Výztužné prvky pro krytové vrstvy letištních ploch
Použití geosyntetik dosáhlo od dob svého uvedení před více než 50 lety širokého využití. Produkty různých typů byly a jsou využívány buď jako zesílení asfaltových konstrukčních vrstev nebo jako relativně nepropustná mezivrstva ovlivňující dlouhodobé vlastnosti konstrukce.
Tvorba reflexních trhlin v asfaltovém betonu obecně nastává v důsledku vlivu prostředí, zejména teploty a opakované zátěže. Tyto trhliny mohou být rozděleny do čtyř základních typů: reflexní trhliny, příčné trhliny, podélné trhliny a mozaikové trhliny.
Historie
D. E. Beck popisuje první snahy dopravních stavitelů z Jižní Karolíny v USA vylepšit vlastnosti povrchů vkládáním tkaných textilií mezi vrstvy tekutého asfaltu již ve 30. letech. V 50. letech byly vyvinuty kovové mříže do asfaltu, které dosahovaly slibných výsledků proti prostupu trhlin a vyjetí kolejí. U těchto produktů se ale problémem stala samotná instalace díky velmi tuhé struktuře a rovněž S. F. Brown a M. Brunton prokázal komplikovaný proces frézování a následné recyklace. Velkým krokem kupředu byla až 60. léta s nástupem geotextílií. Tyto materiály nedegradovaly vystavením vodě nebo chemickým vlivům v asfaltové kostře. Přestože byla prokázána přidaná hodnota netkaných geotextilií ve smyslu uvolnění (relaxace) napětí a nepropustnosti vody, většina výzkumných prací v závěru zhodnotila, že nejsou schopny zachytit vývoj trhlin. První využití geomříží schopných obsáhnout i tento aspekt se datuje do počátku 80. let. Tuhá, tažená polypropylenová biaxiální geomříž s otevřenou strukturou vyvinutá ve Spojeném království byla intenzivně testována na mnoha in-situ aplikacích a také Univerzitě v Nottingham. Výsledky výzkumných prací prokázaly, že geomříže jsou schopny redukovat deformace až do 70 % a výrazně zpomalit vývoj reflexních trhlin. Jedním z dalších inovací na tomto poli bylo velmi populární zavedení využití skleněného vlákna jako hlavní komponenty výztužné mříže. Skleněná vlákna poskytují mříži vysokou tuhost s malou deformací spolu s excelentní odolností proti dodatečnému protažení. Zejména druhá vlastnost v pořadí je kritická pro přenesení zatížení způsobeného silami vznikajícími teplotními změnami v krytu vozovky. Sklo přineslo také díky svým vlastnostem další přidanou hodnotu, snadnou frézovatelnost a recyklovatelnost.
Výztužná funkce geomříže
Mezivrstva s geomříží by měla redukovat podélné (horizontální) napětí v krytu způsobené zatížením dopravou a teplotními změnami. Výztužná funkce geomříže je podmíněna dvěma hlavními aspekty. První je dán vlastností žeber výztuže, které zachycují prostup trhliny, další je dána deformací mříže absorbující (disipující) energii na “špičce“ (konci) trhliny, a tím zastaví trhlinu v prostupu. Pro konstrukci s geomříží platí, že kdykoliv se začne trhlina v krytových vrstvách vyvíjet, žebra geomříže přenášejí tahové síly odpovídající pohybu nebo rozevření povrchu trhliny. Díky tomu může geomříž zadržovat zvětšování a růst trhliny. Jakmile je tento proces zastaven, vertikální smykový posun na povrchu trhliny bude dále omezen díky zaklínění samotného kameniva v kostře asfaltových směsí a ve výsledku povede k prodloužení životnosti konstrukce. Při zobecnění vlastností geomříže ji lze po zabudování také teoreticky považovat za viskózní vrstvu. Tedy jestliže trhlina pronikne vrstvou až k výztužné mezivrstvě, geomříž se protáhne a absorbuje energii na špičce trhliny. Tento absorpční efekt naruší rozložení energie v trhlině, a tudíž zpomalí růst trhliny.
Geomříž ze skelných vláken
GlasGrid® mříž je jedním z produktů společnosti Saint-Gobain vyráběná a dále zdokonalována od roku 1984. Je vyrobena ze skleněných vláken, chráněná speciálně navrženým elastomerickým polymerem pro excelentní ochranu vlákna a zvýšenou adhezi k asfaltovým směsím pro finální spojení vrstev. Díky tomu má požadovaný vysoký modul tuhosti, nízkou průtažnost a v porovnání s jinými technologiemi proti pronikání trhlin je relativně levná. Je aplikovaná mnoha způsoby dle požadavků investora, obecně na rovný povrch pomocí adhezní vrstvy před překrytím asfaltovou směsí a zhutněním. Díky adhezní straně aktivované tlakem (pojezdem válce), bez nutnosti použití spojovacího postřiku, je instalace i velmi uniformní, bez nerovností, pracovně čistá, a především s vynikající odolností proti porušení pojezdem techniky. Laboratorní zatěžování trámců s mříží GlasGrid® prokázalo, že vyztužené vzorky byly 2 - 3krát odolnější na průhyb než nevyztužené a trhliny nepronikaly skrze vrstvy nad geomříží. GlasGrid® byl plně přilnut ke svrchní asfaltové vrstvě a během testů podržel obě vrstvy dohromady. Tyto výztuže do asfaltových povrchů byly použity v mnoha případech např. v UK a projektech v USA, kde, pokud byly korektně instalovány v asfaltových vrstvách, úspěšně redukovaly projevy reflexních trhlin. Jinými slovy nezabránily vzniku reflexních trnin, ale snížily jejich počet a byly rovněž schopny udržet je po delší dobu ve velikosti mikro a vlasových trhlin. GlasGrid® je používán a zdokonalován více než 25 let a během té doby je úspěšně používán v asfaltových vrstvách po celém světě pro boj s reflexními trhlinami.
