Stabilizace a zvedání desek cementobetonového krytu injektážní

Příloha C1
Stabilizace a zvedání desek cementobetonového krytu
injektážní směsí
Marko Wieland
překlad článku „Unterpressverfahren zur Instandsetzung von Betonfahrbahnplatten“ z německého
časopisu Straße und Autobahn 7/2013, p. 508-521 – zkrácená verze
Pro opravy vozovek s cementobetonovým (CB) krytem postupem „zvednout a/nebo stabilizovat“ se stále ve
větší míře používají injektážní materiály z plastu. Pro kontrolu a hodnocení těchto materiálů pomocí
charakteristických hodnot specifických pro výstavbu silnic však ještě v současné době neexistují dostatečné
zkušenosti a technické předpisy. V rámci laboratorních pokusů byly vyvinuty vhodné zkoušky a algoritmy
hodnocení a formulovány první požadované hodnoty. Navíc byla při praktických zkouškách ověřována
účinnost a trvanlivost injektáží s ohledem na použitý injektážní materiál. Z výsledků měření únosnosti lze
především vyvodit, že podinjektováním desek vozovky se mohou významně zlepšit podmínky usazení
jednotlivých desek a zvýšit celková únosnost vozovky.
1 Problém, stanovený cíl
V Německu se stabilizace a zvedání desek CB krytu praktikuje již více než 70 let. Tato forma oprav získává
stále více na významu. Jako injektážní materiály se v současně době stále více používají plasty, které v
porovnání se standardními materiály s hydraulickými pojivy vykazují lepší vlastnosti. Tímto způsobem se
provádí vyrovnání jednotlivých desek do roviny, či zastavení výrazných vertikálních pohybů nedostatečně
podepřených desek. Nové postupy a injektážní materiály, jako např. injektáž polyuretanem (PUR) nebo
silikátovou pryskyřicí, jsou obecně popsány v technických předpisech [1]. Pro kontrolu a posouzení plastů
pomocí charakteristických hodnot specifických pro výstavbu silnic však ještě v současné době nejsou k
dispozici dostatečné zkušenosti a technické předpisy.
Prováděné výzkumy se zaměřily na laboratorní šetření a hodnocení charakteristických veličin materiálů.
Dále se zjišťovala účinnost injektáží a jejich trvanlivost s ohledem na použitý injektážní materiál. K tomu
účelu se u tří různých injektážních materiálů stanovily pevnosti a měřila se únosnost cementobetonových
desek rázovým zařízením FWD na vybraných úsecích před a po opravě.
2 Znalosti - podinjektování desek
2.1 Obecně
Způsob opravy CB krytu zvedáním a stabilizací je uveden v ZTV BEB-StB 02 [2]. Vertikálního vyrovnání
desek u spár nebo trhlin lze dosáhnout nadzvednutím. Deska by měla být zvednuta, dokud je vertikální
posun < 10 mm. Stabilizace se provádí tehdy, jsou-li zjištěny výrazné vertikální pohyby desek při přejíždění.
V praxi jsou poškozené desky zaznamenávány při pravidelných prohlídkách silnic kompetentními
pracovníky správce. Toto se obvykle provádí mimo zjišťování a hodnocení stavu vozovky. Jedná-li se o
malý počet desek, tak jsou tyto desky opravovány v rámci menších opatření (jednodenní práce) bez delšího
plánování. U většího počtu desek na delších úsecích se v rámci plánování často provádějí dodatečné
průzkumy pomocí georadaru anebo rázového zařízení FWD, aby mohly být přesněji zjištěny a popř.
popsány příčiny, rozsah a stupeň poškození.
2.2 Detekce poškození - možnosti měření
1
Zvýšený vertikální pohyb desek nebo vertikální posuny (schůdky) na spárách desek se vyskytují u různých
skladeb vrstev vozovek s CB krytem. Důvodem uvedených poškození je často to, že voda pronikající do
oblasti spár vyvolá pod betonovými deskami erozi. Kromě toho lze také jako důvod uvést místní sedání,
nedostatečnou odolnost vůči mrazu, nesprávně nebo vůbec nepoužité kluzné trny a kotvy. Obecně však pro
všechny příčiny, popř. z toho vyplývající škody platí, že musí být co nejdříve rozpoznány a že mají být
odstraněny v rámci údržby silnice, aby bylo zabráněno dalšímu zhoršení stavu a zvýšení nákladů na údržbu,
které jsou s tím spojené.
Zvýšené vertikální pohyby desek nebo dutiny pod deskami vzniklé v důsledku eroze se vyhodnocují pomocí
rázového zařízení FWD v kombinaci s georadarem. V souvislosti s šetřením příčin se v některých případech
také provádí lokalizace a prostorové určení polohy uložených kluzných trnů a kotev.
2.3 Historie a použitá technika
Zvedání desek s injektáží hubené cementové malty bylo v německých technických předpisech poprvé
uvedeno v technickém listě pro betonové vozovky z roku 1933 pod § 16 „Opatření při sedání podkladu“ [4].
