Revize TP 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací Část 4 – Zvláštní případy, příspěvek pro ekologii, nejčastější chyby při navrhování

Silnice mosty 2023, 2, 28–31

Ing. Jan Zajíček

Obsah tohoto článku navazuje na předchozí Část 1 – Důvody revize a koncepce řešení, Část 2 – Vstupní údaje a Část 3 – Návrh vozovky výběrem z katalogu, návrh a posouzení vozovky výpočtem, uveřejněné v minulých vydáních časopisu Silnice mosty.

Úvod

Zvláštní případy nastávají zejména při velmi nízkém dopravním zatížení nebo tehdy, když jsou podmínky působení dopravního zatížení netypické.

Správný návrh vozovky za předpokladu její kvalitní výstavby a následné řádné údržby zaručuje její funkčnost po celé návrhové období, což má nepochybně pozitivní vliv na životní prostředí. TP 170 však jde ještě dál a nastavuje lepší podmínky pro využívání vhodných místních materiálů a recyklátů. Zatěžování životního prostředí tak lze ještě snížit a navíc šetřit přírodní zdroje.

Dále se v tomto článku upozorňuje na některé chyby při navrhování vozovek, které způsobují zbytečné komplikace a prodražování staveb.

Zvláštní případy

Velmi nízké dopravní zatížení

Jedná se zejména o některé účelové komunikace, obslužné místní komunikace, ostatní komunikace se zanedbatelným provozem, parkoviště pro osobní automobily, odstavné plochy a nemotoristické komunikace, jako jsou chodníky a cyklostezky. Při pokusu provést optimalizaci takovýchto vozovek na základě jejich posouzení výpočtem je problém, jak vůbec tak nízké dopravní zatížení zadat. Účinek osobních automobilů je zanedbatelný, u chodníků a cyklostezek se dopravní zatížení prakticky blíží nule. Pokud lze nějaké dopravní zatížení stanovit, je tak nízké, že výpočet vede k nereálně tenkým neproveditelným konstrukcím. Limitem jsou zejména minimální tloušťky technologických vrstev při jejich pokládce a minimální prakticky proveditelné tloušťky asfaltového krytu. Proto při návrhu takovýchto vozovek nelze postupovat jinak než empiricky. Vhodná a ověřená řešení lze najít v katalogu vozovek.

Extrémně namáhané konstrukce

Za extrémně namáhané konstrukce se považují autobusové zastávky, okružní křižovatky, horské točky, místa vykládky nebo nakládky kamionů v logistických centrech, účelové komunikace pojížděné nestandardními vozidly nebo mechanismy. Zatížení těchto komunikací má specifický charakter a musí se vždy posuzovat ze dvou hledisek:

1. Extrémní namáhání krytu vozovky, způsobené buď vysokými dotykovými tlaky náprav zvláštních vozidel, jako jsou např. vysokozdvižné vozíky s plnými pneumatikami, zvláštní mechanismy nebo pásová vozidla. Dalším nepříznivým činitelem jsou malé poloměry oblouků, kde při průjezdu některých typů vozidel, jako jsou např. návěsové soupravy na krytu vozovky, vznikají vysoká smyková napětí. Typickým příkladem jsou okružní křižovatky, horské točky a všechna místa, kde dochází k otáčení kol na místě při parkování nebo manipulaci při najíždění k nákladovým rampám apod. Řešení spočívá především ve volbě vhodné technologie krytu vozovky, který musí být odolný vůči vysokým dotykovým tlakům i smykovým napětím. Je zřejmé, že toto není otázkou dimenzování tloušťky vozovky a jejího posuzování výpočtem.

  V předpise jsou obsažena pouze obecná doporučení. Uvádění konkrétních vhodných technologií by bylo komplikované, neboť by vyžadovalo přesnou specifikaci podmínek použití, jako je např. stanovení limitních hodnot poloměru oblouků okružních křižovatek, dopravního zatížení, podélných sklonů u horských toček apod.

