Široké spektrum odborných článkov a prezentácie spoločností, odborníkov pôsobiacich v oblasti stavebníctva, dopravy, strojárstva, ťažby surovín a environmentálnych technológií vo všetkých odvetviach priemyselnej výroby.

NESTMELENÉ A STMELENÉ PODKLADOVÉ VRSTVY KONŠTRUKCIÍ VOZOVIEK


NESTMELENÉ A STMELENÉ PODKLADOVÉ VRSTVY KONŠTRUKCIÍ VOZOVIEK

Konštrukcia vozovky je zložená z krytu a podkladových vrstiev. Podkladové vrstvy môžu byť dve: horná a spodná. Ďalšou vrstvou konštrukcie vozovky, ktorá sa nemusí vždy navrhovať, je ochranná vrstva. Ochranná vrstva je v podstate súčasťou podkladového systému. Je postavená na konštrukčnej pláni. Funkciou podkladových vrstiev je preniesť zaťaženie od náprav vozidiel a redukovať napätia na úroveň prípustnú pre namáhanie podložia. Ochranná vrstva má v konštrukcii plniť viacero funkcií:

  • filtračnú, zabraňuje premiešaniu zeminy (materiálu) podložia a podkladovej nestmelenej vrstvy,

  • drenážnu, má umožniť odtok vody, ktorá prenikne do konštrukcie z povrchu vozovky alebo z podložia,

  • prerušovaciu a prevzdušňovaciu, má prerušiť vzlínanie vody od hladiny podzemnej vody do podkladovej vrstvy a má umožniť vysúšanie podložia a zníženie vlhkosti zeminy podložia.

Ochrannú vrstvu s drenážnou a filtračnou funkciou (z nestmeleného materiálu) nie je potrebné navrhnúť a postaviť na cestnom telese v násype z nenamŕzavého materiálu, ktorého hrúbka je najmenej 500 mm, a tiež v odkope s priaznivým vodným režimom v podloží, a to na vrstve z nenamŕzavého materiálu s hrúbkou najmenej 300 mm.

Schémy skladby vrstiev vozoviek s konštrukčným riešením podkladu sú na obrázku 1. V druhej schéme nie je nestmelená ochranná vrstva, stmelená spodná podkladová vrstva je na zlepšenom podloží.

Na skladbu podkladových vrstiev sa môžu použiť nestmelené materiály (štrkopiesok, štrkodrvina, mechanicky spevnené kamenivo) alebo stmelené materiály (cementom stmelená zmes, zmes stmelená hydraulickým cestným spojivom, asfaltom stmelená zmes).

 

Nestmelené podkladové vrstvy
Nestmelené podkladové vrstvy sa stavajú zo zrnitého materiálu (kameniva) s kontrolovanou zrnitosťou, ktorého zmes je vyrobená bez spojiva a vrstva je vytvorená iba rozprestieraním a zhutňovaním. V našich podmienkach sa používajú nestmelené zmesi štrkopiesok (zmes drobného a hrubého kameniva vyrábaná ťažením a triedením), štrkodrvina (zmes drobného a hrubého kameniva vyrábaná drvením horniny a triedením) a mechanicky spevnené kamenivo (zmes drveného kameniva zložená najmenej však z troch frakcií). Maximálna veľkosť zŕn je 45 mm.

Použitie nestmelených zmesí v konštrukcii vozovky závisí od veľkosti dopravného zaťaženia (jeho triedy podľa STN 73 6114) a kvalitatívnej triedy kameniva. Hrúbky vrstiev závisia od návrhu a výpočtov konštrukcie vozovky, ale sú aj technologicky obmedzené v rozsahu 150 mm až 300 mm.

 

Stavebné práce, technológia
Ochranná vrstva z nestmelenej zmesi kameniva, štrkopiesku alebo štrkodrviny sa môže klásť len na zhutnenú a urovnanú pláň (tzv. konštrukčnú pláň). Na kladenie – rozprestieranie – nestmelenej ochrannej vrstvy sa používajú dozéry a grejdery. Teplota vzduchu pri kladení a zhutňovaní zmesí nesmie klesnúť pod +5 °C, pričom teplota vzduchu za posledných 24 h nemá klesnúť pod +3 °C.

