Revize TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací Část 3. – Návrh vozovky výběrem z katalogu, návrh a posouzení vozovky výpočtem
Silnice mosty 2023, 1, 26–27
Ing. Jan Zajíček
Obsah tohoto článku navazuje na předchozí Část 1. – Důvody revize a koncepce řešení a Část 2. – Vstupní údaje, uveřejněné v minulých vydáních zpravodaje Silnice mosty.
Úvod
Technicky správný a ekonomický návrh konstrukce vozovky je základní podmínkou pro její spolehlivé fungování. Znakem poddimenzované vozovky je její předčasné porušování, na druhé straně předimenzování vozovky vede k nehospodárnosti a plýtvání. Správně navržená vozovka tedy musí zůstat za předpokladu provádění řádné údržby funkční po celou dobu své plánované životnosti, a to při optimálním vynaložení finančních prostředků na její výstavbu i údržbu.
Výstupem návrhu vozovky je určení typu a tloušťky jednotlivých konstrukčních vrstev včetně posouzení podloží. Podle TP 170 lze k návrhu vozovky dojít jejím výběrem z katalogu vozovek nebo výpočtem.
Návrh výběrem z katalogu vozovek
Katalog obsahuje skladby vozovek s různými druhy krytů a podkladních vrstev posouzené výpočtem pro různé návrhové úrovně porušení, třídy dopravního zatížení a typy podloží. Výhodou katalogu je snadný a rychlý výběr vhodné vozovky. Katalog se používá při volbě běžných typů vozovek a zadání návrhového dopravního zatížení v rozsahu zvolené třídy.
Katalog vozovek také umožňuje porovnávat vozovky mezi sebou a sledovat, jak vstupní parametry ovlivňují tloušťky konstrukčních vrstev. To může být užitečné při volbě typů a tlouštěk konstrukčních vrstev při návrhu a posouzení výpočtem.
Výběr konstrukce vozovky z katalogu se provádí na základě vstupních údajů, kterým byla věnována předchozí část článku ve zpravodaji Silnice mosty návrhová úroveň porušení, předpokládaná třída dopravního zatížení, typ podloží, posouzení odolnosti proti promrzání podloží.
Jednotlivé katalogové listy jsou obsaženy v příloze. Katalog obsahuje také katalogové konstrukce pro autobusové zastávky (označeny „BUS“).
Důležitá změna katalogových listů je ve způsobu prezentace příslušné třídy dopravního zatížení v jednotlivých katalogových listech. Původní TNV1, TNVk, TNVcd a Ncd je nyní zastoupeno jedinou veličinou Ncd, vyjadřující počet přejezdů návrhové nápravy v nejvíce zatíženém jízdním pruhu za celé návrhové období (obrázek 1). Tím se zajistí respektování koeficientů C1 až C4 a nárůstu dopravy, na což se obvykle při rutinním používání denních intenzit TNV zapomínalo.
Oproti dřívějšímu způsobu označování katalogových listů podle toho, zda je vozovka tuhá, či netuhá (T, N), se nyní vychází z použité technologie krytu. Označení D0-T (tuhé) se tak mění na D0-CB (cementobetonové), D0-N (netuhé) na D0-A (asfaltové). To pak logicky navazuje na stávající označování D1-D (dlažba) a dále na D2-A, N (asfaltový, nestmelený kryt).
Návrh a posouzení výpočtem
Posouzení vozovky výpočtem se skládá z následujících kroků:
A. Získání vstupních údajů (návrhová úroveň porušení, dopravní zatížení, návrhové parametry podloží vozovky, klimatické podmínky).
B. Volba typu a tloušťky jednotlivých konstrukčních vrstev.
C. Posouzení navržené konstrukce výpočtem.
Z toho vyplývá, že výpočtem se provádí posouzení již navržené vozovky. Pro návrh vozovky ale žádný výpočetní postup nebo návod neexistuje. Nezbývá proto nic jiného, než vycházet z empirie. Prvním krokem je tedy volba vhodných typů konstrukčních vrstev, jejich správné umístění v konstrukci vozovky a odhad jejich potřebných tlouštěk, a to vše v souladu s požadavky příslušných technických norem a předpisů. K tomu, jak to provést správně a efektivně, se nabízí jednoduché řešení, a to vzít katalog vozovek a najít v něm konstrukci, která se co nejvíce přibližuje požadavkům zadání. Tu je pak možné upravit změnou tlouštěk vrstev anebo typů konstrukčních vrstev a následně posoudit výpočtem. Takovýto postup šetří nejen čas, protože se s velkou pravděpodobností do správné konstrukce „trefíme“ již při prvním návrhu, ale navíc vede k tomu, že návrh vozovky bude racionální, technicky správný a proveditelný.