Na obrázku 1 je znázorněn postup zvedání desky pomocí stlačeného vzduchu a suchého písku. V
Hamburgu byl tento postup na začátku roku 1950 nahrazen zvedáním desek pomocí nosníků. Vyplnění
dutin po zvednutí (provedeném stlačeným vzduchem, příčnými nosníky nebo hydraulickým tlakem) se v této
době v závislosti na procesu, popř. vlastnostech podkladu provádělo s plnivy, jako např. suchý nebo
asfaltovaný písek, hubená vápenná a cementová malta [5].
Obr. 1 Zvednutí betonových desek stlačeným vzduchem a podsypáním suchým pískem [6]
Postupem času se v Německu několikrát změnily postupy i injektážní materiály. V současnosti se injektážní
materiál tryskami nebo pěchy vtlačuje pod betonovou desku, aby tam vyplnil stávající dutiny, desku na
milimetr přesně zvedl nahoru anebo uvolněnou desku zase spojil s podkladem. Pro injektáže musí být podle
ZTV BEB-StB použity hydraulické injektážní malty [2]. Ostatní materiály mohou být použity, je-li prokázána
jejich vhodnost. Při injektážích s vtlačovanou maltou se zpravidla do betonové desky vyvrtá alespoň 6
otvorů o průměru asi 40 mm. Ke zvednutí jsou desky před injektáží uvolněny od podkladu stlačeným
vzduchem, aby bylo později docíleno celoplošného rozdělení malty pod deskou. Dále se doporučuje použít
po injektáži vibrační válec (provozní hmotnost 3 až 4 t) [1]. Z praxe jsou známy případy, kdy oprava pomocí
vtlačované malty, i přes odborné provedení, nevykazovala vysokou trvanlivost.
Asi od roku 1997 je v Německu zvedání anebo stabilizace desek CB krytu na dálnicích, vzletových a
přistávacích plochách a v oblasti zpevněných jízdních drah (německé dráhy) realizováno i pomocí silikátové
pryskyřice, popř. polyuretanu (PUR) [8, 9]. Tyto materiály zpravidla sestávají ze dvou chemicky reaktivních
kapalných komponent, které se na základě své rychlé reaktivity vzájemně smíchají až krátce před injektáží.
V praxi jsou tyto komponenty dopravovány, popř. dávkovány speciálními čerpadly a statickými míchačkami
neustále míchány, až se z nich vytvoří homogenní materiál. Následně je materiál vstřikován pěchy. K
vytvrdnutí dojde během několika minut, takže nemusí docházet k dlouhým uzavírkám. Dále lze kvůli vysoké
viskozitě obou materiálových komponent počítat s velmi dobrým rozložením injektážního materiálu
v horizontálním směru. Obrázek 2 ukazuje praktické využití dvou injektážních postupů (vlevo: PUR,
uprostřed: hydraulická malta).
2
Obr. 2 Zvednutí a stabilizace desek CB krytu pomocí PUR (vlevo) a hydraulické malty (uprostřed), optický kontrolní
systém pro měření vertikálního posunu desek; rotační laser s přijímačem (vpravo) [11]
V Americe se na trhu etablovaly především polyuretany jako nové materiály pro zvedání a zpevňování
desek (slabjacking). Jako zástupce lze jmenovat URETEK Method™, která se v USA používá déle než 15
let [10].
Během injektáží je třeba neustále sledovat úroveň výšky zvedaných, popř. zpevňovaných desek, a
sousedních desek. Přitom je rovněž nutno počítat s mechanizmem bobtnání, smršťování nebo roztahování
použitého materiálu. Pro tuto úlohu se často používá rotační laser s několika přijímači (obrázek 2, vpravo).
Aby mohla být zjištěna skutečná změna úrovně výšky zvedané desky, je třeba zajistit, aby byl vysílač mimo
účinnou oblast injektáže. Kontrola aktivní desky a sousedních oblastí se provádí pomocí jednotlivých
přijímačů.
2.4 Injektážní materiály
Hydraulická malta
Hydraulická malta se namíchá ze suché maltové směsi, která se skládá z hydraulického pojiva, inertní
kamenné moučky a aditiv. Přídavkem vody vznikne tekutá suspenze. Poměrem vody a pevných látek je
ovlivněna jak konzistence (tekutost) suspenze, tak i pevnost ztvrdlé malty.
V praxi musí být tento poměr nastaven tak, aby bylo dosaženo pevnosti malty v tlaku 28 MPa po 28 dnech
podle příslušných technických předpisů. Pevnosti 2 MPa potřebné pro spuštění dopravy může být podle
okolností dokonce i za příznivých podmínek dosaženo teprve po více než 6 hodinách. Při injektáži navíc
hrají důležitou úlohu tixotropní vlastnosti cementových suspenzí, protože ovlivňují rozměšování a chování
při tečení.
Polyuretany
Polyuretany vznikají na základě chemické reakce dvou komponent polyolu a isokyanátu. Chemickým
složením i přidáváním přísad anebo aditiv lze regulovat fyzikální a mechanické vlastnosti PUR. Pěnový
systém injektážních materiálů se vytváří prostřednictvím hnacího účinku, který vyplývá z tvoření CO2 v
souvislosti s reakcí vody a isokyanátu. V oblasti údržby silnic se přednostně používají tvrdé pěny s
3
uzavřenými póry se středním faktorem napěnění od 2 do 5 (objemová hmotnost: 200 až 600 kg/m ).
