Betonový povrch - nejvhodnější řešení pro přetěžované silnice a dálnice (II)

V minulém příspěvku z 1. ročníku mezinárodní konference Betonové vozovky 2004, která se konala začátkem října ve Slavkově u Brna, jsme jako úvod do problematiky betonových krytů vozovek zveřejnili podstatnou část úvodní přednášky Johannese Steigenbergera². V dnešním příspěvku z této konference pojednáme o historii a současných zkušenostech s výstavbou betonových vozovek v Rakousku a Německu.

Konferenci uspořádaly společnosti Skanska DS, Dálniční stavby Praha a Svaz výrobců cementu ČR. Záštitu nad ní převzalo čestné předsednictvo, v němž bylo zastoupeno Ministerstvo dopravy ČR³ , Ředitelství silnic a dálnic ČR⁴ , Státní fond dopravní infrastruktury⁵ a Technická správa komunikací hl. města Prahy⁶.

Rakousko: pro silně zatěžované silnice jen beton

O rakouských zkušenostech s výstavbou vozovek s betonovým krytem v historickém kontextu zhruba od 20. let minulého století hovořil ve třetí přednášce Günter Breyer⁷ z rakouského ministerstva dopravy. Betonářská technologie se zde používá při výstavbě dálnic s velkým dopravním zatížením a v městské dopravě u autobusových zastávek, u jízdních pruhů pro autobusy a v oblasti křižovatek s velkým podílem těžké dopravy a tam, kde se tvoří zácpy. V tunelech je betonový kryt v Rakousku předepsán. Dnes má síť silnic nejvyššího významu v Rakousku 1670 km dálnic a 630 km rychlostních silnic. Zhruba 800 km, tj. necelých 40 % této silniční sítě, bylo postaveno betonářskou technologií. Od roku 1990 se započalo se systematickou obnovou starých dálnic. Jako podstatný příspěvek k bezpečnosti dopravy v tunelech bylo v roce 2001 rozhodnuto opatřit nové silniční tunely delší než 1 km betonovým krytem. Významná je výstavba betonových vozovek také ve velkoměstech; ve Vídni je betonový kryt na ca 2 mil. m² vozovek, tj. na 5 % celé vídeňské silniční sítě. K tomuto stavu se ale tato alpská země nedopracovala přímočaře.

20. až 60. léta minulého století

První doklady o betonových vozovkách pocházejí z roku 1925, a to zejména z oblasti Vídně. Stavba dálnic započala bezprostředně po anexi Rakouska Německou říší v roce 1939 a prvních 20 km vozovky s betonovým krytem bylo dokončeno u Salzburgu do roku 1941. Po konci obsazení Rakouska se na základě Státní smlouvy v roce 1955 obnovila výstavba dálnic a v letech 1958 až 1961 bylo zprovozněno 200 km Západní dálnice mezi Vídni a Salzburgem, tj. 70 %, s betonovým povrchem. V 50. a 60. letech minulého století se při plánování prvních poválečných úseků dálnic využívalo zkušeností Říšského dálničního stavitelství a všechny důležité dálniční úseky byly provedeny s cementobetonovým krytem. Asfaltová technologie tehdy nebyla pro zatěžované úseky dostatečně vyspělá.

70. léta

Vyvíjející se asfaltové silniční technologie začaly konkurovat betonovým. Asfalt se velmi rychle prosadil v běžném silničním stavitelství a na málo exponovaných komunikacích. Naopak při silném dopravním zatížení byly betonářské technologie a tuhé vozovky stále uznávány. Asfaltové technologie však byly levnější, což vedlo v roce 1972 tehdejší ministerstvo výstavby k vypracování tzv. „plánu krytů vozovek“, ve kterém byly stanoveny technologie (beton nebo asfalt) pro tehdy plánované záměry výstavby dálnic a následující kritéria, podle nichž se o technologii rozhodovalo:

• dopravní zatížení (zejména podíl nákladní dopravy)
• geologické poměry
• poměry u konkrétního díla (podíl úseků ve stoupání)
• preference místních správ silnic ve spolkových zemích

V posledním bodě, který nelze podceňovat, se odrážela situace v místním stavebnictví a dostupnost odborníků s potřebnou kvalifikací pro navrhování úseků s cementobetonovým krytem a dozor nad jejich výstavbou. Cílem plánu byla jasná kritéria rozhodování pro místní úřady vyhlašující výběrová výběrová řízení a minimalizace zásahů ve stadiu zadávání.

