Kompozitní kluzný trn s ocelovou výztuží – od nápadu k prvnímu experimentálnímu strojnímu uložení do cementobetonového krytu v rámci dálniční sítě v České republice

Silnice mosty 2023, 3, 40–42

Ing. Ondřej Dolan, EUROVIA CS, a.s.
Ing. Marie Birnbaumová
Ing. Leo Jeniš, Likal, s.r.o.

Nápad na vytvoření kompozitního kluzného trnu s ocelovou výztuží je starší více než deset let. Ale až krizová období, vyvolaná nejprve globální pandemií COVID 19 a následně konfliktem na Ukrajině, přiměla v roce 2020 Ing. Jeniše ze společnosti Likal, s.r.o., k hlubšímu zamyšlení nad řešením tohoto nápadu.

Hlavními důvody a motivací pro dotažení samotného vývoje pak byly zejména prudký nárůst cen oceli a energií, který výrobu původního ocelového kluzného trnu výrazně prodražoval. Dále je to také celosvětový tlak na snižování uhlíkové stopy a v neposlední řadě ne zcela dobrá zkušenost s přilnavostí plastového povlaku při dynamickém namáhání kluzného trnu ve vozovce v delším časovém období. Jelikož se jednalo o inovativní a v mnoha směrech neobvyklé řešení, obrátil se výrobce při konzultacích a s ověřováním jeho výsledných vlastností na odborníky z uznávaných pracovišť, jako jsou Experimentální centrum při stavební fakultě ČVUT v Praze, Technická univerzita v Mnichově, Centrum dopravního výzkumu Brno, a na některé z odborných firem zabývajících se realizací cementobetonových krytů v praxi.

Výsledkem zdárného vývoje byl pak kompozitní kluzný trn o rozměrech 500 x 25 mm, který je složen z jádra, které tvoří betonářská žebírková ocel B500B o průměru 16 mm a obalu ze speciálního karbonovými vlákny vyztuženého polymeru Polimid B 30 GF o tloušťce 4,5 mm (obrázek 1). Použití betonářské oceli o průměru 16 mm místo původního celoocelového profilu o průměru 25 mm znamená významnou úsporu váhy prvku při současném zachování či vylepšení požadovaných vlastností na kluzné trny kladených (obrázek 2). Redukce váhy se pak v nemalé míře pozitivně projevuje při úspoře spotřeby energií → nižší uhlíková stopa, snadnější manipulaci spojené se sníženou pracností a efektivnější přepravou výrobku na stavbu.

Výborné výsledky experimentální zkoušky kompozitního kluzného trnu vůči cyklickému smykovému namáhaní potvrdily, že spolupůsobení obou částí kompozitu funguje bez výjimky a rovněž odolnost polymerového obalu proti mechanickému poškození je výrazně lepší než u PU povlaku ocelového trnu. Zároveň je však zachována dostatečná kluznost trnu zabudovaného v mase betonu.

Všechny výše uvedené výhody jsou velmi zajímavé rovněž pro stavební firmy, které se realizací cementobetonových krytů zabývají, a proto se některé rozhodly aktivně podílet na popularizaci a pomoci se zavedením nového kompozitního kluzného trnu s ocelovou výztuží do běžné stavební praxe. Aby však mohl být bez pochybností běžně používán, bylo potřeba provést a ověřit jeho bezproblémové strojní uložení v rámci výstavby dálniční sítě v České republice. Věc byla několikrát diskutována v rámci setkání pracovního týmu č. 8 pro cementobetonové kryty a podkladní vrstvy Sdružení pro výstavbu silnic. Na jednání týmu dne 1. 12. 2022 se pak společnost EUROVIA CS, a.s., závod CB technologie, nabídla provést strojní pokládku na zkušebním úseku cementobetonového krytu s cílem ověřit automatické ukládání nového typu trnu v rámci aktuálně realizovaného projektu stavby dálnice D48 Frýdek-Místek, Obchvat –
II. etapa. Nabídka byla účastníky jednání včetně zástupců ŘSD ČR přijata s tím, její výsledky a zkušenosti z průběhu pokládky budou posléze všem členům týmu prezentovány.

