OPRAVY ŽIVIČNÝCH KRYTŮ VOZOVEK LESNÍCH CEST

Doc. ing. Karel Hanák, CSc. - Fakulta lesnická a dřevařská MZLU v Brně

Jedním ze základních požadavků, které je nutné respektovat při návrhu netuhé vozovky lesní odvozní cesty, je opravitelnost její krytové vrstvy. Důsledkem dlouhodobé stagnace rozvoje zpevňování LDS a podcenění citovaného požadavku je dnes zcela otevřená a jen velmi obtížně řešitelná otázka oprav rozpadávajících se krytů “klasických vozovek” z penetrovaných živičných makadamů, jimiž je převážně opatřena v LH ČR k dnešku zbudovaná síť lesních cest třídy 1L v rozsahu více než 9 400 km.

 

Opravy destruovaných krytů vozovek z živičných penetrovaných makadamů (PHA) mohou být výhledově realizovány jedním ze tří dále uvedených technologických postupů:

1. transformací PHA na vibrovaný štěrk (VŠ),
2. transformací PHA na mechanicky zpevněné kamenivo (MZK),
3. překrytím PHA vrstvou s vysokou únosností a technologicky dostupnou opravitelností.

CHARAKTERISTIKA UVEDENÝCH TECHNOLOGIÍ

Transformace penetrovaných makadamů na vibrovaný štěrk

Je prováděna pomocí traktorem nesené čistící frézy. Poškozený kryt je v první fázi rozryt grejdrem, rozvolněné kamenivo je následně zpracováno speciální frézou, která nemění velikost jeho zrn, ale zbaví je zbytku živičného pojiva, drti a jiných nečistot. Výsledkem těchto operací je vrstva čistého kameniva frakce 32-63 mm, do kterého je následně zavibrováno jemné kamenivo frakce 0-16 mm až do vyplnění všech mezer. Tyto transformace provádí pro LH ČR stavební firma OVI Hradec Králové, která vyvinula a vlastní klíčový stroj pro popsanou technologii, tj. čistící frézu. Úspory štěrku umožňují snížení nákladů o 25-30 % ve srovnání s klasickým provedením nové krytové vrstvy z PHA.

Pozn. Srovnávací měření únosnosti vozovek před a po úpravě krytové vrstvy nebyla doposud realizována

Transformace penetrovaných makadamů na mechanicky zpevněné kamenivo

Nebyla k dnešku v podmínkách LH ČR provedena a její realizace se předpokládá v těchto technologických krocích: rozrytí krytové vrstvy; úprava zrnitostní frakce hrubého kameniva předrcením; doplnění jemného výplňového kameniva; homogenizace kameniva mísením; úprava vlhkosti; zhutnění. Aplikace naznačené technologie v praxi bude podmíněna kromě ekonomických aspektů především možnostmi dovozu výkonných mobilních předrcovačů kameniva.

Překrytí penetrovaných makadamů vrstvou s vysokou únosností a technologicky dostupnou opravitelností

Rozhodování o typech materiálů pro zesílení (překryv) rozpadlých živičných krytů musí být provedeno s fundovanou rozvahou, neboť každou touto vrstvou je zúžen průjezdný profil (volná šířka) vozovky. Proto je velmi problematické opětovné překrytí povrchu opravované vozovky vrstvou z penetrovaného živičného makadamu, neboť po vyčerpání její životnosti (8-10 let) se v podstatě celá situace opakuje a po několika cyklech takto pojatých oprav může vést až k neprůjezdnosti lesní cesty pro současné a výhledové typy odvozních souprav. Reálnou podstatu této rozvahy lze doložit těmito skutečnostmi: volná šířka koruny vozovky lesní odvozní cesty tř. 1L s nezpevněnými krajnicemi je 400 cm (zpevněný jízdní pruh = 300 cm, krajnice 2 x 50 cm ); každým překryvem o tloušťce 10 cm je při sklonech bočních stěn vrstvy 1:1 zúžen průjezdný profil vozovky o 20 cm; rozchod vnějších kol zadní nápravy tahače LIAZ 11.800 je 246,2 cm; překryvy o celkové tloušťce 25 cm zúží volnou šířku koruny vozovky natolik, že bude znamenat pro tento typ vozidla riskantní jízdu po jejích hranách. V optimální variantě by tedy měly být rozrušené živičné povrchy překryty jednou výrobně a cenově dostupnou vrstvou s dlouhodobou životností, s vysokými parametry únosnosti a s možností odstraňování provozem vzniklých deformací a poruch jednoduchou technologií! Konstrukčním materiálem, který splňuje v plném rozsahu požadovaná kritéria a disponuje navíc požadovanou pozitivní estetickou působností ve zpřístupňované krajině je mechanicky zpevněné kamenivo (minerální beton).