80. léta

Díky použití asfaltu upraveného polymery a jinými speciálními přísadami byly vyvinuty trvanlivé kryty na bázi asfaltové technologie. Rozvoj tzv. drenážních asfaltových povrchů výrazně přispěl k bezpečnosti dopravy a ke snížení emisí hluku. V roce 1986 bylo ve Směrnicích a předpisech pro silniční stavitelství (RVS 3.63) poprvé definováno stavebně technické srovnání různých konstrukcí horní stavby. Také byly definovány třídy zatížení na principu normového střídavého zatěžování a dále dimenzování a standardizace tehdy běžných variant konstrukce krytu. Je pozoruhodné, že již tehdy byly asfaltové konstrukce dimenzovány na životnost 20 let, zatímco betonové na 30 let. Plán krytů vozovek z roku 1972 ztratil účinnost. Typ krytu vozovky byl ve stále větší míře součástí nabídek ve výběrových řízeních, nikoliv požadavkem investora, a byl posuzován kritérii nákladů na novostavbu. S tím úzce souvisel fakt, že v 80. letech již potřeba rychlostních silnic a dálnic nemohla držet krok s možnostmi rozpočtu. Začalo úvěrové financování dálnic a zakládání speciálních silničních společností. Jedno z tehdejších hesel bylo „Musíme stavět do dálky a ne do šířky a tloušťky“. V důsledku toho všeho stagnoval v polovině 80. let v Rakousku vývoj betonářské technologie a významné rozhodovací subjekty v průmyslu a ve správě začaly pochybovat o její životaschopnosti. Nejdůležitější kritické argumenty byly: příliš drahá, příliš hlučná a špatně a zdlouhavě opravitelná.

90. léta

Bylo to v prvé řadě díky úsilí rakouského Výzkumného ústavu cementu, že - oproti temným předpovědím - došlo koncem 80. let k výraznému inovačnímu posunu. Byly zpracovány základy Nové rakouské recyklační technologie, která umožnila opakované použití celého starého betonového krytu v novém krytu a v podkladní vrstvě stmelené cementem. Strategický význam měl vývoj nového betonového povrchu s nízkou hlučností s jemnou strukturou vymývaného betonu. Pro rychlé opravy byl vyvinut 12hodinový beton, zpracovávaný v běžných zařízeních, který umožnil provádění údržby během 24hodinové uzavírky.

Oživení betonářské technologie při stavbě vozovek bylo od 90. let doprovázeno a podporováno silným nárůstem těžké dopravy a skutečností, že se výrazně snížil cenový rozdíl mezi asfaltovou konstrukcí odpovídající úrovně a betonovým krytem. Betonářská technologie se opět stala konkurenčně zajímavou a to také proto, že se podařilo docílit, aby delší životnost a nižší potřeba údržby byly zohledněny jako kritéria zadávání. Praxe z tehdejší doby ukazovala, že betonářská technologie měla, při pořizovacích nákladech max. o 10 % vyšších, dobré vyhlídky. Důležitým mezníkem bylo také převedení všech dálnic a rychlostních silnic pod ASFINAG v roce 1997. Základním požadavkem tehdy bylo, aby ASFINAG jako akciová společnost zůstala ve 100 % vlastnictví státu, ale aby měla rozsáhlé pravomoci pro samostatné hospodaření, neboť nečerpá prostředky ze státního rozpočtu. ASFINAG je od té doby zcela financován z kapitálového trhu a z vlastních účelově vázaných příjmů, např. z výnosů mýtného.

Současnost

V současné době jsou zohledňovány při zadávání a návrhu dálnic a rychlostních silnic celkové náklady po dobu životnosti vozovky (Life Cycle Cost) a ve zvýšené míře se používá ekonomické porovnávání se zřetelem na potřebu údržby a obnovy v průběhu životnosti. K tomu již od 90. let slouží jako podklad směrnice RVS 2.21 „Rozbor hospodárnosti horní stavby vozovek v silničním stavitelství“, která poté, co v některých spolkových zemích sloužila jako kritérium pro rozhodování, byla v roce 2001 prohlášena za závaznou pro všechny státní silnice.

