Metody používané při hodnocení stavu pozemních komunikací v ČR

 

Jen stěží se v České republice najde řidič motorového vozidla, který by se nikdy nevyjadřoval ke stavu té či oné pozemní komunikace. Nejčastěji si pak asi všímáme množství a velikosti výtluků na vozovce. Pravidelné kontroly stavu vozovek zabezpečuje i vlastník nebo správce dotčené komunikace a o jejím výsledku vede záznam. Tyto prohlídky mají většinou charakter vizuální kontroly. Naopak podrobnější diagnostický průzkum zpravidla předchází plánované opravě či rekonstrukci vozovky a slouží jako podklad pro přípravu projektové dokumentace. Některá měření se také provádějí před uvedením  nové vozovky do provozu. K tradičním zkoumaným parametrům  nové vozovky patří měření jejích protismykových vlastností, měření průhybů a hodnocení únosnosti prostřednictvím rázového zařízení FWD, či odběr jádrových vývrtů a jejich vyhodnocení v laboratoři. Mezi novější metody lze zařadit georadar, s jehož pomocí je možné stanovit tloušťky vrstev vozovky. Laserové skenování umožňuje měřit proměnné parametry, jako je příčná a podélná nerovnost, a díky termokameře lze mimo jiné určit teplotu asfaltové směsi při pokládce vrstev asfaltových vozovek.

Prohlídky pozemních komunikací

Vykonávání prohlídek nařizuje a upravuje v České republice zákon o pozemních komunikacích č. 13/1997 Sb. V něm se mimo jiné píše, že vlastník nebo správce pozemní komunikace zajišťuje její prohlídky. Prohlídka se zaměřuje na posouzení dopadů zejména stavebních, technických a provozních vlastností pozemní komunikace na její bezpečnost. Vyhláška č. 104/1997 Sb. rozlišuje čtyři kategorie prohlídek podle rozsahu a frekvence provádění: běžné, hlavní, mimořádné a bezpečnostní inspekce komunikací zařazených do transevropské silniční sítě

Z výše zmíněných jsou nejčastější běžné prohlídky, které se soustředí především na stav a správnou funkci dopravního značení, bezpečnostního zařízení a na závady ve sjízdnosti. Na dálnicích jsou vykonávány každý pracovní den, na silnicích I. třídy dvakrát týdně, na silnicích II. třídy dvakrát měsíčně a na silnicích III. třídy jednou měsíčně.

Běžné prohlídky se provádějí z jedoucího vozidla. V případě, že inspektor zahlédne nějakou poruchu, odstaví bezpečně vozidlo a jde ji zaznamenat. V době, kdy zaměstnanci Centra dopravního výzkumu, v.v.i. (CDV), vykonávali běžné prohlídky silnic I. třídy v Jihomoravském kraji, byl záznam poruch prováděn chytrým mobilním telefonem. Při pořízení fotografie poruchy došlo zároveň k automatickému zaznamenání polohy díky GPS. Po doplnění komentáře byly záznamy odesílány odpovědným osobám na Ředitelství silnic a dálnic ČR.

Mezi nejčastěji zaznamenané poruchy patřily výtluky, vytržené nebo poničené směrové sloupky, vyvrácené značky a poškozená svodidla. Rychlost opravy se lišila podle typu poruchy a možností střediska či cestmistrovství, ke kterému náležel úsek silnice, na němž se nacházela porucha. Podle našich zkušeností byla většina výtluků obratem opravena. Horší situace panovala v případě poškozených svodidel, ta často čekala na opravu několik týdnů až měsíců.

Cílem hlavní prohlídky je zjištění stavebně-technického stavu komunikace, včetně jejích součástí a příslušenství. Hlavní prohlídka se provádí nejméně jednou za pět let, jinak vždy při uvedení nového nebo rekonstruovaného úseku komunikace do provozu a před skončením záruční doby. Hlavní prohlídka probíhá formou pochůzky a je při ní sledován stav vozovky a tělesa komunikace včetně krajnice. U poruch se zjišťuje jejich rozsah (plocha, délka) a umístění na vozovce. Jevy zjištěné v průběhu hlavní prohlídky jsou doplněny o dostupné údaje proměnných parametrů (drsnost, podélná a příčná nerovnost, zbytková životnost), změřené a vyhodnocené na základě příslušných norem. Mimořádnou prohlídku zajišťuje vlastník nebo správce mimo termíny běžných a hlavních prohlídek, a to zejména při náhlém poškození vozovky (např. dopravní nehodou, živelní pohromou), při výrazné změně dopravního zatížení (např. v důsledku nařízení objížďky) nebo při nutnosti získat vstupní data pro systémy hospodaření s vozovkou. Jak u hlavních, tak u mimořádných prohlídek silnic bývají často použity některé z dále uvedených diagnostických metod.

