Pro navrhování vozovek se ve Francii dlouhou dobu užívá návrhová metoda založená na teorii lineárního vrstevnatého poloprostoru a používání funkčních vlastností materiálů. První příručka byla vydána v roce 1994. Norma NF P98-086 Navrhování vozovek pozemních komunikací – postup pro nové vozovky byla vydána v roce 2011 a letos má být novelizována [1]. Pro údržbu betonových vozovek na silničních komunikacích a na letištích byl vydán samostatný předpis již v roce 2002.
Pro zesílení poškozených netuhých a polotuhých vozovek žádný obdobný předpis neexistoval. Proto byl v roce 2016 vydán předpis pro diagnostiku a návrh zesílení vozovek „Diagnostic et conception des renforcements de chausseés“. Základní informace o novém předpisu pro zesílení jsou uvedeny ve zvláštním čísle časopisu RGRA, vydaném v roce 2017 v angličtině, v článku, jehož autory jsou známí francouzští odborníci na navrhování vozovek H. Odeon a R. Kobisch [2]. (Text celého předpisu lze objednat u francouzské státní organizace CEREMA [www.cerema.fr].) Principy návrhu použité v tomto předpisu se týkají všech typů vozovek, kromě vozovek betonových.
Jedná se tedy o vozovky ve Francii označované jako poddajné (souple) s malou tloušťkou asfaltových vrstev na nestmelených vrstvách (které se u nových vozovek posuzují dle kapitoly 8.3 normy NF P98-086 jen na přípustné stlačení podloží), vozovky s velkou tloušťkou asfaltových vrstev (které se dle článku 8.4 normy NF P98-086 posuzují na přípustné stlačení podloží a na přípustné protažení na spodu asfaltových vrstev), polotuhé vozovky s velkou tloušťkou cementem stmelených vrstev (které se posuzují na únavu cementem stmelených vrstev, respektive na přípustné vodorovné protažení na spodu cementem stmelených vrstev), polotuhé vozovky s menší tloušťkou cementem stmelených vrstev, které mají obdobnou skladbu jako polotuhé vozovky dle katalogu vozovek v českém předpise TP 170 – Navrhování vozovek pozemních komunikací – všeobecná část, katalog, návrhová metoda. Ve Francii se tyto vozovky označují dle normy NF P98-086 jako „chaussées à structure mixte“. U nich tvoří tloušťka asfaltových vrstev 40 % až 50 % celkové tloušťky stmelených vrstev. Posuzují se ve dvou fázích: V první fázi se stanoví počet přejezdů návrhových náprav do porušení cementem stmelených vrstev. V druhé fázi se předpokládá, že tyto vrstvy jsou již porušeny trhlinami, mají výrazně menší modul pružnosti a na styku asfaltových a cementem stmelených vrstev dochází k prokluzu. Za těchto podmínek se stanoví počet přejezdů návrhových náprav do porušení asfaltových vrstev. Celkový počet přejezdů je dán součtem mezních přejezdů pro obě etapy. Bližší informace o francouzském postupu a jeho porovnání s postupem českou metodou dle TP 170 je uvedeno v příspěvku [3].
Poslední skupinou ve francouzských předpisech jsou tzv. inverzní vozovky. U nich je mezi asfaltové vrstvy a podkladní cementem stmelenou vrstvu vložená vrstva štěrkodrti, omezující šíření trhlin z cementem stmelené vrstvy k povrchu vozovky. Navrhují se podle kritérií uvedených v kapitole 8.7 normy NF P98-086.
Volba modulu pružnosti stmelených vrstev podle posouzení vývrtů
Předpis pro diagnostiku a zesílení vozovek vychází ze stejných teoretických základů jako u navrhování nových vozovek. Je stejná návrhová náprava, která je ve Francii 130 kN. Principy navrhování jsou popsány v kapitole 1 předpisu.
Kapitola 2 se zabývá získáváním dat pro návrh vozovky z diagnostických měření. Nejprve se shromažďují údaje potřebné pro rozdělení trasy do homogenních sekcí. Ty se pak doplní dalšími výsledky polních a laboratorních zkoušek. Homogenní sekce se stanoví vyhodnocením údajů od správce komunikace o její stavbě, dopravním zatížení, klimatických podmínkách, z vizuálního hodnocení stavu vozovky a případně také z kontinuálních měření na vozovkách. Několikakilometrový úsek vozovky se rozdělí do 3 až 4 (případně i více) homogenních sekcí. Pro každou sekci se vybere reprezentativní úsek, ve kterém se provedou vývrty, případně i další doplňující měření průhybů.
Na základě toho se vytvoří výpočtový model stávající vozovky. Pokud již byly v době životnosti vozovky dříve provedeny její opravy, vezme se to do úvahy při vypracování výpočetního modelu. Poté se stanoví teoretická životnost vozovky pro dopravní zatížení, kterému byla od zahájení provozu vystavena. Přitom se stanoví výpočtové porušení vozovky, ke kterému došlo v jednotlivých obdobích. Celkové porušení je pak součtem vypočtených dílčích porušení. Podle výsledků těchto výpočtů se posoudí, zda současný stav vozovky odpovídá teoreticky vypočtenému porušení.