Předchozí tvrzení o nutnosti zajištění technické správnosti a proveditelnosti by se nemělo brát na lehkou váhu a přehlížet. Je potřeba si uvědomit, že výpočetní model použitý při posouzení vozovky nepozná, co je a co není technicky možné a správné. Nelze přijmout jakoukoliv skladbu vozovky jen proto, že při posouzení výpočtem vyhoví. Snadno se lze přesvědčit, že výpočtem lze úspěšně posoudit i naprosto nesmyslné konstrukce. Proto pokud se při návrhu vyjde z katalogu vozovek, je zde jistá záruka, že se již od začátku pracuje s konstrukcí technicky správnou.
Princip posouzení vozovky výpočtem je stejný jako v původním předpise a jeho podstata byla vysvětlena v úvodu Části 2. tohoto článku v čísle 4/2022. Podrobně je celý výpočetní postup popsán v Příloze 2 TP 170 a oproti původní verzi je zjednodušen zejména tím, že do výpočtu poměrného porušení vstupuje přímo návrhové dopravní zatížení (Ncd), vyjádřené počtem přejezdů návrhové nápravy v nejvíce zatíženém jízdním pruhu za celé návrhové období. Přitom původní TNV0 jako výstup sčítání dopravy mohlo zůstat zachováno, protože se našel jednoduchý způsob, jak jej definovat a tím dosáhnout transparentnosti celého postupu.
Pro posouzení vozovky v souladu s TP 170:2004 se používá program LAYEPS nebo LAYMED. K těmto starým programům již není k dispozici zdrojový kód, a proto je nelze přizpůsobit novým požadavkům, týkajícím se např. revize návrhových parametrů některých konstrukčních vrstev, zohlednění nových typů asfaltových vrstev podle ČSN 73 6120, úpravy některých důležitých konstant apod. Navíc tyto programy pocházejí z doby, kdy ještě neexistovaly Windows, což přináší problémy s jejich spouštěním, možností obsluhy a prezentací výsledků. Jediným řešením tedy bylo vytvořit program úplně nový. Jeho zdrojový kód zpracoval Ústav stavební mechaniky VUT v Brně ve spolupráci s firmou PavEx Consulting s.r.o. Tento nový program s názvem ELaS vychází ze stejného výpočtového modelu lineárně pružného vrstevnatého poloprostoru. Každá vrstva je charakterizována modulem pružnosti „E“, Poissonovým číslm „μ“ a tloušťkou vrstvy „h“. Program ELaS bude sloužit k posouzení návrhu netuhých vozovek s uživatelským prostředím zpřístupněném na webových stránkách ŘSD ČR. Nyní se ještě dokončuje aplikace přístupu pro uživatele, aby bylo možné program plně zprovoznit. Jakmile k tomu dojde, budou vydány i nové TP 170.
Poznámka: Z důvodu současného stavu souvisejícího s nedokončenou aplikací přístupu k programu uživatelem nebylo možné do tohoto článku zařadit ukázku posouzení vozovky výpočtem s výstupem z programu ELaS.
Posouzení vozovky výpočtem programem ELaS bude probíhat podobným způsobem jako doposud. Výstupem z programu je poměrné porušení Dcd, které musí obecně splňovat podmínku Dcd < 1. S ohledem na nejistotu ve stanovení intenzity a skladby dopravního zatížení, resp. vytížení vozidel (součinitel C3), a tedy správnost stanovení návrhového dopravního zatížení, se při posuzování vozovek výpočtem podle návrhové metody doporučuje, aby se hodnota Dcd pohybovala v mezích 0,6 až 0,85. U vozovek s velmi nízkým dopravním zatížením při nutnosti dodržení minimálních tlouštěk konstrukčních vrstev mohou být hodnoty nižší než 0,6. Nižší hodnoty se mohou vyskytovat též v případě posuzování oprav vozovek nebo v jiných zvláštních případech, kde z technologických důvodů vozovku takto optimalizovat není možné.
Zásada, že postřiky, nátěry, kalové vrstvy a výztužné prvky se do výpočtu nezahrnují, platí stále beze změny.
Při návrhu a posouzení vozovky výpočtem se vychází z předpokladů, že vozovku navrhují kvalifikované a zkušené osoby, stavební práce provádějí organizace s příslušnou odborností podle platných technických norem a předpisů, je zajištěn náležitý dohled, vozovka se bude užívat způsobem uvažovaným při navrhování a náležitě udržovat. Jen tak lze zaručit, že navržené vozovky budou funkční po celou dobu své plánované životnosti.
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.