Protismykové vlastnosti vozovky

U většiny dopravních nehod je za viníka označován řidič dopravního vozidla. Jako příčina nehody se v takových případech často uvádí nepřiměřená rychlost. V lepších případech končí nehody jen po- mačkanými plechy, v těch nejhorších naopak až těžkým zraněním nebo smrtí. Otázkou je, zda není tato daň příliš vysoká, zejména pak  v případech, kdy poškozený ani nebyl řidičem vozidla. Nekvalitní vozovka se špatnými protismykovými vlastnostmi zvyšuje riziko smyku  a prodlužuje brzdnou dráhu až o desítky metrů.

Protismykové vlastnosti zásadním způsobem ovlivňují bezpečnost silničního provozu. Prokázaly to různé výzkumné projekty, které porovnávaly počty dopravních nehod se stavem protismykových vlastností povrchu vozovky. Z porovnání vyplynulo, že na úsecích silnic I. třídy s hodnocením protismykových vlastností povrchu vozovky klasifikačním stupněm 5 – havarijní stav je šestnáctkrát více nehod než na úsecích s hodnocením klasifikačním stupněm 1 – velmi dobré protismykové vlastnosti. V současnosti se často používá termín „odpouštějící silnice“, což znamená, že  pokud  řidič  udělá  chybu,  tak by silnice měla být v takovém stavu, aby  řidič  měl  možnost  svou chybu napravit, případně aby následky dopravní nehody byly minimalizovány.

Zhoršený stav vozovky hodnotí běžný řidič většinou podle nerovností či množství výtluků. Špatné protismykové vlastnosti naopak často pozná, až když je pozdě. V praxi se k měření užívá vozidlo TRT. Pro zjištění kontinuálního průběhu součinitele podélného tření se používá jednokolový závěs s měřicím kolem rovnoběžným se směrem pojezdu umístěným v levé jízdní stopě. Hydraulicky ovládané brzdění měřicího kola umožňuje při měření na pozemních komunikacích nastavení poměru skluzu na 25 %, což odpovídá systémům ABS v automobilech. Snímače měří rychlost vozidla a rychlost měřicího kola. Stálý kontakt měřicí pneumatiky se zkoušeným povrchem lze nastavit v rozmezí 700–1300 N. Řídicí a regulační technika ve vozidle umožňuje automatický provoz měřicího zařízení ve zvoleném  režimu,  výpočetní  technika  se  stará  o  záznam  a vyhodnocování měřených veličin v reálném čase. Měření se provádí na vodním filmu tloušťky 0,5 mm, proto je vozidlo vybaveno dávkovacím zařízením a nádrží s vodou.

Diagnostika a hodnocení únosnosti vozovky

Diagnostika a hodnocení vozovek z hlediska jejich únosnosti se obvykle provádí měřením průhybů povrchu vozovky rázovým zařízením FWD (Falling Weight Deflectometer), které zatěžuje vozovku stacionárním impulzním zatížením. Rázové zařízení FWD umožňuje nastavit parametry zatížení tak, aby se blížily reálnému zatížení kol pohybujících se vozidel.

Rázové zařízení FWD je tradiční zařízení používané pro měření průhybů, které zatěžuje povrch vozovky tlumeným rázem, jenž odpovídá zatížení kolem nápravy nákladního vozidla. Rázy jsou generovány pádem břemene na gumové tlumiče a přenášejí se přes kruhovou zatěžovací desku na povrch zkoušeného místa vozovky. Součástí zařízení jsou zároveň snímače, které měří odezvu vozovky na toto dynamické zatížení. Omezením pro měření zařízením FWD jsou především teplotní podmínky. Teplota povrchu vozovky při měření musí být v rozsahu 5–30 °C.

Výstupem z měření na diagnostikovaných bodech (obvykle s odstupem 25 m mezi jednotlivými body) jsou hodnoty průhybu v různých vzdálenostech od osy zatížení tvořící průhybovou křivku. Cílem měření je vyhodnotit únosnost konstrukčních vrstev vozovky a jejího podloží na základě změřených dat. Na hodnocení únosnosti vozovek se používají komplexní výpočtové programy. Zjišťuje se zbytková životnost vozovky a tloušťka potřebného zesílení, přičemž se počítá s rázovými moduly pružnosti vrstev určenými zpětným výpočtem z průhybové křivky změřené na povrchu vozovky.

Zesílení, případně rekonstrukce vozovky se navrhuje v případě, že je vozovka hodnocena jako neúnosná. Tloušťka  zesílení  se  odvíjí  od předpokládaného dopravního zatížení, kvality materiálu zesilující vrstvy, únavových procesů ve vozovce apod.