Silikátová pryskyřice
Silikátová pryskyřice je nezpěněná umělá pryskyřice, která vychází z chemické reakce dvou hlavních
kapalných komponent - vodního skla a isokyanátu.
Vlastnosti pryskyřice lze měnit nejen druhem hlavních komponent a jejich poměru míšení, ale také přidáním
přísad a aditiv. Silikátové pryskyřice obecně vykazují vysokou přilnavost k hydraulickým pojivům, která
nejsou při injektáži ovlivněna přítomností vody. Oproti PUR se emulze z obou komponent neváže s vodou.
Reakce probíhá silně exotermicky a během několika málo minut.
2.5 Zkoušení materiálů
V Německu se v současné době ke zjišťování vlastností materiálu pro výstavbu silnic, zvláště pevnosti v
tlaku a modulu pružnosti, používají zkoušky různého druhu. Zástupné zkoušky pro stanovení pevnosti v
tlaku jsou pro příslušný injektážní materiál uvedeny v tabulce 1.
Protože jsou, zejména v případě plastů, tyto vlastnosti ovlivněny zkušebně technickými podmínkami (jako
např. rychlostí zatěžování, geometrií zkušebních těles, teplotou, vlhkostí atd.), je třeba v budoucnu usilovat
o používání standardizovaných zkušebních postupů.
3
Tabulka 1: Aplikované normy pro stanovení pevnosti v tlaku u hydraulicky pojené injektážní malty [13], PUR a silikátové
pryskyřice [13 až 16]
Hydraulická malta
PUR/ silikátová pryskyřice
- podle DIN EN 196-1
- volně definované zkoušky
- podle DlN EN 826
- podle DIN EN 150 604
- ASTM 1621 - 043
2.6 Kontrola úspěšnosti opravy
K přejímce se zpravidla používá hodnocení vertikálního posunu sousedních desek (schůdků) a měření
podélné nerovnosti (latí o délce 4 m). Schůdky u příčných, popř. podélných spár CB krytu mohou být
měřeny klínem nebo speciálním zařízením.
Pro stabilizaci desek nejsou v současné době v technických předpisech ještě žádná přímá kritéria k
přejímce. Kolem roku 1980 Darter/Mutti informovali o měřeních průhybů ke stanovení úspěšnosti oprav
injektážemi u vozovek s nevyztuženým nebo spojitě vyztuženým krytem [19, 20]. Měření průhybů bylo
realizováno v rohové oblasti příčné spáry před a po injektáži s cementovou suspenzí. Úspěšnost opravy
injektáží posuzují z průběhu regresních přímek, které vyplývají ze závislosti průhybů na velikosti zatížení.
Také v Německu byla v souvislosti s injektážemi provedena měření únosnosti zařízením FWD, aby byl
stanoven stav desek před a po opravě. Zde je třeba uvést práce [22 až 24]. Takovým měřením může být
stanovena účinnost opravy jak kvalitativně, tak i kvantitativně. Na tomto místě je však třeba poznamenat, že
podle autorů jsou pro hodnocení, popř. posuzování používány různé charakteristické hodnoty. Jednotný
postup se v současné době vyvíjí [25]. Požadavky na měřicí přístroje a realizaci měření dopravních ploch s
betonovou konstrukcí jsou všeobecně platné od roku 2012 [26]. Zde se také doporučuje rozmístění geofonů
a vzdálenost od příčné spáry, aby bylo event. možné sáhnout k již existujícím formulacím hodnocení (např.
Grossmann, Ross et al.) [27, 28].
3 Postup / zkoušení
Vzhledem k tomu, že tato problematika je velmi rozsáhlá a komplexní, jsou níže uvedeny pouze vybrané
části provedených prací. Ty v první řadě obsahují laboratorní zkoušky injektážního materiálu (PUR) k
posouzení charakteristických hodnot materiálu. Dále jde o analýzu dat z FWD měření, aby mohl být
posouzen stav před a po injektáži a získány údaje o úspěšnosti zásahu. V poslední části je zkráceně
představen postup pro doplňkový způsob kontroly podinjektovaných desek CB krytu.
3.1 Úvod
Hydraulické injektážní malty na bázi suspenze se používají již několik desetiletí, takže lze vycházet z
dostatečné znalosti materiálu. Vzhledem k existující vzájemné příbuznosti jednotlivých polyuretanů a
silikátových pryskyřic nebude u šetření přistoupeno k oddělenému posuzování těchto materiálů. Bude
přednostně pojednáno o polyuretanu (PUR), protože je tomuto materiálu v praxi připisován větší význam. To
je způsobeno především tím, že polyuretan je z ekonomického hlediska výhodnější než nenapěněné
materiály (např. silikátová pryskyřice).
3.2 Zkoušky injektážního materiálu
Statické zkoušky
Na základě anizotropie buněčné struktury více či méně vytvářené u polyuretanů (speciální buněčný tvar
dvanáctistěnu, sražený nebo prodloužený), je třeba počítat s chováním materiálu zaměřeným na zkušební
směr. Kromě toho u těchto materiálů, na základě jejich elastických deformačních vlastností, nelze očekávat
systematické, klasické porušení (zlomení při zatížení v tlaku).