Výpočtové moduly pružnosti stmelených materiálů se zvolí podle stavu vzorků vývrtů z vozovky a stavu stěn vrtů. Na základě popisu stavu těles a stavu stěn vrtů se vyberou příslušné redukční koeficienty (tabulka 1), kterými se sníží hodnoty modulů pružnosti neporušeného materiálu. Jsou-li k dispozici výsledky měření průhybů vozovek různými polními zkouškami, použijí se k přesnějšímu modelování tuhosti stmelených vrstev vozovky.
Eref je návrhová hodnota modulu pružnosti příslušné vrstvy, uvedená v předpisu pro navrhování nových vozovek dle normy NF P98-086.
Charakteristické hodnoty průhybů vozovky se použijí pro stanovení modulů pružnosti podloží, případně i jednotlivých vrstev vozovky zpětnými výpočty. Přitom se moduly pružnosti asfaltových vrstev uvažují s přihlédnutím k době působení zatížení při polní zkoušce. Při modelování podloží se předpokládá nestlačitelná vrstva s výpočtovým modulem pružnosti 10 000 MPa v určité hloubce pod povrchem vozovky. Ta se obvykle uvažuje v hloubce 6 m pod povrchem. Předpoklad o existenci tuhé vrstvy v podloží vede k tomu, že se dosáhne realističtější hodnota modulu podloží pro následující výpočty, potřebné pro návrh zesílení vozovky.
Při stanovení přípustného dopravního zatížení stávající vozovky se uvažuje s rizikem porušení vozovky 50 %. V tom se výpočet liší od návrhu pro nové vozovky, při kterém se riziko porušení uvažuje podle druhu vozovky a dalších kritérií uvedených v normě NF P98-086. Indikativní hodnoty koeficientu rizika jsou v tabulce 1 v příloze E normy NF P98-086. Pro velmi zatížené vozovky se připouští riziko jen několik procent.
Riziko 50 % se při posouzení stávající vozovky použije proto, že o jejím zesílení se uvažuje obvykle v době, kdy již dochází k určitým projevům porušení. Naproti tomu při návrhu nových vozovek musí být riziko jejich porušení minimalizováno.
Při modelování vozovky se nestmelené vrstvy rozdělí na podvrstvy tloušťky 0,1 m. V tom je rozdíl proti navrhování nových vozovek, kde se nestmelené vrstvy dělí na podvrstvy tlouštěk 0,25 m. Pro každou podvrstvu se uvažuje výpočtový modul pružnosti 2x vyšší než pro vrstvu pod ní, ale modul nesmí být vyšší než hodnoty modulů uvedené v tabulce 2. Mezní hodnoty v tabulce 2 závisí jednak na obsahu jemných částic a hodnotě metylenové modři nestmeleného materiálu a dále na jeho vlhkosti.
Při posouzení stávající vozovky je třeba docílit konzistence mezi získanými daty a výsledky výpočtů. Pokud je mezi nimi rozdíl, musí se předpoklady výpočtů upravit. Postup je popsán v kapitole 3 předpisu. Hodnocení stavu vozovky nemůže být založeno jen na výpočtech. Musí se vzít do úvahy, zda vozovka vykazuje trvalé deformace a další poruchy vyskytující se ve vozovkách.
Maximální hodnoty modulů pružnosti nestmelených materiálů [MPa]
Jakmile si projektant vyjasní se zadavatelem požadavky, může analyzovat možné varianty řešení. Rozsah odfrézování vrstev vozovky nebo použití recyklace za studena na místě atd. Při frézování se uvažuje s obvyklou praxí, že u asfaltových vrstev musí z vrstvy zůstat aspoň 40 mm a u cementem stmelených vrstev musí zůstat aspoň 100 mm. Při výpočtu se uvažuje s mírou spojení starých a nových vrstev podle stavu vozovky a použitých materiálů pro zesílení. Posouzení zesílené vozovky se provede principiálně stejným postupem, jako je v normě pro navrhování nových vozovek. Jsou však přitom určité rozdíly související s významem a použitými hodnotami korekčních koeficientů ve francouzské návrhové metodě (například koeficient vyjadřující nehomogenitu podloží atd.). Konkrétní postupy výpočtu pro různé typy vozovek a druhy rekonstrukce jsou ve směrnici podrobně popsány.
V kapitole 5 předpisu jsou uvedeny požadavky na výstavbu. Je nutné dbát na zabezpečení správného odvodnění rekonstruovaných vozovek. Při rozšiřování vozovek je třeba zohlednit riziko nerovnoměrného sedání na styku staré a nové vozovky atd.
Nový předpis vychází z poznatků získaných během posledních 20 let. Je určen především projektantům. Je ale užitečný také pro jejich partnery, tj. pro silniční správu a zhotovitele. Usnadňuje jim vzájemnou komunikaci, čímž se může zlepšit také kvalita navržených řešení. Metodika uvedená v předpise nemůže postihnout všechny případy, protože u oprav a rekonstrukcí je každá stavba jiná. Projektant proto musí vzít do úvahy nejen výsledky výpočtů, ale zohlednit i zkušenosti a praktické postupy při provádění.
Ing. Jiří Fiedler
Literatura
[1] Kauffmann H., et al, New pavements structural design, Revision of standard NF P98-086, RGRA Hors-serie, 2017, p. 37–41
[2] Odeon H., Kobisch R., Technical guide Diagnosis and design of pavement reinforcements, RGRA Hors-serie, 2017, p. 46–52
[3] Fiedler J., Bureš P., Vliv předpokladů na návrh polotuhých vozovek v české, slovenské a francouzské návrhové metodě, Pokladní vrstvy a podloží vozovek, 2016, s. 21–26