• Extrémní namáhání celé konstrukce vozovky, způsobené účelovými vozidly, která výrazně překračují povolené hmotnosti nebo dotykové tlaky náprav, jako jsou např. speciální přepravníky pohybující se v průmyslových areálech, kolové jeřáby nebo též vysokozdvižné vozíky. Takovéto vozovky se posuzují výpočtem při zohlednění skutečných parametrů náprav projíždějících vozidel.
  

Příspěvek pro ekologii

Za účelem usnadnění využívání technologií, které umožňují zpracovávat místní materiály a recykláty, je možné některé vrstvy v navržené konstrukci vozovky za určitých podmínek zaměňovat.

Cílem takovéto záměny je usnadnit použití mechanicky zpevněné zeminy (MZ) podle ČSN 73 6126-1 a vrstev stmelených hydraulickými pojivy nižších pevnostních tříd (C_1,5/2 a C_3/4 zejména typu ZSH) podle ČSN 73 6124-1 v podkladních vrstvách vozovek.

Mechanicky zpevněná zemina je nedoceněná technologie, pomocí které je možné využívat místní materiály a recykláty, které nejsou deklarovány jako kamenivo, ale přitom splňují potřebné technické parametry. Rozvoji použití však brání nemožnost spolupráce projektanta s budoucím zhotovitelem stavby, protože použití MZ je podmíněno tím, že zhotovitel musí mít takovýto materiál k dispozici a musí být přesvědčen o efektivnosti jeho použití. Toto ale projektant nemůže vědět, když zhotovitel stavby v době zpracování projektu ještě nebyl vysoutěžen. Řešení se proto nabízí v předchozím sjednocení požadavků na MZ a ŠD_B (při revizi ČSN 73 6126-1 v roce 2019) a umožnění jejich zaměnitelnosti z iniciativy zhotovitele.

Podobně se nabízí záměna ŠD za směsi stmelené hydraulickými pojivy nižších pevnostních tříd typu ZSH (C_1,5/2 a C_3/4) vyrobené z místních materiálů nebo recyklátů. Dále je možné využít různé zbytky drobného kameniva včetně kameniva těženého.

Možná záměna vrstev typu ŠD za MZ nebo ZSH ve vozovce je uvedena v tabulce 1.

V TP 170 jsou ještě uvedeny další možné záměny vrstev bez nutnosti následného posouzení výpočtem, a to pro případ potřeby alternativních řešení některých katalogových vozovek podle tabulky 2.

Nejčastější chyby při navrhování

Podloží vozovky

Jedním z největších problémů je stále přetrvávající nesprávný způsob posuzování únosnosti podloží a rozhodování o jeho případné úpravě nebo výměně až na stavbě na základě výsledků kontrolního měření statického modulu přetvárnosti (E_def,2). Toto zjišťovat až na stavbě je evidentně pozdě, a proto již z principu špatně. Proto modul E_def,2 není a ani nemůže být určen pro posuzování stavu podloží pro účely navrhování vozovek. Existují pro to ještě další důvody. Reálný návrhový modul pružnosti podloží E_d reprezentuje chování podloží vozovky za průměrných podmínek během doby životnosti vozovky, a protože jeho měření je komplikované, v praxi se stanovuje nepřímo na základě zkoušky CBR a zatřídění podloží podle klasifikace. Je to dynamická veličina, která odpovídá napětí na povrchu podloží pod hotovou vozovkou a je o řád nižší než napětí pod zatěžovací deskou při kontrole E_def,2. E_def,2 je statickou kontrolní zkouškou vhodnosti použitého materiálu a jeho zhutnění v době provádění zkoušky. Proto mezi E_d a E_def,2 neexistuje žádná obecně platná korelace.

