Silnice mosty 2021, 2, 7-9
Doc. Ing. Dušan Stehlík, Ph.D.
VUT v Brně Fakulta stavební
Výzkumný projekt Technologické agentury České republiky TH04030342 Recyklované stavební materiály pro dopravní stavby se ve druhém roce řešení zabýval využitím stavebně demoličních recyklovaných materiálů do násypu a konstrukce vozovky účelových komunikací se zaměřením na snížení vstupních nákladů při zachování odpovídající kvality konstrukčních vrstev pro účelové pozemní komunikace.
Konkrétně se jedná o účelovou komunikaci k areálu recyklační linky, která má zabezpečit technologickou dopravu recyklovaných materiálů na stavby a rekonstrukce místních komunikací v Brně.
Snahou výzkumného projektu je ověřit parametry únosnosti a odolnosti na změny vlhkostí a povětrnostních vlivů. Konstrukce vozovky byla navržena experimentálně dle běžných zvyklostí pro tento typ vozovek. Jedná se o experiment s využitím 100% množství stavebně recyklovaných materiálů v konstrukci vozovky ve formě směsného, betonového a asfaltového recyklovaného materiálu.
Návrh konstrukce vozovky účelové komunikace
s využitím stavebně recyklovaných materiálů
Při prvním návrhu konstrukčních vrstev vozovky se vycházelo z dostupných vstupních frakcí stavebních recyklovaných materiálů a dále z technologických možností zhotovitele pozemní komunikace. Zároveň byl do určité míry projekt limitován finančními možnostmi naplánovanými při návrhu výzkumného projektu. Nakonec byla zvolena konstrukce vozovky s nestmeleným krytem, kdy se uvažuje o zatažení povrchu obrusnou vrstvou z asfaltového recyklátu 0/16 mm pokládaného ve dvou vrstvách po 50 mm. Podkladní vrstvy vozovky byly navrženy z nestmelených směsí v souladu s ČSN 73 6126-1 a -2. Velká pozornost byla věnována úpravě podloží vozovky, která je v délce cca 2,3 km (přibližně 2/3 celého zkušebního úseku komunikace) tvořena nevhodnými jemnozrnnými zeminami klasifikovanými dle ČSN 73 6133 jako jíl se střední plasticitou. V tomto úseku byla nakonec provedena výměna jemnozrnné zeminy směsným recyklátem frakce 0/16 mm v tloušťce 200 mm.
Provádění experimentální konstrukce vozovky
účelové komunikace
Celková délka prováděné účelové komunikace je 3,4 km. Komunikace byla technologicky rozdělena podle vhodnosti podloží vozovky na dva úseky 1,1 km bez výměny podloží vozovky a 2,3 km dlouhý úsek s výměnou podloží za směsný recyklát 0/16 mm.
Podloží vozovky zkušebního úseku účelové komunikace
Při diagnostice podloží vozovky v lokalitě Brno–Černovice (terasa) byla ve staničení 0,0 km až 1,100 km zastižena do hloubky 0,5 m navážka ze stavební suti a písčité hlíny. Tento materiál byl klasifikován jako štěrk hlinitý G3 GM. Ve zbylé části trasy byla v podloží vozovky do hloubky 0,5 m zastižena jemnozrnná zemina po klasifikaci jíl se střední plasticitou F6 CI v polotuhé až tuhé konzistenci. Stanovení poměru únosnosti CBRsat pro G3 GM vyšlo 32 %. U jemnozrnné zeminy F6 CI byl poměr únosnosti po saturaci CBRsat = 3 %. Z důvodu blízkosti recyklačního centra s výrobou směsného recyklátu byla zvolena jako technologie úpravy výměna části nevhodného podloží vozovky recyklátem frakce 0/16 mm v tloušťce 200 mm. Navíc byla v místech diagnostiky nevhodné zeminy v podloží provedena separace podloží od vyměněné vrstvy z recyklátu pomocí netkané geotextilie (200 g/m2).
Při provádění spodní podkladní vrstvy z vibrovaného štěrku byla kostra na části úseku přehutněna ještě před zatažením asfaltovým recyklátem 0/16 mm, což dělalo problém ve spojení vrstev. Bylo třeba povrchovou vrstvu štěrku znovu načechrat a zhutnit.
