ODBORNÝ DVOJMESAČNÍK ZAMERANÝ NA NAJNOVŠIE POZNATKY O VÝVOJI MOBILNÝCH PRACOVNÝCH STROJOV A O ICH APLIKÁCII V PRAXI

FINIŠERY NA STAVBU BETÓNOVÝCH VOZOVIEK


Napriek pokračujúcej diskusii (u nás) o vhodnosti a výhodách vozoviek s krytom s cementového betónu pokračoval (v zahraničí) vývoj konštrukcií a najmä technológie stavby týchto vozoviek. Vozovky s CB krytom sa vždy odporúčali a uvádzali ich výhody v podmienkach s veľkým dopravným zaťažením alebo na úsekoch ciest s potrebnou dlhou životnosťou. Uprednostňujú sa na pohybových plochách letísk, ako aj v cestných tuneloch a na prekladiskách. Stavebné náklady na CB vozovky sú väčšie, ale náklady na ich údržbu a opravy môžu byť menšie ako na asfaltové vozovky. Toto všeobecné tvrdenie nemôžu zmeniť ani jednotlivé špecifické prípady stavieb.

 

Stavby ciest s CB krytom v minulosti

Možno prekvapujúce sú údaje o počte a dĺžke úsekov ciest s CB krytom postavených na Slovensku v minulosti. Ešte v období rokov 1927 – 1945 sa vybudovalo asi 262 km ciest s vozovkou s CB krytom. Kryty boli jednovrstvové a tiež aj dvojdoskové. V ďalšom období v rokoch 1945 – 1957 sa stavali aj dvojvrstvové CB vozovky. Ich hlavnou výhodou bolo, že do spodnej vrstvy sa mohlo použiť kamenivo menej odolné proti obrusovaniu a vyhladzovaniu, pričom betón mal dostatočnú pevnosť v ťahu pri ohybe. Ak sa dosiahla rovnaká pevnosť betónu v ťahu pri ohybe hornej aj spodnej vrstvy, vlastnosti krytu boli veľmi dobré. Do zmesi betónu na spodnú vrstvu sa použilo 240 až 250 kg cementu na 1 m3, na hornú vrstvu asi 375 kg cementu (pozn: z dnešného pohľadu málo). Týchto vozoviek bolo najviac na západnom Slovensku.

Kým na našom území trvalo obdobie s veľmi malým rozsahom vozoviek s CB krytom, vo svete pokračoval vývoj v oblasti ich konštrukcií a nadväzne aj v technológiách a mechanizácii. Už pred desiatimi rokmi sme mohli hovoriť o viacerých typoch a generáciách konštrukcií (Magazín Stavebné stroje a mechanizácia, roč. 2008), ktoré môžeme dnes charakterizovať takto:

  1. vozovka s relatívne tenkými nevystuženými cementobetónovými doskami: dosky sú hrubé 240 – 260 mm a sú položené na tzv. medzivrstve, asi 50 mm hrubej vrstve z kameniva obaľovaného asfaltom a na podkladovej vrstve tmelenej hydraulickým spojivom,

  2. vozovka s relatívne hrubými nevystuženými cementobetónovými doskami: dosky sú hrubé 280 – 300 mm, položené na vrstve z nestmeleného kameniva, napr. mechanicky spevneného kameniva a tiež na relatívne hrubej podkladovej vrstve,

  3. vozovka s nevystuženými cementobetónovými doskami na hydraulicky stmelenom podklade: dosky sú hrubé priemerne 250 mm, pričom na podklade stmelenom cementom sú opatrenia proti kopírovaniu trhlín do krytu,

  4. vozovka so spojito vystuženou vrstvou cementového betónu: doska je hrubá priemerne 200 mm, je vystužená oceľovými prútmi v pozdĺžnom smere s prierezovou plochou 0,6 – 0,7 %, pričom podklad môže byť z medzerovitého cementového betónu alebo drenážneho asfaltového koberca na hydraulicky stmelenom podklade. Kryt nemá priečne škáry.

 

Prvé vozovky mali dosky dlhé až 20 metrov, neskôr sa robili škáry vo vzdialenostiach 7 až 9 m. Boli upravené ako dilatačné škáry, neskôr ako kontrakčné. Betónová zmes sa vyrábala v stacionárnych miešačkách a na miesto spracovania sa dovážala úzkokoľajkou. Po rozprestretí medzi debnenie sa zmes zhutňovala vibračnou kladinou. V neskoršom období sa betón zhutňoval finišerom, ktorý sa pohyboval po oceľových bočniciach Pred finišerom sa na bočniciach pohybovali samostatné rozhrňovače. Lopatkové rotačné rozhrňovače boli radlicové alebo skrutkové. Hlavnými pracovnými časťami prvých finišerov boli zhutňovací trám a hladiaci trám, prípadne hladiaca doska. Tzv. vibračný finišer sa pohyboval rýchlosťou asi 1,5 m za minútu, pričom jeho výkon bol iba 150, najviac 200 m3 zhutneného betónu za zmenu.

