přednáška 3.2

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STAVEBNÍ
ING. DUŠAN STEHLÍK, PH.D.
PRAKTICKÉ APLIKACE
V POZEMNÍCH KOMUNIKACÍCH
MODUL 07
NESTMELENÉ PODKLADNÍ VRSTVY







Pozemní komunikace II · Modul 1
- 2 (32) -


































© Dušan Stehlík, Brno 2006
Úvod
- 3 (32) -
OBSAH
1 Úvod..........................................................................................................................4
1.1 Cíle..................................................................................................................4
1.2 Požadované znalosti........................................................................................4
1.3 Doba potřebná ke studiu .................................................................................4
1.4 Klíčová slova ..................................................................................................4
2 Nestmelené směsi – klasifikace, zkoušení..............................................................5
2.1 Základní rozdělení - termíny a definice ........................................................10
2.2 Požadavky na kamenivo pro nestmelené směsi ............................................12
2.3 Požadavky na nestmelené směsi ...................................................................13
2.3.1 Obsah jemných částic....................................................................13
2.3.2 Nadsítné.........................................................................................13
2.3.3 Sítový rozbor a čára zrnitosti.........................................................14
2.4 Zkoušení........................................................................................................15
2.4.1 Stanovení laboratorní objemové hmotnosti suchého vzorku a
optimální vlhkosti..........................................................................15
2.4.2 Obsah vodou rozpustných síranů...................................................16
2.4.3 Posouzení mechanického chování nestmelených směsí................16
2.5 Popis nestmelených směsí s recyklovaným kamenivem...............................16
2.5.1 Zkoušení ........................................................................................17
3 Nestmelené vrstvy – provádění a zkoušení..........................................................19
3.1 Užití nestmelených vrstev ve vozovce..........................................................19
3.2 Úprava podloží nestmelené podkladní vrstvy...............................................20
3.2.1 Infiltrace podloží ...........................................................................20
3.3 Stavební práce...............................................................................................21
3.3.1 Rozprostírání nestmelené směsi ....................................................21
3.3.2 Nadvýšení a příčný profil ..............................................................22
3.3.3 Hutnění nestmelené směsi .............................................................23
3.3.4 Ošetřování a ochrana povrchu .......................................................25
3.4 Poruchy při provádění nestmelených vrstev a jejich možné příčiny.............25
4 Hodnocení shody ...................................................................................................26
4.1 Kontrolní zkoušky směsi...............................................................................26
4.2 Kontrolní zkoušky hotové vrstvy..................................................................27
4.2.1 Dodržení výšek určených v dokumentaci stavby ..........................27
4.2.2 Odchylky od příčného sklonu........................................................27
4.2.3 Nerovnost povrchu ........................................................................27
4.2.4 Tloušťka vrstvy .............................................................................27
4.2.5 Míra zhutnění.................................................................................27
4.2.6 Modul přetvárnosti ........................................................................28
5 Závěr.......................................................................................................................31
5.1 Shrnutí...........................................................................................................31
5.2 Studijní prameny...........................................................................................31
5.2.1 Seznam doplňkové studijní literatury............................................31
5.2.2 Seznam tabulek..............................................................................32
5.2.3 Seznam obrázků.............................................................................32
Obsah
- 4 (32) -

1 Úvod
1.1 Cíle
Předkládaný modul, který je členěn do 5 kapitol, Vás má seznámit se
základními vlastnostmi stavebních materiálů používaných do nestmelených
směsí podkladních vrstev vozovek pozemních komunikací. Dále jsou uvedeny
požadavky a zkušenosti při provádění nestmelených podkladních vrstev
pozemních komunikací, informace o možných technologiích, apod.
1.2 Požadované znalosti
Fyzika, chemie stavebních látek, inženýrská geologie, mechanika zemin
a hornin, základy stavební mechaniky, pružnosti a pevnosti a znalosti
z ostatních odborných předmětů absolvovaných na Ústavu pozemních komuni-
kací.
1.3 Doba potřebná ke studiu
Doba potřebná pro nastudování tohoto modulu se odhaduje na cca 5 hodin.
1.4 Klíčová slova
Nestmelená směs, nestmelená podkladní vrstva, mechanicky zpevněné kame-
nivo, štěrkodrť, štěrkopísek, vibrovaný štěrk, mechanicky zpevněná zemina,
hornina, kamenivo, zkoušky kameniva, zkoušení funkčních vlastností kameni-
va