Je zvláštní, že rozhodování o tom, zda se podloží bude muset upravit, nebo vyměnit na základě kontroly E_def,2 na pláni, je často považováno za standardní postup. To, že informace o únosnosti podloží přichází pozdě až při realizaci stavby, se považuje za běžnou komplikaci. Nebere se v úvahu ani riziko, že tento způsob nemusí vést ke správnému rozhodování, když nevhodné plastické jíly mohou za suchého počasí vykazovat naprosto matoucí vysoké hodnoty E_def,2.

V některých projektech je nesprávný postup ještě „vylepšen“ tím, že aniž by byly k dispozici podklady o zemině v podloží, parametry podloží se předepisují přemrštěně vysoké jako PII (E_d = 80 MPa, E_def,2 = 60 MPa), nebo dokonce PI (E_d = 90 MPa, E_def,2=120 MPa) a až na stavbě se pak hledá způsob, jak je splnit. Stavební práce se tak zbytečně komplikují a prodražují. Příčinou je pravděpodobně mylný názor, že čím je vyšší dopravní zatížení, tím má mít podloží vyšší parametry. Přitom na všech typech podloží PIII, PII i PI lze navrhnout každou vozovku.

Závěr je triviálně jednoduchý, parametry podloží se v době zpracování projektové dokumentace jednoduchým postupem podle TP 170 nejprve zjišťují a podle toho předepisují a ne naopak. Není možné navrhovat vozovku bez znalosti stavu podloží a spoléhat se, že se to na stavbě nějak vyřeší.

Další chyby, které se vyskytují v souvislosti s podložím vozovky při jejím návrhu:

• V projektech se objevuje požadavek, že materiál v podloží vozovky nesmí být namrzavý, čímž dochází například ke zbytečnému odmítání velmi kvalitních recyklovaných materiálů vyrobených podle TP 210. Tento požadavek je však neoprávněný, neboť TP 170 řeší ochranu podloží vozovky před promrzáním tím, že vozovka musí mít potřebnou tloušťku, aby mráz do podloží nepronikl. S možností výskytu namrzaných materiálů v podloží vozovky se tedy počítá. Pokud by tomu tak nebylo, proč by zde požadavek na ochranu proti promrzání byl? Vhodnost či nevhodnost materiálu do podloží vozovky řeší kap. 4 ČSN 73 6133 a není vůbec na místě tyto požadavky dále „vylepšovat“.
• U vozovek s velmi nízkým dopravním zatížením se někdy požadavek na kvalitu podloží bagatelizuje. Je však potřeba si uvědomit, že cyklistickou stezku nedimenzujeme, aby unesla cyklisty, ale kompletně celou technologii pokládky asfaltových vrstev, neboť na slabém a neúnosném podkladu nelze žádnou vrstvu položit a zhutnit. Podloží vozovky musí vždy vyhovovat ČSN 73 6133 a nízké dopravní zatížení není důvodem stanovené požadavky nerespektovat.
• Při požadavku na úpravu zemin se v projektech předepisuje druh a dávkování pojiva (obvykle vápna), a to bez průkazní zkoušky. Pro některé druhy zemin ale vápno nemusí být vůbec účinné, přičemž ani jeho správné dávkování nelze jen tak odhadovat. Naprosto mylná je představa, že lze dávkování navrhnout „pro jistotu“ vyšší a vše bude v pořádku. Může se stát, že z důvodu vysokého dávkování vápna se vlhkost upravované zeminy sníží natolik, že dojde k potížím při hutnění. Daleko horší ale je, že vápno nemusí mít dostatek vody, aby proběhla jeho úplná hydratace. Část vápna tak zůstává nehydratovaná s tím, že hydratace pokračuje pomalu dál podle toho, jak si vápno bere vodu z přirozené vlhkosti zeminy, což může trvat velmi dlouho. To pak s velkou pravděpodobností vede k objemovým změnám podloží a vzniku deformací konstrukce vozovky.
• Neúnosné podloží se řeší vkládáním výztužných geosyntetik na zemní pláň. Toto je však neúčinné, protože průhyby podloží vyvolané zatížením od dopravy jsou malé a výztužný prvek se nikdy nemůže napnout tak, aby v něm vzniklo dostatečně velké tahové napětí a působil jako výztuž. Obvyklý průhyb na zemní pláni je v desetinách mm. Jaké tahové síly se asi tak mohou ve výztuži při rozpětí odpovídající šířce jízdního pruhu aktivovat? Navíc si lze těžko představit, jak má vlastně výztužný prvek spolupůsobit s neúnosnou plastickou zeminou s minimálním vnitřním třením. Stejně neúčinné je použití umělohmotných kapes a kovových ok, protože zde nedojde ke snížení tlaku na podloží za účelem snížení jeho průhybu.
• Neúnosné podloží nelze kompenzovat zvyšováním pevnostních parametrů konstrukčních vrstev, k čemuž může navádět posouzení takovéto vozovky výpočtem. To, že konstrukce vozovky při výpočtu vyhoví, ještě neznamená, že vozovka bude správně fungovat. Snadno se lze přesvědčit, že výpočtem lze úspěšně posoudit i naprosto nesmyslné konstrukce, protože výpočetní model neumí poznat, co je a co není technicky reálné a proveditelné. Jak již bylo zmíněno, na neúnosném podloží nelze účinně hutnit a počítat s tím, že podkladní vrstvy budou mít předpokládané návrhové parametry.
• V případě výměny podloží vozovky se jako náhrada nevhodné zeminy předepisuje kamenivo podle ČSN EN 13242+A1, což je těžko pochopitelné plýtvání touto drahou a nedostatkovou surovinou. Kontraproduktivní je, když se ještě navíc požaduje použít stejnozrnná frakce 32/63, což rozhodně nepřispívá k filtrační stabilitě na rozhraní vrstvy, čímž dochází k sedání. Podloží vozovky (aktivní zóna) je součástí zemního tělesa, které se staví ze zemin podle ČSN 73 6133 a ne z kameniva. Velmi vhodné je použití doprovodných produktů z výroby kameniva (lomové výsivky), směsné recykláty podle TP 210, vybourané podkladní vrstvy při opravách vozovek apod. Analogicky se špatně postupuje též při zásypech rýh při budování inženýrských sítí, kde do zóny zásypu patří též sypanina podle ČSN 73 6133 a ne kamenivo.
• O použití konkrétního materiálu by neměl rozhodovat projektant, ale zhotovitel stavby, který zná nejlépe vhodné zdroje a sám by měl zvolit optimální řešení. Projekt by měl požadavek specifikovat obecně, např. že se použije materiál splňující požadavky vhodnosti do aktivní zóny zemního tělesa podle kap. 4 ČSN 73 6133.
  

Chyby z pohledu stanovení dopravního zatížení

Není výjimkou návrh vozovky, kde informace o dopravním zatížení nelze vůbec najít nebo jsou tyto informace úplně mimo. To, že po komunikaci bude jezdit „těžká zemědělská technika“ nebo „kamiony o hmotnosti 40 t“ bez údaje o jejich počtu, svědčí o naprosté neznalosti, co dopravní zatížení vůbec je.

Při návrhu vozovky výběrem z katalogu se často opomíjí respektování zahrnutí vlivu charakteristik silničního provozu, vyjádřený koeficienty C₁ až C₄ a dále nárůstu dopravy. Zejména vliv rychlosti pohybu vozidel při rychlosti ≤ 50 km/h, kde C₄ = 2 pak může vést k významnému poddimenzování vozovky.