MECHANICKY ZPEVNĚNÉ KAMENIVO

MZK je v současné době nejprogresivnějším typem nestmelených vrstev, který je zřizován nejen jako podkladní vrstva, ale u dopravně méně exponovaných komunikací může nahradit svými technickými parametry i krytové vrstvy stmelené (penetrační makadam, cementové stabilizace, štěrkocementový makadam apod.). MZK je definováno jako směs nejméně dvou frakcí přírodního nebo i umělého drceného kameniva, drobného i hrubého, s vodou. Tato směs svým granulometrickým složením, vlhkostí a dosaženou mírou zhutnění odpovídá teoretickým optimálním podmínkám pro daný druh nestmelené vrstvy. Optimální podmínky jsou definovány ideální nepřetržitou křivkou směsi kameniva, která musí probíhat v úzce vymezených zrnitostních mezích podle Fullerových křivek a maximální objemovou hmotností rd,max dosažitelnou při určité optimální vlhkosti wopt. Především tato předdefinovaná zrnitostní skladba směsi garantuje, že po jejím zhutnění vznikne kompaktní vrstva s minimální mezerovitostí, tzn. s vysokou smykovou pevností a jí odpovídající únosností (hodnoty modulů únosností E nestmelených vrstev z drceného kameniva jsou pro: ŠD = 250 Mpa, VŠ = 500 Mpa, MZK = 650-800 Mpa). Technické podmínky laboratorních testů, výroby a zabudování MZK vymezuje ČSN 73 6126 “Stavba vozovek - nestmelené vrstvy” (1994).

Laboratorní testy, které nelze obejít ani u méně významných účelových komunikací, neboť určují a ověřují všechny základní parametry MZK, které podmiňují jeho vysokou únosnost, zahrnují: sestavu zrnitostní skladby směsi z nejméně dvou frakcí drceného kameniva (rozsah 0-32 mm, event. 0-45 mm) do požadované výsledné křivky zrnitosti; stanovení parametrů zhutnitelnosti (rd,max a wopt) podle Proctorovy modifikované zkoušky; ověření potřebné únosnosti: nejméně 80 % CBR po nasycení vodou; prokázání čistoty drobného výplňového kameniva (nejčastěji lomová prosívka).

Pozn. Zkoušky jsou prováděny pro kameniva odebraná z konkrétní lokality (lom), která připadá v úvahu pro údržby a zpevňování cest v ekonomicky přijatelných dopravních vzdálenostech.

Retardačním faktorem pro širší uplatnění MZK při opravách a zpevňování LDS by se mohl stát v citované normě uvedený požadavek výroby směsi výhradně v míchacích centrech (cyklická míchací zařízení či kontinuální míchačky) a to z hlediska odbytové ceny (v Katalogu směrných orientačních cen stavebních prací je takto vyrobená vrstva MZK o tloušťce 100 mm asi o 21 % dražší než vrstva stejné tloušťky z živičného penetrovaného makadamu). Ústav LSM FLD MZLU v Brně proto orientoval jednu ze svých výzkumných aktivit na možnosti technologicky dostupné výroby směsi MZK a to metodou Road Mix (HANÁK, 1995). Průzkum byl realizován na stavbě lesní cesty “U Arboreta” (ŠLP ML Křtiny).

OVĚŘOVANÁ STAVEBNÍ TECHNOLOGIE

Pro test byla vybrána nejjednodušší laboratorně ověřená směs, sestavená ze dvou druhů kameniva - hrubé frakce 8-16 mm a jemného výplňového kameniva frakce 0-4 mm ve vzájemném hmotnostním poměru 4:6. Na zpevňovaný povrch bylo navezeno nejdříve hrubé kamenivo, po jeho srovnání grejdrem pak jemné výplňové kamenivo a to na předem rozměřené úseky tak, aby byl dodržen uvedený hmotnostní podíl obou kameniv. K mísení směsi byl použit traktorem nesený zemědělský rotavátor (šířka záběru 1,5 m, hloubka zpracování do 20 cm.). Prioritně ověřovaným parametrem, který podmiňuje dosažení předpokládaných technických parametrů MZK při aplikaci výroby směsi metodou Road Mix, byla její výsledná zrnitostní skladba a to ve vztahu k vymezenému zrnitostnímu oboru. Kontrolním laboratorním prosevům bylo podrobeno celkem 8 vzorků směsi, odebraných z kontrolních sond a z různých míst stavby po dokončení mísení obou komponentů kameniva půdní frézou.