Výber strojovej zostavy na dopravu, kladenie a zhutňovanie ochrannej vrstvy závisí aj od požiadaviek na kvalitu (a najmä rovinatosť), ktorá je rozdielna pre diaľnice a cesty rôznej kategórie. Na dopravu zmesí (ŠP, ŠD) sa používajú veľkokapacitné nákladné vozidlá (s objemom korby až 25 m3 – obr. 2). Na rozprestieranie materiálu a urovnanie vrstvy sa používajú dozéry a grejdery

Na zhutňovanie materiálu ochrannej vrstvy sa používajú vibračné valce s hladkým oceľovým behúňom, niekedy aj statické valce. Vrstva štrkopiesku je pri zhutňovaní veľmi pohyblivá, a preto po predpísanom počte pojazdov valca s vibráciou treba vrstvu dohutniť dvoma-troma pojazdmi bez vibrácie. Celková hmotnosť valca by mala byť 15 000 až 20 000 kg, odstredivá sila 130 až 250 kN a frekvencia vibrácie 18 až 25 Hz. Celkový počet pojazdov valca sa stanoví zo zhutňovacieho pokusu (STN 73 6133). Moderné valce sú vybavené kompaktomermi, ktorými sa kontroluje stav zhutnenia vrstvy priebežne. Pracovný postup pri rozprestieraní a zhutňovaní vrstvy zo štrkodrviny je rovnaký ako pri vrstve zo štrkopiesku. Frakcie zmesi štrkodrviny pre podkladovú vrstvu môžu byť 0/22, 0/32, 0/45 aj 0/63, čo súvisí s hrúbkou vrstvy. Hrúbka vrstvy musí byť väčšia ako dvaapolnásobok veľkosti maximálneho zrna kameniva.

Zo zmesi mechanicky spevneného kameniva sa stavajú najkvalitnejšie podkladové vrstvy. Zmes sa musí skladať z frakcií kameniva tak, aby boli dodržané medzné čiary zrnitosti. Okrem toho by mala mať zmes pevnosť, resp. stabilitu, pomer únosnosti CBR najmenej 80 %, ktorú treba zistiť na vzorke zhutnenej na max. objemovú hmotnosť podľa PM pri optimálnej vlhkosti. Väčšia hodnota objemovej hmotnosti, a teda aj hodnoty CBR sa dosiahne pri relatívnej uľahnutosti ID = 0,95.

Zmes MSK, ktorá sa použije na spodnú alebo hornú podkladovú vrstvu, sa vyrába v stacionárnych alebo mobilných miešacích centrách. Na rozprestieranie zmesi MSK (ktorá má optimálnu vlhkosť) sa majú použiť finišery. Na vozovkách s triedou dopravného zaťaženia TDZ I a II sa musia použiť finišery s nivelačným zariadením na kontrolu nivelety vrstvy.

 

Podkladové vrstvy stmelené hydraulickým spojivom
Vývoj v technológiách výroby zmesí, ktoré boli stmelené hydraulickým spojivom, a tiež požiadavky na vlastnosti týchto zmesí bol značný.

Podľa v súčasnosti platnej technickej normy STN 73 6124-1 (2011) na zhotovovanie a preberanie hydraulicky stmelených vrstiev vozoviek sa rozlišujú a označujú nasledujúce typy zmesí:

● cementom stmelená zmes CBGM,

● troskou stmelená zmes SBM,

● popolčekom stmelená zmes FABM,

● cestným spojivom stmelená zmes HBBM.

Cementom stmelená zrnitá zmes CBGM sa klasifikuje pomocou pevnosti v tlaku (systém I) alebo podľa pevnosti v ťahu a modulu pružnosti (systém II). Z praktického hľadiska je pre laboratórne skúšky jednoduchší systém I, pre ktorý treba skúšať pevnosť skúšobných telies v tlaku po 28 dňoch.