Chování u axiálního namáhání v tlaku se zjišťuje na kostkách s délkou hrany 40 mm nebo polovinách
hranolu (š x v x d: 40 x 40 x přibližně 80 mm). Při pokusech platilo, že je třeba stanovit napětí na mezi
4
pevnosti σB nebo napětí v tlaku σD.10 při 10% stlačení a modul pružnosti v tlaku ED. Postupovalo se podle
DlN EN 826 [14], popř. DlN EN ISO 604 [15]. Ke zohlednění anizotropní orientace buněk podmíněné
materiálem nebo výrobou, byly provedeny zkoušky ve směru a kolmo ke směru napěnění. Pevnost při
kombinovaném namáhání v tahu za ohybu byla zjišťována v rámci statické tříbodové zkoušky na
zkušebních tělesech (40 x 40 x 160 mm) podle DIN EN 196-1 [13], popř. DIN EN ISO 178 [30]. Rychlost
zatěžovací zkoušky byla stanovena na 50 ±10 N/s, aby bylo dosaženo možného srovnání s hodnotami
zkoušky cementové malty.
Základ při zkoušce tvořily dvě různě tvrdé pěny PUR (výrobce A a B). Aby mohla být přibližně popsána
souvislost mezi stupněm napěnění a pevností, byly zkoušky provedeny na zkušebních tělesech s různě
velkou hustotou.
Cyklické zkoušky
U injektážních materiálů z PUR hraje hlavní roli hodnocení pevnosti při dlouhodobém namáhání, popř.
pevnosti při dlouhodobém zatížení následkem cyklického zatížení v tlaku.
Byly prováděny speciální zkoušky s postupným zvyšováním zatížení, které se používají ke zjišťování meze
únavy u plastů [31]. Zkouška zpravidla trvá jen několik hodin.
Základní princip těchto zkoušek spočívá v tom, že je pro každý stupeň zaveden konstantní počet cyklů
zatížení (např. 10 000) bez toho, že by došlo ke zničení zkušebního tělesa. Vesměs je při této zkoušce
použit velký počet stupňů zatížení (např. 15), a to tak, aby maximální stupeň zatížení ležel výrazně pod
odhadovanou pevností při dlouhodobém zatížení (asi 0,3 x σD,10). Proto také nelze očekávat zničení
zkušebního tělesa. Před najetím dalšího vyššího stupně zatížení je vloženo zatížení ve zdánlivě
nepoškozené oblasti zatížení (základní zatížení), které zahrnuje jen několik málo cyklů (např. 20). Úroveň
zatížení přitom činí ≤ 0,05 x σD,10. K dosažení krátkých zkušebních dob napomáhá zkušební frekvence 10
Hz.
Protože polyuretan má časově závislé deformační vlastnosti, dostavuje se deformace vyplývající ze zatížení
se zpožděním, tedy po určité době po namáhání. Proto pro cyklus zatížení v diagramu zatížení/protažení
vyplývá hysterezní smyčka. Předmětem šetření bylo tedy také měření hystereze, které v podstatě slouží k
popisu změn hysterezní smyčky s pokračující únavou. K lepšímu znázornění, popř. charakteristice
únavového chování PUR byly zjišťovány další charakteristické hodnoty (např. tuhost, akumulace a ztráta)
hysterezní smyčky.
3.3 Zkoušky podinjektovaných desek CB krytu
V této práci stojí v popředí následující podněty k hodnocení:
- stav uložení desky,
- účinnost bezprostředně po opravě,
- vertikální posun desky,
- životnost.
Zkoušení bylo prováděno a hodnoceno v rámci početných oprav „zvednutí/stabilizace“ za použití různých
injektážních materiálů (hydraulická malta, silikátová pryskyřice a polyuretan). Příslušná potřebná měření
byla prováděna přímo před a po injektáži, a také 2 roky po zásahu.
Nulové měření bylo zpravidla prováděno přímo před injektáží, tzn. po vyhotovení injektážních otvorů.
Okamžik měření pro kontrolu úspěšnosti byl přizpůsoben vývoji pevnosti příslušného injektážního materiálu.
Kromě toho bylo kontrolováno, zda byly k zajištění úplné účinnosti dostačující časy tuhnutí uváděné
výrobcem. V závislosti na době tuhnutí vyplývají následující časové intervaly mezi koncem injektáže (na
sledované desce) a dosažením požadované účinnosti:
silikátové pryskyřice a polyuretany
≤ 60 minut,
hydraulická malta
≤ 360 minut.
Měření rázovým zařízením FWD
Pro speciální případ použití FWD (doložení úspěšnosti injektáže) neexistují obecně platné zkušební
předpisy s příslušnými požadovanými hodnotami únosnosti. V závislosti na daném provozovateli měřicího
zařízení FWD se nad rámec běžných sledovaných parametrů (maximálního průhybu D1, relativního
průhybu, indexu účinnosti) sledují další parametry. Zde je třeba zejména uvést parametry regresní křivky
5
(vyžadující měření s několika stupni zatížení) a zpětný výpočet modulů pružnosti. Ani tyto hodnoty netvoří
žádný základ obecně platného způsobu hodnocení. Mnohem více se hodnocení opírá o individuální
nashromážděné zkušenosti jednotlivých provozovatelů FWD zařízení.