Pro hodnocení únosnosti z měření průhybů vstupují do výpočtu rázových modulů pružnosti tloušťky vrstev vozovky. Ty se obvykle zjišťují odběrem jádrových vývrtů po pravidelných vzdálenostech (např. po 250 m). Tento přístup však nemůže zaručit optimální výsledky, neboť vnitřní skladba konstrukce vozovky je známa pouze v místě odebrání jádrového vývrtu.

Současná praxe ukazuje na nezbytnost doplnění informací z jádrových vývrtů o kontinuální měření georadarem pro průběžné stanovení tlouštěk vrstev vozovky a nalezení jejich případných anomálií, což pozitivně ovlivní výpočet rázových modulů pružnosti, optimalizaci návrhu a snížení finančních nákladů na opravu konstrukce vozovky.

Jádrové vývrty

Odběr vzorků vrstev vozovky umožňuje vysvětlit příčiny poruch vozovky a získat doplňující informace pro návrh opravy. Slouží ke zjištění stavu konstrukce vozovky, jejího krytu, podkladních vrstev a podloží. V současnosti představuje odběr jádrových vývrtů v kombinaci se zařízením FWD nejčastější typ diagnostického průzkumu vozovky. Jádrové vývrty  jsou  odebírány  za  účelem  zjištění  typu,  tloušťky  a stavu porušení stmelených vrstev konstrukce vozovky a zároveň pro potřebu získání dostatečného množství materiálu asfaltových vrstev pro jeho laboratorní posouzení. V silniční laboratoři lze zjišťovat například kvalitu spojení jednotlivých vrstev, obsah asfaltového pojiva a zrnitost směsi kameniva, mezerovitost asfaltové směsi, míru zhutnění a mezerovitost vrstvy, odolnost asfaltové směsi proti trvalým deformacím či vlastnosti zpětně získaného asfaltového pojiva.  Na jádrových vývrtech odebraných z cementobetonového krytu lze určit pevnost betonu v tlaku a v tahu za ohybu. CDV je dále schopno nad rámec stanovení fyzikálně-mechanických vlastností vyhodnocovat vzorky polarizačním mikroskopem (petrografie kameniva), skenovacím elektronovým mikroskopem, energiově disperzním analyzátorem a petrografickým či chemickým rozborem.

Jádrové vývrty jsou nejběžněji odebírány silniční vrtačkou umístěnou na podvozku přívěsu. Součástí je nádrž s vodou o objemu 200 l na chlazení jádrové korunky při vrtání. Pro pohon vrtačky se používá benzínový motor o výkonu 5 kW, který je také součástí soupravy.

Georadar

Tato metoda je založena na opakovaném vysílání vysokofrekvenčního elektromagnetického (EM) signálu v rozsahu od několika set MHz    do několika GHz do zkoumaného prostředí. Tento signál se částečně odráží od rozhraní vrstev či případných nehomogenit a je zpětně zaznamenán měřicím zařízením. Mezi nejčastější aplikace v oblasti dopravní infrastruktury patří stanovení tlouštěk konstrukčních vrstev vozovek, detekce dutin pod krytem vozovky, detekce nadměrného obsahu vody v konstrukčních vrstvách vozovek apod.

Tloušťky konstrukčních vrstev vozovky se dopočítají ze změřeného času průchodu signálu konstrukčními vrstvami vozovky a ze známé rychlosti šíření EM signálu. Obvykle se pro účely upřesnění rychlosti šíření EM signálu provádí minimálně jeden jádrový vývrt. Nejistota při stanovení tlouštěk konstrukčních vrstev vozovek se pohybuje  v rozsahu 3–15 %, v závislosti na porušení vrstev, druhu materiálu jednotlivých vrstev a požadovanému hloubkovému dosahu použité antény. Podle našich zkušeností jsou pro účely kontinuálního měření tlouštěk krytových vrstev vozovek vhodné trychtýřové, tzv. horn antény s centrální vysílací frekvencí 1 až 2 GHz. Díky tomu, že jsou tyto antény uchyceny cca 0,5 m nad zemí, je možné s nimi měřit za běžného provozu bez jeho omezení. Pro účely měření tlouštěk podkladních vrstev vozovek je vhodné použít antény s centrální vysílací frekvencí 400 až 900 MHz, které mají větší hloubkový dosah. Měření s těmito anténami je však potřeba provádět těsně nad vozovkou, případně je nutné je táhnout přímo po povrchu. Vzhledem k nižší rychlosti měření, obvykle rychlostí chůze, se tyto antény hodí spíše pro lokální měření.