Závěr
- 5 (32) -
2 Nestmelené vrstvy
2.1 Úvod

„Každá silnice je natolik dobrá, nakolik jsou dobré její podkladní vrstvy“

Funkcí podkladních vrstev je přenášet zatížení od dopravy a dále je roznášet na podloží.
V německy mluvících zemích jsou tyto vrstvy nazývány “Tragschichten = nosné vrstvy“,
což lépe vystihuje jejich funkci. Nestmelené podkladní vrstvy jsou též někdy nazývány me-
chanicky stabilizované.



Obr. 3.1 – Vrstvy v konstrukci vozovky

Pro konstrukci nestmelených podkladních vrstev se přednostně používají materiály
s vysokou smykovou pevností, kterou vykazuje zejména drcené kamenivo.


Požadavky na nestmelené vrstvy

• dostatečná únosnost, tato je závislá též na únosnosti podloží
• trvanlivost - neměnící se vlastnosti s ohledem na klimatické vlivy jako je mráz, vysoké
teploty a kolísající vlhkost
• vyloučení přítomnosti jílovitých minerálů - materiál se hůře zpracovává a hutní, je
citlivý na změny vlhkosti → zkouška ekvivalentu písku
• nenamrzavost vrstev – Casagrandeho kritérium = podíl částic < 0,02 mm < 3 %)



• splnění filtračních kritérií :
1. Kriterium filtrace = zamezení vzájemnému prostupování nestmelené vrstvy a podloží
(může nastat v případě, že je materiál podloží příliš jemnozrnný, ma-
teriál nestmelené vrstvy naopak příliš hrubozrnný – např. kombinace
Praktické aplikace v pozemních komunikacích · Modul 7
- 6 (32) -
jílovité zeminy a vibrovaného štěrku). Pro zamezení tohoto vtlačo-
vání jemnozrnné zeminy do podkladní vrstvy je zapotřebí splnit
podmínku :
d15 nestmelené vrstvy / d85 podloží ≤ 5
d15 = velikost zrna odpovídající propadu 15 % (zjistí se s čáry zrnitosti materiálu ne-
stmelené vrstvy)
Pokud není splněna tato podmínka, je nutno vložit mezi obě vrstvy geotextilií pro separaci
vrstev.

Obr. 3.2 – Nesplnění filtračního kritéria (prostup zeminy do podkladní vrstvy)

2. Kriterium propustnosti

d15 nestmelené vrstvy / d15 podloží ≥ 5


Obr. 3.3 – Kritérium filtrace a propustnosti

• dostatečná zhutnitelnost za účelem dosažení max. obj. hmotnosti
Závěr
- 7 (32) -

Zkouška Proctor – standard nebo modifikovaný (těžší pěch, více úderů pěchu)


Zvyšování dávkování vody ⇒ snížení tření mezi zrny ⇒ zvyšování objemové hmotnosti, za
max. hodnotou obj. hmotnosti je již vody nadbytek ⇒ křivka má klesající tendenci. Pokud
v laboratoři hutním Proctor standard, na stavbě však odpovídá hutnění Proctor modif. , pak
hutním na vysokou vlhkost a nedosáhnu optima. blížím se ke křivce saturace kdy jsou
všechny póry vyplněny vodou ⇒ hutnění je neúčinné (viz obr.3.4). Nutno předem znát
účinnost hutnící techniky, případně provést zhutňovací pokus.