U silničních tahů se silným a velmi silným zatížením (od průměrného denního počtu cca 8000 těžkých základních vozidel) není prakticky sporu o betonové technologii. Ale i tam, kde převládá vysoký podíl stoupání, kde se jezdí pomalu nebo kde se tvoří často zácpy, má betonová technologie ekonomické opodstatnění i při nižším dopravním zatížení. Na obr. 1 jsou znázorněny hlavní oblasti využití asfaltových a betonových povrchů v závislosti na dopravním zatížení a na podílu pomalé těžké dopravy. Ve smíšené oblasti (uprostřed), kde klesá vhodnost aplikace betonového krytu ve prospěch asfaltového, musí být přibrány další kritéria důležitá pro příslušný stavební záměr a cena dosažená v soutěži.

Německo

Betonová technologie ve stavbách dálkových silnic a letišť bylo téma velmi zajímavé přednášky Ralfa Alte-Teigelera ⁸, která mj. přiblížila vyspělost betonářské technologie při výstavbě a údržbě dálnic v Německu. I zde vzniká při stavbě dálkových silnic s vysokým podílem těžké dopravy a letištních ploch otázka, zda bude zvolena asfaltová nebo betonová technologie.

Ne vždy se ale rozhoduje ve prospěch technicky a celkově ekonomicky nejlepšího řešení. Rozhodování často ovlivňují zájmy jednotlivých uchazečů o zakázku, lobbisté za obě technologie u zadavatele a osobní preference jednotlivých pracovníků zadavatele. Z tab. 1, která ukazuje používání asfaltových a betonových krytů vozovek v různých spolkových zemích, lze zjistit, jak rozdílně dopadá toto rozhodování v případě německých dálnic. Jsou spolkové země, kde je na dálnice pokládán pouze asfalt, a spolkové země s podílem betonového krytu až 76,3 %. Německý průměr betonových dálnic je 21,4 %. V Německu neexistuje centrální předpis, který by předepisoval realizaci betonového krytu, nicméně existuje tzv. „pětimarkový výnos“ Spolkového ministerstva dopravy, výstavby a bydlení (BMVBW). Ten znamená, že se při rozhodování mezi betonovou a asfaltovou vozovkou při stavbě nových dálnic volí beton i tehdy, jestliže stojí o 5 DEM (po roce 2001 2,56 euro) více než asfaltová technologie. Ceny betonových a asfaltových krytů stanovené na základě zakázek udělených BMVBW v letech 2001 a 2002 uvádí tab. 2.

Ve výnosu se odrážejí malé provozní náklady a celková nákladová výhodnost betonových krytů po celou dobu užívání. Pro rozhodování jsou důležité nejen pořizovací náklady, ale i předpokládaná životnost, náklady na údržbu, metody sanace při provádění oprav i časová náročnost těchto zákroků. Také v Německu platí, že zejména pro dálkové silnice s vysokým podílem těžké nákladní dopravy a pro letištní plochy je betonářská technologie nejvhodnější a nakonec také nejvýhodnější řešení z hlediska celkových nákladů. Beton dovoluje zvýšené namáhání. Pro stavbu betonových krytů vozovek hovoří zejména používání pneumatik typu Super-Single a evropské zvýšení povoleného nápravového zatížení.

Termín „vyjeté koleje“ je mezi betonáři neznámý. Betonový kryt umožňuje zlepšenou viditelnost za deště a v noci. Je-li povrch krytu za syrova upraven podélně vlečenou jutou nebo umělým trávníkem, vykazuje za provozu sníženou hlučnost. Další snížení hlučnosti se docílí zbroušením krytu vozovky diamantovou bruskou. Zbroušením se zlepší i protismykové vlastnosti. Tento postup nazývaný „grinding“ byl vyvinut v USA a již řadu let se používá i v Evropě.

Posledním argumentem proti krytům z betonu na exponovaných vozovkách, jenž přežívá mezi laiky a zčásti i mezi odborníky, je jejich údajná špatná a zdlouhavá opravitelnost.

Výměna betonové desky za 6 hodin

Ještě nedávno musela být vozovka při opravě jednotlivých desek betonového krytu uzavřena nejméně na 24 hodin. Asfaltová technologie byla považována obecně za snadno opravitelnou vzhledem k možnosti překrytí trhlin, vyspravení výtluků, nebo vyfrézování a položení nového krytu a tudíž velmi vhodnou i z pohledu oprav.

