Silnice mosty 2022, 4, 43–46

Ing. Jan Zajíček


Článek navazuje na příspěvek Revize TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací, Část 1. – Důvody revize a koncepce řešení, který byl uveřejněn ve zpravodaji Silnice mosty č. 3/2022.


Úvod

Záměrem úvodní části TP 170 je uvést čtenáře jednoduchým a srozumitelným způsobem do problematiky navrhování vozovek a tak jej co nejlépe připravit pro pochopení dalšího textu.

K návrhu vozovky lze dojít jejím výběrem z katalogu vozovek nebo výpočtem. Jaký způsob se zvolí, záleží na podmínkách zadání. Názorné vysvětlení principu analytického modelu porušování konstrukce vozovky ukazuje obrázek 1.

Obrázek 1: Princip analytického modelu
porušování konstrukce vozovky

Pomocí výpočetního programu se s využitím teorie lineárně pružného vrstevnatého poloprostoru modeluje namáhání konstrukce vozovky a podloží, kde se na základě známých únavových vlastností materiálů daný stav vyhodnotí pomocí dvou kritérií:

  • posouzení únavy při namáhání asfaltových nebo cementobetonových vrstev v tahu ohybem,
  • posouzení kumulace nevratných přetvoření při namáhání podloží v tlaku.

Vyhodnocení je založeno na jednoduchém porovnání návrhového (předpokládaného) dopravního zatížení a mezního vypočteného dopravního zatížení, tj. zatížení, jaké vozovka snese. Vozovka vyhovuje, pokud je návrhové (předpokládané) dopravní zatížení nižší než dopravní zatížení mezní vypočtené. To se vyjadřuje pomocí jejich poměru (tzv. poměrné porušení), který musí být ve vhodně zvoleném intervalu hodnot menších než 1.

Shrnutím úvodní části je informace o vstupních údajích potřebných pro návrh a posouzení vozovky:

  • návrhová úroveň porušení,
  • dopravní zatížení,
  • návrhové parametry podloží vozovky,
  • klimatické podmínky,
  • návrhové parametry konstrukčních vrstev.


Návrhová úroveň porušení

Spolehlivost návrhu konstrukce vozovky musí odpovídat intenzitě provozu a dopravnímu významu komunikace. Návrhová úroveň porušení při návrhu vozovky klasifikuje její budoucí provozní způsobilost a předpokládaný rozsah konstrukčních poruch na konci návrhového období.

Jednotlivé návrhové úrovně porušení D0, D1 a D2, které odpovídají funkčnímu rozdělení pozemních komunikací a intenzitě silničního provozu, jsou převzaty z původních TP 170 beze změny.


Dopravní zatížení

Již úvodem se klade důraz na správné pochopení, že dopravní zatížení má dynamický charakter, kde pro posouzení vozovky je rozhodující její odolnost proti opakujícímu se namáhání způsobenému přejezdy vozidel. Protože dopravní proud tvoří různé typy vozidel, jejich účinek se převádí na počet přejezdů tzv. návrhové nápravy o hmotnosti 100 kN (10 t).

Zde došlo ke zvýšení hodnoty průměrného dotykového tlaku z původních 0,55 MPa na 0,80 MPa. Důvodem je respektování současných hodnot huštění pneumatik nákladních vozidel, od kterých se velikost dotykového tlaku odvozuje. Nové parametry návrhové nápravy:

  • zatížení nápravy…………………. Qk = 100 kN;
  • počet kol se zdvojenými pneumatikami (dvojmontáž)……………… 2;
  • vzdálenost středu dotykových ploch dvojmontáže (obrázek 2)……………..           0,344 m;
  • poloměr dotykových (zatěžovacích) ploch (obrázek 2)……………. ak = 0,0998 m;
  • průměrný dotykový tlak (intenzita svislého rovnoměrného zatížení)……………….qk = 0,80 MPa.
Obrázek 2: Schéma dotykových ploch dvojmontáže návrhové nápravy

Celý postup stanovení dopravního zatížení je založen na transparentním přepočtu účinků projíždějících vozidel na počet přejezdů návrhové nápravy (Ncd) za současného zachování pojmu těžké nákladní vozidlo (TNV). Toho bylo dosaženo zavedením definice TNV jako vozidla, vyvozující stejné účinky jako přejezd jedné návrhové nápravy. Lze tedy uvažovat 1 Ncd = 1 TNV.