Z výsledků této série kontrolních prosevů bylo prokázáno, že i touto naznačenou technologií lze vyrobit směs MZK v kvalitě odpovídající její laboratorní receptuře (největší rozdíly obsahu jednotlivých frakcí kameniva z odebraných vzorků směsi byly do 10 %, proti laboratornímu předpisu do 15 %; žádná z kontrolních křivek však nevybočovala z požadovaných zrnitostních mezí MZK). Jiným alternativním a rovněž pozitivně kontrolními prosevy ověřeným postupem výroby směsi MZK je metoda In Situ (na místě), kdy jsou jednotlivé komponenty kameniva nejprve navezeny na manipulační plochu do hrázek (v poměru podle laboratorní receptury) a poté homogenizovány pomocí grejdru či čelního nakladače.

Z rozboru nákladů vynaložených na opravu rozrušených krytů z penetrovaných makadamů na více než 11,5 km lesních cest v oblastech Rožnova, Karlovic, Vsetína a Hranic aplikacemi překryvné vrstvy z MZK (tloušťka vrstvy po zhutnění 12 cm, výroba In Situ, průměrná dopravní vzdálenost staveb od zdrojů kameniva 52 km) vyplynuly, při porovnání s překryvnou vrstvou z penetračního makadamu o tl. 10 cm, úspory stavebních nákladů ve výši 30-35 % (MATUŠKA, 1996).

PŘÍKLAD REALIZOVANÉ STAVBY

Vliv překryvné vrstvy z MZK na regeneraci únosnosti netuhé vozovky s rozrušeným krytem z penetrovaného živičného makadamu byl ověřován na lesní cestě “Sovinec” v rámci příprav celostátního odborného semináře s názvem “Nové směry údržeb, oprav a výstavby při zpřístupňování lesů” (Rožnov p. R., 1996).

Charakteristika stavby

Uvedená odvozní cesta se nachází na severozápadním předhůří Moravskoslezských Beskyd na území bývalého LZ Frenštát p. R. Tato svahová cesta o celkové délce 3,4 km byla zbudována v r. 1979 a zpevněna “klasickou vozovkou” o celkové konstrukční tloušťce 45 cm (zjištěná skladba: ŠP - 15 cm, ŠD - 20 cm, PAH - 10 cm). Podloží cesty tvoří nebezpečně namrzavé prachovité až jílovité hlíny, vodní režim je na celé délce stavby hodnocen jako příznivý. Povrch krytu byl před zahájením opravy v r. 1995 rozvolněn a rozrušen z 60 % výtluky a výmrazky. Oprava byla provedena v uvedeném roce zřízením překryvné vrstvy z MZK o celkové předpokládané tloušťce 15 cm (5 cm vyrovnávka výtluků a jiných deformací povrchu krytu, 10 cm nová krytová vrstva) a to bez spojovacího nátěru (obr. 1). Směs MZK byla vyrobena dodavatelem stavebních prací (Valašské lesotechnické meliorace, a. s.) technologií In Situ na manipulační ploše v lomu Habrůvka, dopravní vzdálenost od místa výroby na stavbu činila 45 km. Laboratorní návrh sestavy směsi včetně ověření jejich požadovaných parametrů byl realizován ústavem LSM FLD MZLU v Brně v těchto parametrech: skladba směsi - frakce 0-8 mm (prosívka) 50 %, frakce 16-32 mm 50 %, parametry zhutnitelnosti podle PCM - objemová hmotnost rd,max = = 2240 kg/m3, optimální vlhkost wopt = 2,2 %. Kontrolní měření únosnosti opravené vozovky byly provedeny v květnu 1996 rovněž ústavem LSM.

Měření

Kontrolní měření únosnosti byla orientována na zjišťování únosností opravené vozovky v závislosti na dosažených technických parametrech MZK. Na měřičských stanovištích tak byla v kontrolních sondách ověřována nejen skutečná celková tloušťka překryvné vrstvy, ale i dosažená objemová hmotnost, vlhkost směsi a její zrnitostní skladba. Na sledované cestě bylo vybráno a zajištěno celkem 6 měřičských stanovišť, z nichž první dvě byla srovnávací (stanoviště č. 1 na relativně nepoškozeném úseku původní vozovky, stanoviště č. 2 pak na úseku s rozrušeným povrchem živičného krytu), ostatní byla vyznačena rovnoměrně na celém úseku s realizovanou opravou krytu pomocí MZK. Únosnost vozovky před a po provedené opravě byla zjišťována ze série měření pružných průhybů y pákovým průhyboměrem pod zadní nápravou zatěžovacího vozidla, odpovídající svými parametry nápravě návrhové (nápravová síla P = 100 kN, dotykový tlak p = 0,650 Mpa). Na každém měřičském stanovišti tak bylo změřeno 6 pružných průhybů, z nichž byl vyčíslen aritmetický průměr o/ y jako reprezentační hodnota pro výpočet dalších parametrů únosnosti vozovky - celkového ekvivalentního modulu pružnosti Ee,c a provozní výkonnosti Nc  vyjádřené počtem přejezdů návrhové (normové) nápravy S NN. Ke zjišťování objemové hmotnosti vrstvy MZK byla použita pro svou jednoduchost a dostupnost jamková metoda. Výsledky měření únosností vozovky jsou sestaveny v tabulce.