Laserové skenování

Moderní měřicí vozidla jsou vybavena technikou pro zaznamenávání proměnných parametrů vozovek a snímání jejich povrchu. Měřicí systémy snímají podélný profil a makrotexturu ve třech stopách. Laserové  měřicí  systémy  vozidla  dokáží  skenovat  povrch  ve  3D  s rozlišením lepším než jeden milimetr, přičemž zvládá jeden příčný sken každých 5 mm i při rychlosti 90 km/h. Vozidla také mohou disponovat systémem automatického rozpoznávání a klasifikace poruch vozovky (především trhlin). Výhodou je, že všechna měření mohou probíhat současně, jsou synchronizována a georeferencována. Systém funguje při běžných rychlostech silničního  provozu, na měřené komunikaci není proto potřeba nijak omezovat dopravu. Laserová měření nejsou závislá na světelných podmínkách, avšak nelze měřit na mokré vozovce. Automatizované zpracování dat poskytuje objektivní informace o stavu silniční sítě. Měřicí vozidlo vybavené laserovým systémem dokáže v krátkém čase poskytnout zásadní informace pro vlastníky a  správce komunikací  v oblasti kontroly a plánování běžné údržby a systémy hospodaření  s vozovkou.

V praxi se měření provádí zejména u nových vozovek před jejich přejímkou, opakovaně se kontrolují parametry vozovek v průběhu záručních lhůt. Díky rychlosti měření lze kontrolovat stav vozovek během jejich životnosti rovněž u rozsáhlých sítí komunikací.

Termografie

CDV se zabývá i výzkumem v oblasti použití termografie při diagnostice vozovek pozemních komunikací. Při měření používá jak ruční termokameru, tak termokameru připevněnou na měřicí vozidlo. Výsledkem měření jsou termogramy znázorňující povrchové rozložení teplot na vozovce. Ukazuje se, že na některých termogramech jsou například trhliny ve vozovce lépe rozeznatelné než na běžných fotografiích. Termokameru lze využít i při pokládce asfaltových vrstev vozovky, kdy je důležité, aby asfaltová směs měla správnou teplotu. Příliš studená směs zhoršuje zpracovatelnost, snižuje se schopnost asfaltovou vrstvu dostatečně zhutnit. Výsledkem je zvýšená mezerovitost, která potenciálně může vést k budoucí tvorbě poruch. Případně může docházet k problémům spojených s přítomností vlhkostí v konstrukci. Hlavní příčiny nadměrného vychladnutí směsi jsou příliš dlouhý časový interval mezi nakládkou a vykládkou, nesprávné naložení nákladu a absence plachty či jiných prostředků určených k omezení nadměrného ochlazování směsi během přepravy. Termokameru lze využít jako nástroj pro ověření správné teploty asfaltové směsi při  její pokládce, a tedy i pro kontrolu kvality práce. Termografie může do jisté míry přispět k prodloužení životnosti asfaltových vozovek a zároveň pomoci snížit náklady na budoucí opravy.

Závěr

V článku byly popsány jednotlivé diagnostické metody běžně používané v České republice, ale i ty, které na své hojnější nasazení teprve čekají. Při návrhu diagnostického průzkumu je vždy potřeba zvážit, v jak  velkém  rozsahu  a  které  diagnostické  metody  použít. K tomuto účelu je potřeba správcům dopravní infrastruktury podat pomocnou ruku ve formě doporučení, zpracování vzorových příkladů uplatnění jednotlivých metod či uspořádání srovnávacích měření. Na všech těchto úkolech se podílejí i zaměstnanci Centra dopravního výzkumu, v.v.i.

Poděkování

Tento článek byl vytvořen za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci programu Národní program udržitelnosti I, projektu Dopravní VaV centrum (LO1610) na výzkumné infrastruktuře pořízené z operačního programu Výzkum a  vývoj pro inovace (CZ.1.05/2.1.00/03.0064).

Zdroje:
[1] NEKULA, L. Skutečně děláme vše pro to, aby silnice byly „odpouštějící"? In: Konference asfaltové vozovky 2015: 24.–25. 11. 2015, České Budějovice. Praha: PRAGOPROJEKT, 2015. ISBN: 978-80-903925-7- 1.
[2] CleveRa Car – multifunkční diagnostické vozidlo. VARS [on-line]. VARS BRNO [cit. 2019-08-16]. Dostupné z: http://www.vars.cz/clevera-car-zakladni-informace-o-multifunkcnim-vozidle.
[3] JANKŮ, M. a J. STRYK. Využití infračervené termografie při pokládce asfaltových vrstev vozovky. In: Konference Asfaltovévozovky 2017: 28.–29. listopadu 2017, České Budějovice. Praha: PRAGOPROJEKT, 2017. ISBN 978-80-906809-0-6.
[4] STRYK, J., M. JANKŮ, J. GROŠEK a I. BŘEZINA. Diagnostika objektů dopravní infrastruktury nedestruktivními metodami. Silniční obzor. Praha: Česká silniční společnost, 2017, 78(12), 323-327. ISSN 0322-7154.