Měření únosnosti byla prováděna stejným zařízením (PRI 2100 firmy Carl Bro), aby mohly být vyloučen vliv
na výsledky měření plynoucí z použití různých zařízení.
V literatuře se často jako kritérium hodnocení únosnosti, popř. kvality uložení desek spojených kluznými trny
používá souvislost mezi silou zatížení a tomu odpovídajícím průhybem. Proto byl tento vztah použit spolu
s běžně používanými veličinami. Speciálně byl použit postup s regresními parametry podle Roos et al. [32].
K tomu účelu bylo na každém měřicím bodu vedle standardního zatížení 50 kN aplikováno ještě zatížení 75
a 90 kN [Kl-silový impulz] a stanoveny příslušné průhyby ve středu zatížení D1. Při vyhodnocení byly v
diagramu zaznamenány tři páry hodnot (síla/průhyb) a znázorněna rovnice funkce z lineární regrese.
Parametry „a“ (směrnice přímky) a „b“ (průsečík přímky s osou y) rovnice přímky mohou kvalitativně
vypovídat o poměrech uložení. Tabulka 2 ukazuje kategorizaci těchto regresních parametrů pro konstrukci
„betonové desky CB krytu spojené pomocí kluzných trnů na stmelené podkladní vrstvě“ [32].
Vzhledem k chybějícím obecně platným požadavkům na únosnost celé konstrukce vozovky následovalo
hodnocení srovnáním mezi původní a novou hodnotou.
Tabulka 2: Kategorizace stavu pomocí parametrů rovnice regresní přímky do 5 stupňů [32]
Kat.
Regres.
parametr
Systém
Diagram
KI/D1
Vysvětlení
- pozvolně rostoucí regresní přímka, která protíná počátek
- novostavba; nová konstrukce, konstrukce po úspěšné injektáži
- pozvolně rostoucí regresní přímka, která protíná osu y v kladné oblasti
- již nepatrné zatížení vyvolá vysoký průhyb
- počínající zhoršení poměrů uložení
- strmě rostoucí regresní přímka, která protíná počátek
- narušené poměry uložení, zpravidla nelze rozpoznat žádné poškození
- strmě probíhající regresní přímka
- již nepatrné zatížení vyvolá vysoký průhyb
- narušené poměry uložení, snížen přenos zatížení na spáře
- strmě rostoucí regresní přímka, která protíná osu y v záporné oblasti
- při nízkém zatížení vyvolává nepatrný průhyb
- při vyšším zatížení se silně zvýší průhyb
- velmi pravděpodobný výskyt dutiny, snížen přenos zatížení na spáře
Zaznamenání limitujících podmínek
Stav vozovky a její únosnost je ovlivněna řadou faktorů, které se pokud možno evidují v době měření.
Klíčové parametry, které mají být zohledněny, popř. evidovány, jsou uvedeny v tabulce 3.
Tabulka 3: Důležité parametry v souvislosti s měřením únosnosti a kontrolou úspěšnosti při zvedání/stabilizaci CB
desek vozovky
Povrch vozovky
Konstrukce
Injektáž
Ostatní
- trhliny (příčné, podélné
nebo síťové)
- schůdky v místě spár a
trhlin
- únik vody
- zbytky po erozi
- spád v podélném a
příčném směru
- poloha (násyp/zářez)
- směr odvodňování
- skladba vrstev
- zatížení dopravou
- uvolnění desky
- spojení (trny/kotvy)
- injektážní materiál
- injektážní technologie
- rastr a sled injektáže
- doby injektáže, popř.
- obecné klimatické
podmínky před začátkem
opravy
- teplota vzduchu
- ...
6
- zabarvení
- stav spár
- odprýsknutí
- teplota
- ...
množství materiálu
- změna výškové úrovně
- ...
- příčný profil
- teplotní gradient v době
měření
- ...
Namáhání vyplývající z dopravy
Pro korektní vyjádření životnosti zkoumaných injektáží bylo zapotřebí, aby byly k dispozici údaje o
dopravním zatížení. Ty byly vesměs získány z výsledků sčítání dopravy - hodnot DTV [vozidel/24 h], popř.
(SV)
DTV
[SV/24 h]. Byly proveden přepočet na počet přejezdů návrhových náprav 10 t.
Byla zavedena životnost konstrukce vozovky vycházející z dosavadního dopravního zatížení označovaná
„BOND“. Výpočty se prováděly pro životnost 30 let a třídu dopravního zatížení SV s příslušným nejmenším
namáháním odpovídajícím 30 mil. přejezdů návrhových náprav 10 t. Díky tomu zde namáhání 1 mil.
přejezdů náprav odpovídá době životnosti 1 roku (BOND). Tento způsob prezentace má význam zejména
pro retrospektivní sledování.