Asfalt byl také považován za velmi vhodný i při opravách betonových krytů. Ve prospěch betonové technologie se však mnoho změnilo. Především platí, že u dobře provedených cementobetonových krytů vzniká jako první potřeba sanace spár až po 10 až 15 letech. Další údržbové práce lze pak očekávat za dalších 5 až 10 let.

Dnes jsou všechny postupy při opravách vylepšeny tak, aby mohly být prováděny na denních nebo nočních staveništích během jedné pracovní směny v době nízkého provozu. To se týká nejen sanací spár a oprav ulomených hran, ale i výměny celých betonových desek.

Dříve si výměna vyžádala delší uzavírku, což bylo zvažováno jako nevýhoda betonové technologie. Z tohoto důvodu byl při výměně používán asfalt, avšak již po krátké době se na asfaltových plochách objevily vyboulení a vlny vzniklé v důsledku posunutí sousedních betonových desek, viz obr. 2. Asfalt pak během krátké doby musel být zfrézován nebo obnoven.

Požadavky na materiál

Materiál pro opravy nebo výměny betonových krytů, tedy betonová suspenze, musí být dobře zpracovatelný, musí mít vysokou počáteční pevnost i při nízkých teplotách a po několika málo hodinách musí být pojízdný. Čím delší je doba zpracovatelnosti betonu, tím delší je doba tvrdnutí, což vede ke kompromisu: je tedy používán beton, jehož zpracovatelnost při teplotě čerstvého betonu 20 až 25 °C je 40 minut a který dosáhne pojízdné tvrdosti za 3 až 4 hodiny. Dalším požadavkem je, aby vedle vysoké konečné pevnosti měl beton dlouhodobě dobré chování, byl odolný proti mrazu a posypovým materiálům a byl cenově přijatelný.

Používá se speciálně upravený portlandský cement, který se již ve výrobě míchá se suchým pískem. Štěrkopísek a hraněná drť se přidávají až při zpracování. Některé vlastnosti betonu uvádějí grafy na obr. 3 a 4.

Postup a organizace práce

Vyměňované desky se nevybourávají (aby se nepoškodil podklad), ale zdvihají po provedení oddělovacích řezů v celé tloušťce krytu. Časová náročnost přípravných prací je cca 2 hodiny, pokládka betonu trvá cca hodinu. Rychle tuhnoucí beton se během zpracovatelnosti 40 minut zhutní ponornými vibrátory a urovná vibrační vrstvou. Aby nedocházelo k rychlému vysychání a tvorbě vlasových trhlin na povrchu, přikryje se beton mokrými rohožemi. Za dvě až tři hodiny po vybetonování mohou být prořezány spáry kolem desky. K utěsnění spár se doporučují použít pryžové profily, protože pro zálivky za horka je zbytková vlhkost v betonu příliš vysoká. Těsnění zálivkami za horka by se mělo provést až v pozdější směně. Při dobré organizaci lze za jednu směnu vyměnit dvě až tři desky.

Postup prací ilustrují obr. 5 až 7. Díky používání rychle tuhnoucího betonu získává betonová technologie oproti asfaltu další výhody.

Závěr

"Bylo by žádoucí, aby se v budoucnu rozhodovalo o používání betonu nebo asfaltu podle nákladů po celou dobu životnosti vozovky. Zde by se měla zohlednit ekonomika důsledků dopravních omezení během oprav. To by vedlo ke zvýšenému používání betonové technologie a to nejen na dálnicích, ale i v městech - zejména na frekventovaných křižovatkách a zákrojích autobusových zastávek," uzavřel svůj příspěvek Ralf Alte-Teigeler.

---

¹ Čerpáno ze Sborníku přednášek Betonové vozovky 2004
² Dipl. Ing. Dr. Johannes Steingenberger, Výzkumný ústav rakouského cementářského průmyslu, Vídeň.
³ Ing. Jiří Chládek, vedoucí odboru pozemních komunikací
⁴ Ing. Petr Laušman, generální ředitel
⁵ Ing. Pavel Švagr, CSc., ředitel SFDI
⁶ Ing. Luděk Dostál, ředitel správy.
⁷ Dipl. Ing. Dr. Günter Breyer, Bundministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Abt. II/ST2
⁸ Dipl. Ing. Ralf Alte-Teigeler, Obere Hardt 13, D-76467 Bietigheim/Germany, oat@oat.de, URL: www.oat.de