty rýchlostnej komunikácie R1 privádzača k diaľnici D1 od Trnavy po križovatku s diaľnicou. Za týmto účelom bola do vozovky zabudovaná výstužná kovová sieť Roadmesh@ medzi asfaltové vrstvy a to 10 cm od povrchu vozovky.

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

• na predmetnom úseku od 1. 1. 2008 prešlo 9,7 milióna nákladných vozidiel, kovová sieť Roadmesh@ bola zabudovaná na jeseň 2007;
• vizuálne hodnotenie povrchu vozovky predmetného úseku poukázali 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 stav výborný;
• únosnosť vozovky je možné charakterizovať v zmysle predpisu Ministerstva dopravy SR s označením TP 031 ako výbornú k danému dopravnému zaťaženiu;
• nerovnosť v pozdĺžnom smere pred položením pred rokom 2007 mala stúpajúcu tendenciu od 3,1 m/km po hodnotu 5,3 m/km. Po položení kovovej siete „Roadmesh“ bola hodnota 2,0 m/km a tá sa nemenila v priebehu ďalších ôsmych po sebe nasledujúcich rokoch až po rok 2017.
• pozdĺžnu nerovnosť po položení kovovej siete Roadmesh@ je možné hodnotiť ako nemennú a v zmysle predpisu Ministerstva dopravy SR TP056 ju možno charakterizovať ako veľmi dobrú prípadne výbornú;
• nerovnosť v priečnom smere – koľaje pred rokom 2007 mali hodnoty stúpajúcu tendenciu (koľaje sa prehlbovali). Vyhodnotenie a výsledky sú rovnaké pre merací krok 100 m ako aj pre merací krok 20 m. Po položení kovovej siete Roadmesh@, od roku 2008 sa priemerné hodnoty koľají výrazne nemenili a nezväčšovali.
• priemerné hodnoty koľají od roku 2008 do roku 2017 t. j. predchádzajúcich 9 rokov boli menšie ako 5 mm čo charakterizuje medznú hodnotu podľa predpisu Ministerstva dopravy a výstavby SR TP 056 pre koľaje na diaľniciach ako nerovnosti 1 kategórie, čo znamená výborný stav.

Na základe výsledkov výskumu a analýzy dát z meraní, možno konštatovať, že cieľ použitia výstužnej kovovej siete Roadmesh@ bol splnený.

Dokumentuje to obrázok 7, kde napriek intenzívnemu dopravnému zaťaženiu (viac ako 0,9 milióna prejazdov nákladných vozidiel ročne), sa koľaje od zabudovania kovovej siete Roadmesh@ po rok 2018 nezmenili o viac ako 1 mm a nemajú stúpajúcu tendenciu. 

POUŽITÁ LITERATÚRA:
[1] 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.
[2] 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
[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] 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.
[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.

The Assessment of the Variable Parameters of Expressway Pavement R1 Trnava – Nitra, km 0.000 – 2.250, the Application of Steel Reinforcing Roadmesh
The constant growth of traffic leading to an increase of traffic load, the deteriorating technical condition of pavements and the increasing costs of road construction, maintenance and operation result in a need to use innovative solutions for asphalt pavement reinforcement to prolong their lifetime and ensure their favourable technical condition.

Autor

• Mgr. Lichý Ľuboš