Druh zmesi a jej kvalitatívna trieda v podkladovej vrstve konštrukcie vozovky majú byť určené v projektovej dokumentácii. Možnosti použitia stmelených zmesí určitej triedy vzhľadom na triedu dopravného zaťaženia vozovky sú uvedené (ako odporúčanie) v tabuľke 2.

Tabuľka 2. Možnosti použitia stmelených zmesí v podkladových vrstvách.

Trieda pevnosti

RC

Trieda dopravného zaťaženia TDZ

spodná podkladová vrstva

horná podkladová vrstva

C3/4

III – VI

II – IV

C5/6, C6/8,C9/12

I – VI

II – IV

C8/10

I – VI

I – III


 

Výroba zmesí, stavebné práce
Hydraulicky stmelené zmesi pre vrstvy vo vozovkách ciest triedy dopravného zaťaženia TDZ I, II, a III. (CBGM C5/6 a vyššie triedy) sa vyrábajú v stacionárnych alebo mobilných miešacích centrách. Hydraulicky stmelené zmesi pre vrstvy vo vozovkách tried dopravného zaťaženia TDZ IV až VI sa môžu vyrábať aj miešaním na mieste (na trase). Na dopravu zmesi sa použijú vozidlá s utesnenou, hladkou a čistou kovovou korbou. Vhodné sú veľkokapacitné vozidlá. Počas dopravy na miesto spracovania sa zmes musí chrániť proti poveternostným vplyvom plachtou. V bežných teplotných podmienkach nemá byť čas dopravy dlhší ako 90 minút (s výnimkou, ak sa použije pomaly tuhnúce spojivo).

Na kladenie (rozprestieranie) zmesi na vozovkách triedy dopravného zaťaženia TDZ I, II a III sa musia použiť finišery, a to aj so zariadením na kontrolu predpísanej nivelety a priečneho sklonu vrstvy. Rozprestieranie sa robí na celú šírku vrstvy. Ručné rozprestieranie sa môže robiť len na miestach neprístupných finišerom.

Na rozprestieranie zmesi na stavbe vozoviek triedy dopravného zaťaženia TDZ IV, V a VI sa môžu okrem finišera použiť iné vhodné stroje, ale musia sa dosiahnuť požadované parametre hotovej vrstvy.

Hrúbka jednej ukladanej vrstvy je z technologického hľadiska (ako aj mechanickej účinnosti) obmedzená na 100 mm po zhutnení. Najmenšia hrúbka vrstvy závisí od veľkosti najväčších zŕn kameniva. Môže byť najmenej 2,5-násobkom Dmax (16, 22 alebo 32 mm). Pred zhutňovaním sa zmes vyrovná na takú výšku, aby po stlačení, ktoré môže byť od 5 % až do 25 % bola jej niveleta podľa projektu.

Na zhutňovanie vrstvy zo zmesi CBGM sa používajú statické aj vibračné oceľové hladké valce. Technologický postup (najmä počet pojazdov) je vhodné overiť pri zhutňovacom pokuse (STN 73 6133). Predpísané zhutnenie zmesi musí byť dosiahnuté v celej hrúbke vrstvy.

V praxi sa na stavbu podkladových vrstiev vozoviek používajú aj zmesi cementového betónu: podkladový betón, valcovaný betón a medzerovitý cementový betón. Ich vlastnosti musia byť v zhode so špecifikáciami v norme STN EN 206-1. Tieto druhy betónov sa musia vyrábať v miešacích centrách – klasických betonárkach.

Kvalita podkladových vrstiev ich správny návrh, príprava zmesí a správne spracovanie sú predpokladom vzniku dobrej konštrukcie vozovky. Takej, ktorá bude pre používateľov slúžiť počas svojej životnosti, pri správnej údržbe tak, aby pre nich zaručila bezpečnú, hospodárnu a pohodlnú jazdu.

Doc. Ing. Katarína Bačová, PhD.
Katedra dopravných stavieb SvF STU v Bratislave