Chyby způsobené záměnou pojmů

Velmi nežádoucí je záměna pojmu podloží vozovky a podloží násypu v souvislosti s prováděním jejich úpravy. Je zde jeden zásadní rozdíl v tom, že podloží vozovky se upravuje za účelem dosažení potřebné únosnosti, zatímco podloží násypu se upravuje za účelem zajištění průchodnosti pro staveništní dopravu a lepší hutnění první vrstvy násypu. Představa, že podloží násypu se bude upravovat za účelem zajištění jeho stability jako u podloží vozovky, je absurdní, stačí si přečíst kap. 6 ČSN 73 6133. Přesto se do projektů někdy pro podloží násypu dostávají zbytečně přísné požadavky identické s požadavky pro podloží vozovky, jako např. kontrola únosnosti E_def,2 statickou zatěžovací zkouškou, rovnost, míra zhutnění 100 % PS a další. Stavba se tak zbytečně komplikuje a prodražuje. Podobná situace nastává v případě záměny pojmu parapláň a zemní pláň. Požadavky na parapláň jsou stejné jako na vrstvě násypu, zatímco požadavky na zemní pláň jsou mnohem přísnější.

Přestože současně platné názvosloví bylo zavedeno již v roce 2010 (viz TP  170 – Dodatek), stále se vyskytují nesprávné a různě pokřivené pojmy nebo neexistující konstrukce.

Při hodnocení stavu vozovky dochází k nedorozuměním při diskusích o nevyhovujících parametrech obrusné vrstvy, přičemž se zpochybňuje návrh vozovky, pro který platí návrhové období 25 let. Pojem životnost vozovky je odvozen od její únosnosti, tj. schopnosti po stanovenou dobu přenášet dopravní zatížení bez vzniku konstrukčních poruch (síťových trhlin a plošných deformací), na což se vozovka dimenzuje. Na rozdíl od toho trvanlivost obrusné vrstvy je doba, po kterou je obrusná vrstva schopná odolávat mechanickému namáhání a klimatickým vlivům (např. z pohledu protismykových vlastností, hloubkové koroze a tvorby kolejí), což s kritérii pro návrh vozovky nijak nesouvisí. Trvanlivost obrusné vrstvy je tak pochopitelně kratší než životnost vozovky a nelze ji s ní zaměňovat.

Nesprávná interpretace návrhových parametrů
konstrukčních vrstev a podloží

Při posouzení výpočtem platí návrhové charakteristiky konstrukčních vrstev a podloží, které byly odvozeny za určitých podmínek a předpokladů. Např. se počítá s určitými průměrnými parametry zahrnujícími celé návrhové období. Pro stanovení návrhových charakteristik existují různé zkušební metody, které však nedávají shodné výsledky, proto je důležité se nejprve na použitých metodách shodnout, a ty pak neměnit. Proto návrhové hodnoty, uvedené v tabulkách TP 170, 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.

Při použití hydraulicky stmelených podkladních vrstev (SC) se v drtivé většina projektů používá nejvyšší možná třída pevnosti C_8/10. Používání těchto směsí v netuhých vozovkách ale nemusí představovat optimální řešení. Honba za vysokými pevnostmi přináší vyšší riziko tvorby reflexních trhlin. Opatřeními proti jejich tvorbě se „výhoda“ vysoké pevnosti do jisté míry ztrácí. Proto stojí za úvahu, zda by nebylo lepší používat směsi nižších pevnostních tříd, kde tvorba reflexních trhlin není takový problém, a navíc lze využívat místní materiály a recykláty (viz část Příspěvek pro ekologii).

Závěr

Série článků o revizi TP 170 se tak uzavírá. Předpis ale stále není k dispozici, což v současné době souvisí s dokončením webového rozhraní výpočetní aplikace ELaS pro uživatele, které je nyní ve fázi připomínek a konečného ladění. Zprovoznění programu, který bude přístupný pro každého na webových stránkách ŘSD ČR, tak lze očekávat do 2 měsíců. Současně bude možné text TP 170 vydat.

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. Autor výpočetního programu ELaS: doc. Ing. Petr Frantík, Ph.D., VUT v Brně.