Měření výšky schůdků
K zaznamenávání vertikálního posunu desek na spárách byl použit přístroj k měření schůdků z výzkumného
ústavu BASt. Přitom byl vertikální posun určen jako výškový rozdíl mezi dvěma protilehlými měřicími body,
které jsou umístěny na okraji referenční, popř. sousední desky.
Jako mezní hodnota, kterou lze pokládat za spodní hranici pro opravu, byla specifikována hodnota ± 2 mm.
4 Prezentace a diskuze výsledků
4.1 Zkoušky injektážního materiálu
Statické jednoosé zkoušky tlakem
V tabulce 4 je uvedeno zjištěné tlakové napětí σD,10 při stlačení 10 % i příslušné moduly pružnosti v tlaku ED
pro zkoumané injektážní materiály PUR (A a B). Při realizovaných zkouškách se nevyskytlo porušení
lomem. Mezi výsledky zkoušek provedených ve směru napěnění a kolmo na směr napěnění se
nevyskytovaly zásadní rozdíly. Dle očekávání má vliv chemické složení, tzn. výběr typu plastu PUR.
Úroveň napěnění (sledováno parametrem ASF od 0: žádné až po 18: maximální) se ukázala jako
rozhodující pro sledovaný parametr σD,10. Souvislost mezi σD,10 (x) a ASF (y), nezávisle na geometrii
-1,68
2
zkušebního tělesa, rychlostí zatížení, typu PUR a směru zatížení je popsána funkcí y = 32,62x
(R =
0,92; n = 139).
Tabulka 4: Aritmetický průměr pro parametry napětí v tlaku při stlačení 10 % a dynamický modul (injektážní materiály
PUR A a B - faktor napěnění = 1, 2 a 3)
Charakteristická hodnota
PUR - ASF
Kolmo ke směru napěňování
σD10 [MPa]
ED [ MPa ]
Ve směru napěňování
σD10 [ MPa ]
ED [ MPa ]
PUR A ASF≈1
18,2
420
18,6
472
PUR A ASF≈1
20,0
542
-
-
PUR B ASF≈2
20,4
455
21,7
505
PUR B ASF≈3
9,6
242
10,2
272
Tahové zkoušky za ohybu
U všech materiálů PUR byla ve srovnání s hydraulickými injektážními maltami zjištěna vysoká pevnost při
namáhání v tahu a ohybu. Pro PUR A například činí průměrná pevnost při kombinovaném namáhání v tahu
3
za ohybu 17,8 MPa (objemová hmotnost 1059 kg/m ). Průhyb při porušení byl provázen protažením
okrajových vláken minimálně 5,0 a maximálně 13,8 %. Z toho lze usuzovat, že posuzování týkající se
7
namáhání v tahu za ohybu, popř. namáhání v tahu pro určený případ použití, by nemělo mít zásadní
význam.
Cyklické zkoušky v tlaku se zvyšujícím se zatížením
Byla odvozena pevnost PUR při cyklické zkoušce se zvyšujícím se zatížením cca 5 MPa (v místě, kde
křivka závislosti mezi úrovní zatížení a deformací ztrácí svůj lineární charakter). To odpovídá asi 28 %
krátkodobé pevnosti stanovené na válci (σD10 = 18,1 MPa). Tento výsledek se v podstatě odpovídá
přípustným trvalým napětím v tlaku tvrdé pěny PUR, která je v literatuře uváděna jako 20 % statické
pevnosti v tlaku, popř. 10 % napětí v tlaku při stlačení [31].
4.2 Zkoušky podinjektovaných betonových desek vozovky
K prezentaci výsledků byly použity čtyři desky pro každý typ injektážního materiálu (S1 - hydraulická malta,
S2 - polyuretan, S3 - silikátová pryskyřice).
Únosnost byla měřena zařízením FWD v následujících časech: před injektáží (v. U.), přímo po injektáži (n.
U.) a 2 roky po injektáži (2 J. n. U.). Pro následující prezentace je navíc jako pomůcka použita tzv. doba
životnosti „BOND“, která vyplývá z dopravního zatížení.
Namáhání vyplývající z dopravy
V tabulce 5 je uvedeno dopravní zatížení od začátku užívání příslušného úseku pozemní komunikace do
okamžiku provedení opravy a také dopravní zatížení zaznamenané v průběhu 2 let od provedení zásahu.
V obou případech je to vyjádřeno počtem přejezdů návrhových náprav 10 t.
Tabulka 5: Obecné údaje ke zkoumaným opravám
Injektážní materiál
Informace
Injektážní materiál
Konstrukce
S1
S2
S3
hydraulická malta
polyuretan
silikátová pryskyřice
betonový kryt na
hydraulicky stmelené vrstvě
betonový kryt na
hydraulicky stmelené vrstvě
betonový kryt na stabilizaci
Počet přejezdů
návrhových náprav 10 t do zásahu
20,2x10
Počet přejezdů
návrhových náprav 10 t v průběhu 2 let od zásahu
3,9x10
6
17,9x10
6
3,3x10
6
6
10,0x10
0,8x10
6
6
Měření rázovým zařízením FWD
Na obrázku 3 je na příkladu průhybů D1, které byly naměřeny u příčných spár před a po opravě, je zřejmé,
že u všech oprav bylo po injektáži zaznamenáno výrazné snížení průhybu (až o 65 %). Na obrázku 3, vlevo
je na ose x uvedeno stáří vozovky při jednotlivých měřeních a na obrázku 3, vpravo je uvedena životnost
vycházející z dosavadního dopravního zatížení (BOND). Rozpětí stáří vozovek bylo v době opravy dosti
široké (12 až 33 let).