Celý technologický postup spracovania betónu pri stavbe vozoviek je náročný, má niekoľko krokov. Po zhutnení betónu sa robí povrchová úprava vrstvy, ktorej cieľom je vytvoriť rovný a drsný povrch s požadovaným súčiniteľom pozdĺžneho trenia. Robí sa to ťahaním rúna z juty alebo ryhovaním, ale v ostatnom čase sa lepšie hodnotí „vymývaný betón“. Zmes kameniva hornej vrstvy betónu má také zloženie, že tvrdou rotujúcou kefou sa uvoľní cementová malta a obnaží sa hrubšia frakcia kameniva. Nasleduje postrek na ochranu pred stratou vlhkosti betónu a potom rezanie škár. Termín rezania škár je veľmi citlivý na teplotu a prebiehajúce objemové zmeny betónu. Pri betónovaní do pevných bočníc sú miesta s kontrakčnými škárami predznačené, sú nad stredom výstužných tŕňov v priečnych škárach a nad kotvami v pozdĺžnych škárach. Odporúča sa, aby sa výplň škár urobila čo najskôr. Na výplň sa môže použiť zálievka, tmel alebo tvarované vložky z gumy alebo plastu.

 

Finišery s posuvným debnením

V súčasnom období sú hlavným typom výkonných strojov na stavbu cementobetónových krytov vozoviek na cestách, diaľniciach, v tuneloch a na letiskách finišery s krátkymi posuvnými bočnicami. Na svetových trhoch a na veľkých stavbách sa uplatňujú najmä stroje veľkých firiem: CMI Corporation, TEREX, GOMACO, WIRTGEN aj Heilit + Woerner, Guntert a Zimmerman.

Výrobný program finišerov s posuvným debnením (Slipform Pavers) firmy Wirtgen obsahoval celý rad s usporiadaním podľa šírky betónovaného pruhu :

SP 250 pre šírky 1,0 až 2,5 m, hrúbky vrstvy do 300 mm,
SP 500 pre šírky 2,0 až 6,0 m, hrúbky vrstvy do 500 mm,
SP 850 pre šírky 2,5 až 9,0 m, hrúbky vrstvy do 500 mm,
SP 1500 pre šírky 5,0 až 15,25 m, hrúbky vrstvy do 500 mm,
SP 1600 pre šírky 5,0 až 16,0 m, hrúbky vrstvy do 500 mm.

Pri pokračujúcej inovácii strojov Wirtgen bol nahradený finišer SP 850 novými typmi:

SP 92 a SP 94, ktoré môžu spracovať tzv. suchú alebo vlhkú zmes s hrúbkou 350 až 450 mm. Majú silné motory a presné riadiace systémy (3D) a smerové a výškové vedenie GPS.

 

Jednou z prvých stavieb, na ktorej bol u nás použitý finišer s posuvnými (klznými) bočnicami, boli úseky na diaľnici D1 Praha – Brno – Bratislava. Diaľnica bola odovzdaná do používania v roku 1980. Vozovka s CB krytom je na území Čiech a Moravy. V Česku sa potom – aj vzhľadom na stroje a stavebné kapacity, postavilo viacero úsekov ciest s krytom z betónu. Po roku 1997 sa opravovali a rozširovali aj betónové plochy na letiskách. V Bratislave to bolo v roku 1998.

V roku 1994 sa začali práce na stavbe diaľnice D5 na úseku Plzeň – Rozvadov, dlhom asi 60 km s cementobetónovým krytom. Hrúbka krytu bola 240 mm. Na plynulé zásobovanie finišerov Heilit – Woerner betónom bolo treba miešacie centrum s výkonom až 1 000 m3/h. Prvý finišer kládol betón s hrúbkou 2/3 celkovej hrúbky, pričom do tejto spodnej vrstvy vkladal (vtláčal) v miestach priečnych škár klzné tŕne. Druhý finišer kládol a spracoval betón hornej vrstvy hrubej 1/3 celkovej hrúbky. Úpravu povrchu umožnila lávka a vlečená juta a potom zariadenie na postrek ochrannou látkou. Finišery neboli spojené, pracovali samostatne, ale vzhľadom na tuhnutie a tvrdnutie betónu sa museli dodržiavať určité technologické pravidlá obmedzujúce odstup.