Během této doby byl použit a zdokumentován při aplikacích na více než 180 klíčových letištích světa. Jedním z aktuálních projektů je např. plošná instalace z července 2016 na pražském letišti Václava Havla. Z historického hlediska a dlouhodobých vlastností je zajímavým projektem realizace v Kanadě popsaná níže.
Centralia Airport, Exeter, Ontario, Kanada
Centralia Airport se nachází v blízkosti London, v Ontariu v oblasti Huron Industrial Park, a je původním letištěm z druhé světové války pro tréning pilotů a nyní využívaným pro lehkou leteckou dopravu. Letiště bylo roku 1966 převedeno pod civilní správu a roku 1992 bylo rozhodnuto povrch letiště rehabilitovat. Stávající povrchové vrstvy letiště byly extrémně oxidované a poškozené prokopírovanými trhlinami. Díky velmi vlhkému klimatu způsobenému přítomností Velkých jezer a častému cyklování teplot, kdy nejvyšší průměrná teplota dosahovala v červenci 27 °C a nejnižší -10 °C v lednu, povrch jevil známky teplotních, mozaikových a podélných i příčných trhlin. Bylo zváženo dvojí řešení, a to buď formou asfaltových vrstev o větší mocnosti, nebo vrstvy o menší mocnosti s použitím GlasGrid® proti pronikání trhlin z podkladu. Díky nákladnosti první varianty a předpokladu, že trhliny vlivem změn teplot prostoupí konstrukcí, bylo přistoupeno k použití varianty druhé s výztužnou mříží.
Stávající poškozený povrch se skládal z 80 mm asfaltobetonu s jednou vrstvou W.W.F (welded wire fabric), 50 mm ložné vrstvy, 180 mm betonové vrstvy a 300 mm podkladních vrstev. Runway 16/34 měla 80 mm asfaltobetonu na 300 mm podkladové vrstvy. Tento povrch byl překryt 50 mm ložné vrstvy (ne runway), instalován GlasGrid®, a následně 45 mm obrusné vrstvy. Celkově bylo položeno více než 60.000 m2 plochy.
Zpětná kontrola provedených prací v roce 2007 prokázala, že plochy vyztužené mříží GlasGrid® podléhaly pouze minimálnímu prostupu trhlin i po třinácti letech provozu. Brad Pryde, projektant komentoval projekt: „Aplikovali jsme GlasGrid® 8501 na betonový základ Centralia Airport s cílem zabránit prostupu reflexních trhlin, protože se předpokládalo, že v navržené obrusné vrstvě se prokopírují trhliny z podloží. Po 13 letech kanadského počasí je ale prostup trhlin minimální a jsme spokojeni s celkovým fungováním geomříží GlasGrid® při této aplikaci“.
Na tomto projektu byly potvrzeny schopnosti GlasGrid® retardovat projevy reflexních trhlin v krytových vrstvách. Po dodatečné revizi stavu v roce v roce 2012 bylo rovněž konstatováno, že trhliny prokopírované do obrusné vrstvy jsou v omezeném počtu anebo alokovány v místech, ve kterých byly již před aplikací předpokládány závažnější poruchy v podkladních vrstvách.
Výztužné mříže ze skleněných vláken jsou využívány více než 25 let k omezení prostupu reflexních trhlin v asfaltových vrstvách dopravních staveb. V dnešní době je zdokumentováno více než 180 letišť, na kterých byly tyto výztužné komponenty použity při rekonstrukcích runwayí, příjezdových a odstavných ploch. Laboratorní i in-situ testování a reálné aplikace prokázaly, že při korektním návrhu a aplikaci je GlasGrid® schopen snížit prostup reflexních trhlin dva až třikrát. Tento fakt vede k prodloužení životnosti konstrukce a snížení nákladů na opravu a údržbu. Pro standartní letištní plochy může tento benefit přinést až 20-30 % snížení nákladů během životního cyklu konstrukce asfaltových vrstev.
Autor: Štěpán Bohuš
Společnost ADFORS je předním výrobcem a zpracovatelem sklovláknitých pramenů v Evropě. Zaměřuje se na stavebnictví a průmyslové obory, kde nabízí řešení založená na kompletním portfoliu textilních technologií a technologií tužení s využitím sklovláknité ...