Obr. 3.4 – Proctor standard, Proctor modifikovaný
Praktické aplikace v pozemních komunikacích · Modul 7
- 8 (32) -

Kontrola míry zhutnění zeminy – sonda Troxler – získám okamžité hodnoty.

Typy nestmelených podkladních vrstev dle skladby:

S plynulou čárou zrnitosti - mezery mezi většími zrny jsou vyplňovány zrny menšími ⇒
dosažení minimální mezerovitosti
• Fullerova parabola Y=100*(d/D)0,5 – ideální čára s nejtěsnějším uspořádáním zrn, je
žádoucí se jí co nejvíce přiblížit. Zjednodušeně se místo Fullerovy paraboly uvádí číslo
nestejnozrnnosti d60/d10, pokud je menší jak 5, je materiál považován za stejnozrnný.
• Vlastnosti vrstev s plynulou čarou zrnitosti :
- únosnost dosažená větším třením
- lepší zhutnitelnost než u stejnozrnného materiálu

Vrstvy typu makadam - převládá jedna úzká hrubá frakce – stejnozrnný materiál – únos-
nost založena na pevnosti zrn kostry (nutná dobrá otlukovost kameniva), kostra může být
někdy vyplněna drobnějším kamenivem např. vibrovaný štěrk

Přetvárné vlastnosti
Pro potřeby dimenzování vozovek se vyjadřují přetvárné vlastnosti nestmelených vrstev
modulem pružnosti.
Pojem modulu pružnosti je komplikovaný a nelze ho chápat klasickým způsobem jako u
pevných látek např. ze zkoušky jednoosého tahu nebo tlaku. Modul pružnosti je závislý jed-
nak na fyzikálních a technických parametrech materiálu a dále na mechanickém působení
okolí.
Nestmelený materiál snese pouze prostorové namáhání, kde se uplatní vnitřní tření, které je
hlavní příčinou jeho únosnosti. Proto se stanovení modulu dá zjišťovat pouze v podmínkách,
které se přibližují skutečnému stavu :

Příklad : Modul se zvyšuje po nestmelené vrstvě směrem nahoru: 25 cm vrstva štěrku = 5
vrstev x 5 cm. Čím jdeme po vrstvě více nahoru, tím se zvětšuje modul každé následné dílčí
vrstvy, protože se zvětšuje modul jejího podkladu ⇒ proto se podkladní vrstvy se navrhují
ve dvou kvalitativně odlišných vrstvách, protože navržením z jednoho kvalitního materiálu
by nedošlo k dostatečnému využití spodního části – např. kombinace mechanicky zpevněné
kamenivo + štěrkodrť

a) Zjednodušené odvození z triaxiální zkoušky

E = k1 ek2
k1, k2 - empiricky zjištěné konstanty
e - invariant napětí = σx + σy + σz

b) Stanovení modulu v závislosti na tloušťce vrstvy h a modulu podloží E1

Na základě četných měření byl odvozen vztah :