Vyhodnocení

• lZ porovnání hodnot naměřených na srovnávacích úsecích (řádek 1 a 2 v tab.) je zřejmá odezva degradace krytové vrstvy “klasické vozovky” do parametrů její celkové stability - únosnost konstrukce vyjádřená Ee,c se snížila o 34 % a její provozní výkonnost Nc dokonce až o 94 %. Tento výrazný pokles stability je důsledkem již dříve zmíněné zcela chybně pojaté a technicky nevyvážené skladby této konstrukce, kdy je při nízké únosnosti podkladu rozhodující pro provozní výkonnost celé vozovky její krytová vrstva.
• lZesílením opravovaného krytu vrstvou z MZK o/ tloušťce 11 cm (5 cm vyrovnávka povrchu krytu) je regenerována únosnost vozovky o 33-62 % a její původní únosnost je obnovena v rozsahu 85-106 % (průměrné hodnoty parametrů únosnosti z celého rozsahu měření: y = 1,58 mm, odpovídající Ee,c = 112,99 Mpa, Nc = 11 773 NN, tzn. zvýšení únosnosti opravované vozovky o 47 % a obnova její původní únosnosti na 94 %).
• Laboratorně předepsané parametry směsi MZK byly dodavatelem stavebních prací v podstatě dodrženy; vrstva z této směsi byla zhutněna na 102-104 % laboratorního předpisu, křivky zrnitosti probíhají převážně ve vymezeném zrnitostním oboru (malé odchylky byly zjištěny pouze u obsahu zrn středního štěrku, kde chybí v kontrolních křivkách 7-10 % těchto zrn).
• Výsledná únosnost vrstvy z MZK je závislá na dodržení předepsaných parametrů zhutnitelnosti, tedy i optimální vlhkosti wopt. Ta byla na stavbě překročena o 0,85-3,13 %, což se promítlo i do zjištěné únosnosti celé vozovky (viz řádek 3 a 5 v tab.).

Na základě řady realizovaných oprav živičných krytů vozovek lesních odvozních cest překryvnou vrstvou z MZK lze zhodnotit tuto netradiční technologii i z hlediska ekonomických kritérií (MATUŠKA, 1996):

• Cena vrstvy MZK je nejadresněji závislá na zdroji materiálu a jeho vzdálenosti od stavby. Vždy záleží zejména na ceně jemného výplňového kameniva, kterým je zpravidla lomová výsivka, která tvoří přibližně polovinu směsi (ostatní kamenivo je cenově totožné s kamenivem používaným do penetračních makadamů).
• Je-li základem cenového srovnání vrstva penetračního makadamu o tloušťce 10 cm opatřená uzavíracím nátěrem z dehtu silničního v množství 1,90 kg/m2< o levnější Situ In technologií vyrobená a tloušťce stejné MZK z vrstva bude pak>
• Údržby penetračních makadamů (bez opravy výtluků) jsou nákladově asi o 10 % vyšší, než u vrstvy z MZK (bez doplňovacího materiálu).
• Veškeré poruchy na krytu z MZK jsou jednoduše odstranitelné reprofilací celé vrstvy grejdrem a následným přehutněním. Při opravách penetračních makadamů jsou defekty v krytu opravovány pomocí obalovaného kameniva, jehož cena je ve srovnání s MZK 7-10x vyšší.

ZÁVĚR

Mechanicky zpevněné kamenivo je ekologicky bezvadná, cenově, technicky i esteticky přijatelná krytová vrstva pro výstavbu a opravy lesních, zemědělských i jiných účelových komunikací (obr. 2). Limitujícím faktorem jeho použití je podélný sklon nivelety těchto cest, který by neměl překročit hodnotu 10 % - jinak vzniká riziko vyplavování jemných frakcí výplňového kameniva z povrchu úpravy.

Regenerace únosnosti vozovky vrstvou MZK na lesní cestě Sovinec

Číslo profilu			Sledované parametry
Kryt vozovky	H MZK - cm	w - %	g - kg/m3	prum. y - mm	prum. Ee,c - MPa	prum. Nc - S NN
1 PHA srovn.	-	-	-	1,49	119,82	16 982
2 PHA srovn.	-	-	-	2,33	76,62	1 039
3 MZK	11-12	5,33	2 310	1,75	102,02	6 216
4 MZK	10	4,72	2 285	1,60	115,58	10 833
5 MZK	13	3,05	2 323	1,44	123,98	21 025
6 MZK	10-11	4,68	2 310	1,51	118,23	15 628