Výsledky měření únosnosti jednotlivých vrstev vozovky
Protože se jedná o účelovou komunikaci, bylo v kontrolním zkušebním plánu (KZP) navrženo kromě laboratorních zkoušek směsí (zrnitost, obsah jemných částic a vlhkost) ověření únosnosti statickou zatěžovací zkouškou dle ČSN 72 1006, příloha A. V tabulce 1 jsou uvedeny průměrné výsledky zkoušek dle KZP až po horní podkladní vrstvu vozovky.
Problémy při pokládce jednotlivých vrstev vozovky
účelové komunikace
Protože podloží účelové komunikace bylo tvořeno z menší části únosným podložím a z větší části nevhodnou zeminou v podloží, jejíž vlastnosti se ve střídavých povětrnostních podmínkách měnily, byla v místě nejnižšího výškového bodu komunikace, kde se hromadila dešťová voda, provedena úprava podloží pomocí tří příčných odvodňovacích drénů. Tyto drény, které mají hloubku 1,0 m, šířku 0,70 m a jsou vyplněny štěrkem frakce 32/63 mm až do výšky spodní podkladní vrstvy, mají odvodňovat vodou saturované podloží.
Další problém vznikl při pokládání vibrovaného štěrku, jako spodní podkladní vrstvy vozovky. Výplňovou směsí pro zatažení povrchu vrstvy byl zvolen asfaltový recyklát frakce 0/16 mm. Kostra vibrovaného štěrku byla prováděcí firmou zhutněna a tím došlo k uzavření povrchu. Asfaltový recyklát tak nemohl být optimálně zavibrován mezi zrna kostry a zůstal na povrchu jako „minivrstva“, která snížila očekávanou únosnost o cca 20 MPa (obrázek 3). Harmonogram stavby počítal s provedením akce ještě v letním období, kdy jsme očekávaly účinek slunečních paprsků na zpevnění výplňového asfaltového recyklátu, s čímž se v říjnu již nedalo počítat.
Tím, že se nepovedlo optimálně provést spodní podkladní vrstvu z vibrovaného štěrku, byla zjištěná únosnost horní podkladní vrstvy ze štěrkodrti nižší než požadavek projektu. Požadavek na únosnost štěrkodrti byl Edef,2 = 130 MPa, skutečnost byla Edef,2 = 95 MPa. Tato skutečnost povede k nutnosti zesílení navrhovaného nestmeleného krytu komunikace nebo navržení asfaltem stmelené krytové vrstvy.
Dalším problémem, který velmi často ovlivňuje použití recyklátů do staveb dopravní infrastruktury, je velký obsah cizorodých částic zejména v úzkých frakcích 32/63 mm. Při stavbě účelové komunikace jsme se s tím setkali u pokládky spodní podkladní vrstvy – vibrovaného štěrku. Rozborem se zjistilo, že se jedná velmi často o nevhodný nebo nedostatečný způsob třídění recyklovaného materiálu po primárním drcení mobilní drtící jednotkou. Pro budoucí širší využití těchto materiálů bude nutné se zaměřit na „čistotu“ a maximální homogenitu tříděné směsi.
Závěr
V příspěvku popsaný experiment konstrukce vozovky s maximálním využitím recyklovaných materiálů ukazuje na možnosti využití těchto materiálů v silničním stavitelství dle požadavků současných norem a předpisů. Do úrovně spodní podkladní vrstvy v podstatě není žádný větší problém s udržením kvality nestmelené směsi z recyklátů ve zhutněné vrstvě vozovky. V případě použití do horní podkladní vrstvy a krytu je nutné pečlivě zvážit, a hlavně vybrat vhodný recyklovaný materiál, který je schopen ve vrstevnatém poloprostoru konstrukce vozovky plnit svoji požadovanou funkci, a to nejen z pohledu přenášení dopravního zatížení, ale i s ohledem na zatížení povětrnostními vlivy apod. V těchto vrstvách by se z recyklátů, např. betonových, daly optimálně použít především směsi stmelené hydraulickým pojivem, které by zajistily požadovanou únosnost a tím možnost úspory materiálů v konstrukci krytových vrstev.