E2 = 0,2 x h0,45 x E1, platí pro E2/E1 < 4

Závěr
- 9 (32) -
h - tloušťka nestmelené vrstvy
E2 – Modul pružnosti nestmelené vrstvy
E1 – Modul pružnosti podloží
c) Výpočet modulu z rázové zatěžovací zkoušky
U rázové zkoušky neměříme pouze parametry vrstvy, ale též podloží. Proto se rázovou
zkouškou stanoví ekvivalentní modul dvouvrstvého systému a ze známého modulu podloží
lze pak dopočítat i modul nestmelené vrstvy. Tuto hodnotu je potřeba brát s rezervou, proto-
že modul se s přitížením dalšími vrstvami mění (viz dále).
Řada specialistů doporučuje stanovovat moduly pružnosti pro výpočty z rázových zkoušek.
Problematikou volby modulu pružnosti se v USA výzkumníci zabývali i v souvislosti s pří-
pravou nové návrhové metody. Byl zpracováván rozsáhlý soubor triaxiálních zkoušek, byla
vypracována i zpráva shrnující výsledky měření modulů rázovými zkouškami. Výsledky
rázových zkoušek se od triaxiálních obvykle liší. Zatím nebyl nalezen korelační vztah mezi
laboratorními a polními zkouškami.
Při navrhování vozovek se nestmelené materiály podkladních vrstev obvykle charakterizují
konstantní hodnotou návrhového modulu pružnosti. Ve skutečnosti jsou přetvárné vlastnosti
nestmelených materiálů podstatně složitější. Deformace závisí nelineárně na napětí. Mo-
dul pružnosti a nárůst plastických deformací při opakovaném zatížení závisí též na vlhkos-
ti materiálu. V našich předpisech se moduly pružnosti dosud uvažují pro daný typ nestmele-
ného materiálu jako konstantní, bez ohledu na velikost působících napětí.
Pro ilustraci lze uvést chování nestmelených materiálů při triaxiální zkoušce, která ukazuje,
že při napětí komorovém tlaku 40 KPa je modul pružnosti cca 1,7krát větší než při komoro-
vém tlaku 13 kPa. Důvodem je to, že odpor proti přetvoření je dán především třením mezi
zrny. Při větších napětích je tření větší, zrna se vlivem zatížení obtížněji přemisťují, materiál
se méně přetváří a vypočtený modul pružnosti je vyšší. (To je zásadní rozdíl proti chování
zemin soudržných, kde jsou deformace od zatížení především ovlivňovány vlhkostí a tlakem
vody v pórech).
V průběhu životnosti konstrukce vozovky se přetvárné vlastnosti nestmelených materiálů
jednotlivých konstrukčních vrstev mění. Deformace jsou ovlivňovány jak již bylo uvedeno
nejen účinky dopravního zatížení ale i účinky vodního a teplotního režimu. Výsledky měření
umožnily učinit následující závěry:
• hodnoty modulů pružnosti souvrství MZK (mechanicky zpevněného kameniova) + ŠD
(štěrkodrti – viz dále) kolísají v hodnotách 238 – 562 MPa,
• vliv času a dopravního zatížení se v období 9 roků projevily v převážné míře nevýznam-
ně.
Vzhledem k nerovnoměrnému kolísání vypočtených modulů pružnosti (variabilita dosahuje
hodnoty větší než 50 %) lze usuzovat, že největší vliv na hodnoty modulů pružnosti bude
mít jejich okamžitá vlhkost. Tuto skutečnost potvrzují prováděná měření únosnosti v průbě-
hu výstavby vozovek s tímto druhem podkladních vrstev v různých ročních obdobích. Zjiš-
těné moduly pružnosti v jarním období jsou velmi nízké, přestože vrstvy po svém dokončení
splňovaly z hlediska únosnosti požadavky příslušných předpisů.

Druhy nestmelených podkladních vrstev

Tloušťka nestmelených podkladních vrstev by se měla pohybovat v rozmezí 15 – 30 cm.
Praktické aplikace v pozemních komunikacích · Modul 7
- 10 (32) -
• mechanicky zpevněná zemina MZ - E =150 MPa,
• štěrkopísek ŠP - 120 MPa,
• štěrkodrť ŠD - 400 MPa,
• vibrovaný štěrk ŠV - 500 MPa,
• mechanicky zpevněné kamenivo MZK - 600 MPa,