Modifikované znázornění (BOND) vede k menším hodnotám (10 až 22 let). Pro tento projekt je významná ta
životnost, která odpovídá měření provedenému 2 roky po opravě, protože z toho lze odvodit odolnost
jednotlivých oprav. U 3 zkoumaných oprav se doba životnosti BOND pohybovala mezi 0,8 a 3,9 lety.
8
Stáří vozovky [roky]
BOND (životnost) [roky]
Obr. 3 Srovnání max. průhybů D1 stanovených na příčných spárách s ohledem na stáří vozovky (vlevo) a životnost
vycházející z dosavadního dopravního zatížení (vpravo) pro doby měření (v. U., n. U. a 2 J. n. U.)
V úseku (S1) je poukázáno na zvláštnost, protože zde průhyby 2 roky po injektáži (BOND = 3,9) nevykazují
významný nárůst v porovnání s těmi, které byly zjištěny přímo po injektáži. U jednoho bodu měření byl
dokonce stanoven výrazný pokles průhybu v porovnání s hodnotou, která byla zjištěna přímo po injektáži.
Nicméně sledované desky při přejíždění náprav v sousedních jízdních pruzích vykazovaly citelné pohyby.
Zde je nutno vycházet z toho, že na základě dočasných podmínek během měření zde existovala „zdánlivá
únosnost“. Tato domněnka se opírá o podobná pozorování u jiných měření a může být odůvodněna
dutinami zaplněnými vodou, které tvoří teoreticky nestlačitelnou vrstvu [34].
Co se týká kategorizace desek prostřednictvím parametrů rovnice regresní přímky, je třeba poznamenat, že
CB desky zkoumané před injektáží mohly být na základě měření na příčné spáře bez výjimky zařazeny do
kategorie IV. Na základě měření na středu desky byly zařazeny do kategorie Ill a částečně do kategorie I.
Ve většině případů byl injektáží snížen parametr a i b, takže regresní přímky procházely jen s malou
odchylkou od počátku souřadnic. V důsledku toho mohly být podmínky uložení desek klasifikovány jako
nenarušené (kategorie I).
Měření výšky schůdků
U příčných spár před injektáží se zpravidla vyskytoval vertikální posun desek < 10 mm. Po injektáži, ani o
dva roky později, nebyl žádný posun naměřen.
Seznam literatury
1
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (Společnost pro výzkum silničního stavitelství
a dopravy - FGSV): Technologický pokyn pro stavební údržbu cementobetonových dopravních ploch,
M BEB. Köln, 2009.
2
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (Společnost pro výzkum silničního stavitelství
a dopravy - FGSV): Dodatečné technické smluvní podmínky a směrnice pro stavební údržbu
dopravních ploch z betonu, ZlV BEB-SIB 02. Köln, 2002.
3
Becker, C. (2008): Předběžné výzkumy ke zpracování zkušebního předpisu ke stanovení přilnavosti
geotextilií pod betonem. Bakalářská práce. Vysoká škola Magdeburg-Stendal (FH).
4
Studiengesellschaft für Automobilstraßenbau (Studijní společnost pro výstavbu silnic), (1933):
Technický list pro betonové vozovky. Berlin-Charlottenburg, zvláštní vydání pro silnice.
5
Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen (Výzkumná společnost pro silniční stavitelství) e.V.
(1952): Technický list k údržbě betonových krytů vozovek. Berlin, Forschungsgesellschaft für das
Straßenwesen (Výzkumná společnost pro silniční stavitelství) e.V.
6
Willigerod (1952): Zvedání desek stlačeným vzduchem v Hamburgu - sledování betonových krytů
vozovek, řada dokumentů Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen (Výzkumná společnost pro
silniční stavitelství) e.V., AG Betonstraßen.
7
Bandimere, S. W. (1986): Report and Review of a Major Slabjacking Case History. Transportation
Research Record, 1104.
9
8
Straube, E.: Weingart, W. (2002): Zvedání a zpevňování betonových desek injektáží umělé pryskyřice.
Straße und Autobahn, vydání 10.
9
Wieland, M.; Weingart, W. (2008): Trvalá injektáž betonových desek vozovek vstřikováním umělé
pryskyřice, Straßen- und Tiefbau, vydání 9.
10
Federal Highway Administration (2002): INJECTED POLYURETHANE SLAB JACKING. Final Report,
Bde. SPR 306-261. Washington D.C.
11
Alte-Teigeler, T. (2010): SIab Jacking - Developmeni of new Materials. Bietigheim.
12
IVPU Industrieverband Polyurethan-Hartschaum (Průmyslový svaz pro polyuretanové tvrdé pěny) e. V.