Poznámka: Pro zachování TNV jsou praktické důvody, neboť tento pojem je natolik rozšířen, že jeho zrušení by přineslo značné komplikace. Pojem TNV je též vhodný při komunikaci o dopravním zatížení s laickou veřejností.

Rovnici pro výpočet TNV0 tak lze psát s vědomím jasné představy významu číselných koeficientů před jednotlivými reprezentanty typů vozidel:

TNV0 = 0,1 LN + 0,9 SN + 1,9 SNP + TN + 2,0 TNP + 2,3 NSN + A + AK,

kde je

TNV0  průměrná denní intenzita provozu těžkých nákladních vozidel v roce sčítání dopravy;

LN      lehká nákladní vozidla (užitečná hmotnost do 3,5 t) bez přívěsu i s přívěsy;

SN      střední nákladní vozidla (užitečná hmotnost 3,5 – 10 t) bez přívěsů;

SNP   střední nákladní vozidla (užitečná hmotnost 3,5 – 10 t) s přívěsy;

TN      těžká nákladní vozidla (užitečná hmotnost nad 10 t) bez přívěsů;

TNP   těžká nákladní vozidla (užitečná hmotnost nad 10 t) s přívěsy;

NSN   návěsové soupravy nákladních vozidel;

A         autobusy;

AK      autobusy kloubové.

V rovnici jsou původní symboly N1, N2, PN2, N3… nahrazeny LN, SN, SNP, TN…, které se běžně používají při sčítání dopravy. Není důvod, aby se v TP  170 používaly symboly jiné.

Postupem převzatým beze změny je zohlednění nárůstu dopravy vedoucí k hodnotě TNVk. Pak již lze vše vyjádřit pomocí jednoduché rovnice pro výpočet Ncd:

Ncd = C1 . C2 . C3 . C4 . TNVk . 365 . td

Ve výkladu součinitelů C1 až C 4 jsou jen drobné úpravy některých pojmů. Za zmínku stojí zejména součinitel C 3, který dostal jasnou definici jako součinitel vytížení vozidel. To koresponduje s tím, že intenzita provozu těžkých nákladních vozidel se převádí na počet návrhových náprav za předpokladu, že všechna projíždějící vozidla jsou maximálně vytížena a není přitom překročena jejich největší povolená hmotnost (vychází se z továrních hodnot celkové hmotnosti).

Důležitá změna nastala ve vyjádření tříd dopravního zatížení, které jsou nyní postaveny na mezních počtech přejezdů návrhové nápravy Ncd za návrhové období podle tabulky 1. Při použití katalogu vozovek je tak vstupní hodnotou reprezentující třídu dopravního zatížení výhradně Ncd. Hodnoty TNVk zde zůstávají pouze pro orientaci a platí pouze pro nejčastěji předpokládané hodnoty C 1, C 2, C 3 a C 4 (viz poznámky k tabulce 1).


Návrhové parametry podloží vozovky

Pro stanovení parametrů podloží byl převzat postup Dodatku k TP 170 z roku 2010, kde se návrhové parametry určí pomocí tabulky 2 z poměru únosnosti CBR zeminy podloží nebo ze zatřídění zeminy podloží podle ČSN 73 6133. Uvedený postup vede ke stanovení parametrů podloží na základě geotechnického průzkumu v rámci zpracování projektové dokumentace a eliminaci nouzových řešení něco zjišťovat až na stavbě na základě kontrolního modulu přetvárnosti Edef,2.

Zásadou návrhové metody je, že parametry podloží se nejprve zjišťují a potom předepisují. Je těžko pochopitelné, že často je tomu naopak. Aniž by byly k dispozici podklady o zemině v podloží a k tomu nějaký racionální důvod, parametry podloží se předepisují jako PII (Ed = 80 MPa, Edef,2= 60 MPa) a až na stavbě se pak hledá způsob, jak je splnit. Stavební práce se tím zbytečně komplikují a prodražují.