Pro zhotovitele cementobetonových krytů začala z důvodu logické počáteční nedůvěry pro výrobek samotný složitá práce s přípravou a schválením jeho použití na zmíněné stavbě. Nejprve byl vytipován vhodný zkušební úsek v km 4,685–4,860L, tj. 175 m, na nějž byla podána žádost o schválení experimentální pokládky ke správci stavby. Přes všechny komplikace byl díky vynaloženému úsilí nakonec s provedením zkušebního úseku vysloven podmíněný souhlas s tím, že případná rizika jdou v plném rozsahu na vrub zhotovitele.

V případě experimentálních pokládek vždy existuje větší riziko, že se něco nepovede. Abychom jej maximálně eliminovali, rozhodli jsme se před samotnou realizací zkušebního úseku provést testovací strojní uložení v rámci mírného protažení pokládky standardně pokládaného úseku, kdy za plánovanou pracovní spárou byla zatlačena jedna příčná spára osazená kompozitními kluznými trny s ocelovou výztuží navíc (obrázek 3).

Po nařezání testovací spáry v přebetonovaném úseku cementobetonového krytu (obrázek 4) byla destrukční metodou provedena postupná segmentace cementobetonového krytu v okolí této spáry s cílem zjistit přesnou poloho uložených trnů (obrázek 5). Velmi dobrý výsledek reálně zjištěné polohy, nás přesvědčil, že se lze bez zvláštního rizika pustit do následné realizace zkušebního úseku.

Pokládka zkušebního úseku s experimentálním strojním ukládáním nového kompozitního trnu proběhla ve čtvrtek 8. 6. 2023 bez komplikací a v plánovaném rozsahu. Uloženo bylo celkem 1 326 kusů kompozitních trnů v 34 příčných spárách. Pokládka byla provedena standardní schválenou, a především ověřenou finišerovou sestavou Wirtgen SP 154i v konfiguraci pro pokládku dvouvrstvého cementobetonového krytu, kterou společnost EUROVIA CS, a.s., člen skupiny VINCI Construction CS, již několik let s úspěchem nasazuje zejména při realizaci betonových vozovek dálničního typu. Speciální automatický vkladač kluzných trnů DBI (obrázek 6) nebylo kvůli použití kompozitních kluzných trnů potřeba nijak speciálně upravovat či přenastavovat a celý proces probíhal standardně hladce jako v případě užití klasických ocelových kluzných trnů. Naopak díky nižší váze je manipulace se svazkem trnů jednodušší, a tím pádem rovněž bezpečnější. Větší počet trnů v dodávaném balíku zároveň umožňuje ujet s finišerem na jedno „nabití“ delší úsek pokládky.

V rámci zkušebního úseku (obrázek 7) bylo na několika příčných spárách provedeno měření polohy kluzných trnů nedestruktivní metodou georadarem, kde naměřené hodnoty nijak nevybočovaly od hodnot naměřených na ostatních úsecích s klasickými kluznými trny. Jejich poloha ve všech parametrech splnila předepsané normové odchylky, a lze tedy předpokládat jejich bezproblémové a plně funkční působení v rámci daného úseku CBK.

Zkoušky povedené v laboratořích ČVUT v Praze a Technické univerzity v Mnichově, stejně jako měření provedená v rámci zkušebního úseku, ukázaly vhodnost kompozitních trnů pro použití ve spárách cementobetonového krytu. Pro možnost používání těchto kompozitních trnů v praxi zbývá dořešit ještě legislativní záležitosti.

Pro kluzné trny platí harmonizovaná evropská norma ČSN EN 13877-3 Cementobetonové kryty – Část 3: Specifikace pro kluzné trny, vydaná v roce 2006, která se odvolává na EN 10060 Ocelové tyče kruhové válcované za tepla. Vzhledem k tomu, že kompozitní trny nejsou zhotoveny z kruhové oceli, tuto normu nesplňují v celém rozsahu a výrobce si musí nechat zpracovat Evropské technické posouzení (ETA), což je evropská varianta nám známého „Stavebního technického osvědčení“.

ETA je dokument na stejné legislativní úrovni jako evropská harmonizovaná norma (hEN) s tím rozdílem, že proces přípravy je mnohem rychlejší. Tento systém je určen především pro nové a inovativní výrobky, aby bylo možné je rychle uvést na trh Evropské unie. Následné posouzení stálosti vlastností stavebního výrobku podle ETA umožňuje výrobcům vypracovat prohlášení o vlastnostech a opatřit výrobek označením CE, stejně jako při posouzení podle hEN. Výrobek je patentován v České republice i Evropské unii.