(2008): Tepelné izolační materiály z polyuretanové tvrdé pěny, výroba - použití - vlastnosti. ISBN 393250028-8, Stuttgart.
13
Deutsches lnstitut für Normung (Německý institut pro normování) e.V. (2005): DIN EN 196-1 Metody
zkoušení cementu - Část 1: Stanovení pevnosti; německé znění EN 196-1 :2005, Berlín.
14
Deutsches lnstitut für Normung (Německý institut pro normování) e.V. (1996): Tepelné izolační
materiály pro stavebnictví - Stanovení chování při namáhání tlakem (DIN EN 626 - německé znění).
Berlín.
15
Deutsches Institut für Normung (Německý institut pro normování) e.V. (2003): Stanovení tlakových
vlastností (DIN EN ISO 604), Berlín.
16
ASTM lnternational (2010): ASTM 1621 - 04a [Standard Test Method tor Compressive Properties Of
Rigid Cellular Plastics).
17
Keuerleber, M. (2006): Stanovení modulu pružnosti plastů u vysoké míry roztažnosti na příkladu PP.
Dizertační institut pro zkoušení plastů a nauka o plastech, Univerzity Stuttgart.
18
Wendehorst, R. (2004): Nauka o plastech. VINCENTZ Verlag, Hannover.
19
Mutti, R. A.; Sudol, J. J.; Love, B. W. (1987): Void Detection und Rigid Pavement Undersealing in
lndiana: A Comprehensive Approach. Transportation Research Board, Washington, D.C.
20
Crovetti, J. A.; Darter, M. I. (1985): VOID DETECTON FOR JOINTED CONCRETE PAVEMENTS.
Transportatien Research Record (TRR Journal). No. 1041, Washington. D.C.
21
European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research (2005): COST 336 - Use of
Falling Weight Deflectometers in Pavement Evaluation, Final Report of the Action, Main Report, 2nd
Edition.
22
Freund, H.-J.; Grollmann, A.; Roos, R. (2001): Nedestruktivní zkouška účinnosti injektážních postupů BAB A 8, lnstitut für Straßen- und Eisenbahnwesen (Institut pro silniční stavitelství a železniční
dopravu) Univerzity Karlsruhe (TH), z pověření zemského úřadu pro výstavbu a obnovu silnic BadenWürttemberg.
23
Weingart, W. (2005): Měření únosnosti pomocí FWD v rámci injektáží desek na dálnici BAB A 14.
Gropius-lnstitut Dessau e.V. - Fachgebiet Straßenbautechnik und Erdbau (Obor výstavby silnic zemní
práce), z pověření VIATECTA GmbH.
24
Weingart, W. (2006): Měření únosnosti pomocí FWD v rámci injektáží desek na BAB A2. GropiusInstitut Dessau e.v. - Fachgebiet Straßenbautechnik und Erdbau (Obor výstavby silnic zemní práce), z
pověření zemského stavebního úřadu Sachsen-Anhalt.
25
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (Společnost pro výzkum silničního stavitelství
a dopravy - FGSV) (2013): Pracovní dokumenty, únosnost, část C 2.2 „FWD“: Vyhodnocení měření
poklesu - Betonové vozovky. (zpracovává se).
26
Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (Společnost pro výzkum silničního stavitelství
a dopravy - FGSV) (2012): Pracovní dokumenty, únosnost, část B 2.2 „ FWD“: Popis Měření Betonové vozovky. Köln, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, pracovní skupina management infrastruktury.
27
Großmann, A. (2003): Hodnocení chování při zatížení betonových vozovek opírající se o měření
pomocí Falling Weight Deflectometer, dizertační práce ISE d. Univerzita Karlsruhe, vydání 52,
Karlsruhe.
28
Roos, R.; Karcher, C.; Kubanek, K.; Freund, H.-J.; Chakar, T. (2009): Zpracování podkladů pro pozadí
hodnocení vhodné k přejímce pro měření nosnosti u zpevnění dopravních ploch v betonových
10
konstrukcích při respektování vlivů podmíněných teplotou a ročním obdobím, FE 04.203/2005/AGB z
pověření Spolkového ministerstva dopravy, stavebnictví a městského rozvoje, Karlsruhe.
29
Uhlig, K. (200G): Polyuretan, kapesní vydání, 3. vydání. Mnichov/Vídeň, Carl Hanser Verlag.
30
Deutsches Institut für Normung (Německý institut pro normování) e.V. (2003): Plasty - Stanovení
ohybových vlastností (DIN EN ISO 178), Berlín.
31
Clauß, G.; Abraham, F. (2005): Mez únavy při kmitavém napětí plastů a elastomerů, FH Heilbronn.
32
Roos, R. et al. (2006): Výzkumy betonových vozovek s hydraulicky pojenými nosnými vrstvami. Bonn,
BMVBS, Bd. Výzkum silničního stavitelství a technika silniční dopravy, Vydání 942.
33
Wolf, A.: Mezní hodnoty FWD pro betonové konstrukce (nezveřejněno), Bergisch Gladbach (BASt).
34
Wieland, M. (2010): BAB A 7 Hannover - Testování nových injektážních materiálů PUR, Bergisch
Gladbach (BASt).
11