Při využití poznámky 2) v tabulce se musí postupovat zvlášť opatrně s vědomím, že únosnost podloží se může výrazně snížit po následném překrytí letním vedrem vysušené zemní pláně vozovkou, kdy podloží nasaje přirozenou okolní zemní vlhkost. Dodatečně zřízený drenážní systém obvykle není účinný, protože pokud je příčinou nepříznivé vlhkosti kapilární voda, její odvedení pomocí drenáží není možné. Kapilární voda nikdy nemůže samovolně odtékat vlivem gravitace. Navíc existují ještě další způsoby, jak se voda běžně pod vozovku dostává a může únosnost podloží nepříznivě ovlivnit. Například dešťová voda stékající po vozovce prosakuje do podloží přes nezpevněnou krajnici. Další vlhkost se do vozovky dostává vlivem kondenzace vodních par přítomných v pórech zeminy a směsi kameniva v chladném období.

Je tedy zřejmé, že jisté množství vody se do vozovky dostane vždy a během střídání ročních období přirozeně kolísá. Proto se při zkoušce CBR podloží vždy požaduje 4denní sycení vodou, i když to může být v některých případech považováno za příliš přísný požadavek. Je však třeba vzít v úvahu, že vozovka postavená na neúnosném podloží je neopravitelný zmetek, a proto je nezbytné preferovat bezpečné řešení vedoucí k maximální eliminaci možného rizika.

V případě nutnosti provedení úpravy nebo výměny podloží se musí též stanovit tloušťka této úpravy nebo výměny v závislosti na vlastnostech podloží. K tomu slouží tabulky č. 5 a č. 6 ČSN 73 6133, které jsou nyní zařazeny i do TP 170.


Klimatické podmínky

Klimatické podmínky hrají roli z hlediska ochrany podloží vozovky před promrzáním, kde se na současném postupu nic nemění.


Návrhové parametry konstrukčních vrstev

U asfaltových vrstev byly doplněny další technologie podle ČSN 73 6120, jako SMA L, ACP RBL, SAL, BBTM NH a SMA NH. Toto doplnění se opírá o sérii zkoušek, provedených na VUT v Brně a ČVUT v Praze.

Moduly pružnosti nestmelených vrstev byly již delší dobu zpochybňovány s tím, že zahraniční návrhové metody počítají s nižšími hodnotami. Toto v poslední době potvrzují i vlastní zkušenosti. Proto na VUT v Brně proběhlo měření modulů pružnosti vybraných nestmelených směsí v triaxiálním přístroji s cílem stávající poznatky doplnit.

Upravené moduly pružnosti nestmelených vrstev jsou uvedeny v tabulce 3.

Modul pružnosti nestmelené vrstvy závisí na její tloušťce a modulu pružnosti podkladu, na kterém leží, přičemž by jeho hodnota neměla překročit ve vztahu k modulu pružnosti podkladu jistou mez. Proto jsou moduly pružnosti ŠDA a ŠDB, kde vrstva ŠDB obvykle tvoří spodní podkladní vrstvu ležící na podloží odlišné. Horní podkladní vrstva ŠDA již leží na lepším podkladu z ŠDB, a proto může být její modul pružnosti vyšší.

Naopak u MZ byl modul pružnosti zvýšen, protože podle ČSN 73 6126-1:2019 došlo ke zpřísnění technických požadavků pro MZ jejich sjednocením s požadavky pro ŠDB.

K návrhovým parametrům konstrukčních vrstev uvedeným v tabulkách v TP 170 je doplněna důležitá poznámka, že tyto hodnoty nelze přímo porovnávat s výsledky laboratorních zkoušek. Pokud má být u významných staveb, nebo na základě požadavků projektanta či investora, proveden návrh vozovky na základě výsledků laboratorních zkoušek, je třeba individuálního posouzení, jak z naměřených, laboratorně stanovených hodnot zvolit návrhovou hodnotu pro výpočet.


Spolupráce

Revize TP 170 je dílem autorského kolektivu: Ing. Jan Zajíček, prof. Dr. Ing. Michal Varaus, doc. Ing. Ludvík Vébr, CSc.,
Ing. Petr Mondschein, Ph.D., Ing. Jiří Fiedler a Ing. Luděk Mališ.