2.2 Nestmelené směsi – základní rozdělení - termíny a definice
Nestmelená směs (unbound mixture) je zrnitý materiál s kontrolovanou zrnitostí od dolního
síta d = 0 a neobsahuje žádné přidané pojivo a příměs. Nutnost zkoušet všechny vlastnosti je
omezena podle určeného nebo konečného použití nebo původu směsi. Pokud se požaduje,
musí být provedeny zkoušky uvedené v tabulce 2 až 4, aby se vhodné vlastnosti prokázaly.
Nové označení podle normy ČSN EN 13285 je na základě zrnitosti v jednotlivých kategori-
ích podle propadu GA, GB, GC, GO a GP uvedeno v tabulce 1.
Staré označování bylo podle typu nestmelených podkladních vrstev na směsi pro mechanic-
ky zpevněné kamenivo (MZK), štěrkodrť (ŠD), štěrkopísek (ŠP), vibrovaný štěrk (VŠ), me-
chanicky zpevněná zemina (MZ).
Tabulka 1 – Používané nestmelené směsi podle zrnitosti
0/8 0/10 0/11,2 0/12,5 0/14 0/16 0/20
0/22,4 0/31,5 0/40 0/45 0/56 0/63 0/80
kategorie (category) je úroveň vlastnosti, vyjádřená jako rozmezí hodnot nebo mezní hod-
nota.
POZNÁMKA Mezi kategoriemi různých vlastností neexistuje žádný vztah.
zrnitost (grading) je distribuce (rozdělení) zrn kameniva podle velikosti vyjádřená jako pro-
cento hmotnosti, které propadne stanoveným počtem sít.
dávka (batch) je množství vyrobeného nebo dodaného materiálu, dílčí množství materiálu
dodaného v jednom dopravním prostředku (železniční vagón, nákladní auto, nákladní loď)
nebo uložená zásoba, vyrobená najednou a za podmínek, u kterých se předpokládá, že jsou
stejné.
POZNÁMKA Při kontinuální výrobě se dávkou rozumí množství materiálu vyrobeného
během dohodnuté doby
nestmelená vrstva je vrstva vozovky vyrobená z nestmelené směsi nebo zeminy bez použití
pojiva.
mechanicky zpevněné kamenivo (MZK) je vrstva vozovky vyrobená z nestmelené směsi
drceného kameniva zrnitosti GA nebo GC s optimální vlhkostí, rozprostřená a zhutněná za
podmínek zajišťujících maximální dosažitelnou únosnost
• nejkvalitnější nestmelená podkladní vrstva
• plynulá čára zrnitosti
• míchá se min. ze dvou frakcí kameniva v míchacích centrech (0-4 a 4-32 nebo 4-45)
• mezní čáry pro 0-32, 0-45
Závěr
- 11 (32) -
• míchání s přísadou vody na předepsanou vlhkost
• zvlhčení zabraňuje segregaci při transportu
• otlukovost LA, tvarový index SI max. 40 %
• Odolnost síranem sodným max. 12 % (simulace odolnosti proti mrazu)
• Ip < 4 (frakce 0-4)
• návrh Proctor – modif.
• CBR = min.100 % po nasycení
• pokládka finišerem
• hutnění vibračními válci
• povrch opatřit postřikem, odolnost proti povětrnostním vlivům
• nesmí zrznout !!

mechanicky zpevněné kamenivo otevřené (MZKO) je vrstva vozovky vyrobená
z nestmelené směsi drceného kameniva zrnitosti GO
štěrkodrť (ŠD) je nestmelená směs z drceného kameniva zrnitosti GE (ŠDA)nebo GN (ŠDB)
• nejběžněji používaná nestmelená podkladní vrstva (podkladní i ochranná vrstva viz
tab.10)
• získává se drcením přírodního kamene
• splnění předepsané zrnitosti 0-32, 0-45, 0-63, (0-125)
• rozprostírání grejdrem
• hutnění - vibrační válce

štěrkopísek (ŠP) je nestmelená směs z těženého kameniva zrnitosti GE (ŠPA) nebo GN (ŠPB)
• používá se pouze do ochranné vrstvy určené pro ochranu vozovky před účinky promrzá-
ní, zvyšuje tloušťku vrstev z nenamrzavých materiálů
• nejméně únosná vrstva z nestmelených materiálů
• musí splňovat kriteria zrnitosti
• rozprostírá se přímo na pláň, většinou grejdry
• hutní se statickými nebo vibračními válci
• hutnění problematické - většinou je štěrkopísek na hranici stejnozrnnosti, ohlazený po-
vrch zrn je pro hutnění nepříznivý, zrna se nezakliňují
• má bránit pronikání podloží do podkladních