 

Modernizácia finišerov

Určité úpravy moderných finišerov bolo treba urobiť pri betónovaní krytov vozoviek v dvoch tuneloch na Slovensku: Branisko (diaľnica D1) a Sitina (diaľnica D2). Tunel Branisko má jednu rúru, ktorá je dlhá 5 200 metrov. Hrúbka betónového krytu je 260 mm. Na betónovanie sa použil finišer Wirtgen SP 1600, upravený na šírku 7,0 metrov. Podvozkové pásy sa pohybovali po obrubníkoch. Klzné tŕne v miestach priečnych škár sa vtláčali. Betónovanie krytu sa realizovalo v roku 2001, tunel Branisko bol daný do používania v roku 2003. Tunel Sitina má dve rúry, sú dlhé 1 440 a 1 415 metrov. Hrúbka betónového krytu je 250 mm (180 mm + 70 mm). Na betónovanie dvojvrstvového krytu sa použil finišer Wirtgen SP 1600. Nasadenie finišera Wirtgen SP 1600 na stavbe úseku za tunelom Sitina vidieť na obr. 6. Priemerný denný výkon bol taký, že sa spracovalo až 100 m3 betónu za jednu hodinu (asi 300 bm krytu). Tunel Sitina sa začal používať v roku 2007. Priľahlé úseky diaľnice pred portálmi majú tiež vozovku s cementobetónovým krytom.

Z veľkých stavieb v zahraničí sú informácie o používaní finišerov Wirtgen, Guntert a Zimmerman, Gomaco a iných. Na rekonštrukciách diaľnic v Nemecku starších ako 30 rokov sa použil napr. finišer Wirtgen SP 1500 na nový dvojvrstvový kryt. Spodná vrstva je 200 – 240 mm hrubá, horná vrstva je 50 až 80 mm hrubá. Na výrobu zmesi sa použilo 350 kg cementu na 1 m3, na výrobu zmesi hornej vrstvy až 420 kg cementu na 1 m3. Do spodnej vrstvy sa vtláčali klzné tŕne aj kotvy.

Finišery, ktoré môžu spracovať a zhutniť vrstvu betónu hrubú až 500 mm, majú využitie na stavbách letísk. Rozširovanie letísk a stavba nových dráh je častá v USA. Nemusí to byť kryt z dvoch betónov, ale pre kvalitu a efektívnosť sa vždy uplatňujú finišery, ktoré majú zariadenie DBI = Dowel Bar Inserter na vtláčanie klzných tŕňov do budúcich priečnych kontrakčných škár. Finišer Guntert a Zimmerman GZ S850 s posuvným debnením vybavený DBI sa použil napr. pri rozširovaní letiska v Chicagu.

Začiatkom roka 2016 sa na trhu stavebných strojov prezentovali veľkí výrobcovia finišerov so zmodernizovanými súpravami. Uvádzali upravené a modernizované finišery s klznými bočnicami na betónovanie krytov na cestách, diaľniciach aj letiskách s vybavením, ktoré možno nazvať sofistikované. Týka sa to najmä smerového a výškového vedenia strojov a automatickej kontroly všetkých agregátov. Stroj GOMACO GT 3300 môže betónovať pás široký 9,14 metra a je vybavený systémom DBI na vtláčanie klzných tŕňov. Dva spriahnuté finišery GOMACO môžu klásť a spracovať dva druhy betónov, teda betón do spodnej a hornej vrstvy krytu.

Firma Guntert a Zimmerman predstavila kompaktný finišer model S 400. Šírka betónovaného pásu môže byť 2,0 až 5,3 m s možnosťou úpravy až do 7,5 m. To dáva mnoho možností. Stroj má naftové motory, ale s malým pracovným hlukom. Model S400 je vybavený bezkontaktným vodiacim zariadením EGON, t. j. bez vodiaceho lanka. Systém TeleEnd umožňuje veľmi rýchlu úpravu šírky finišera a AccuSteer systém umožňuje klásť pás betónu s naprogramovanou zmenou smerového vedenia oblúka, napr. aj na okružných križovatkách.

Firma Wirtgen uviedla na trh finišer SP 60i, ktorý nahradil typ SP 500. Šírka betónového pásu môže byť až 6,0 m, hrúbka betónu 350 mm. Stroj má centrálny riadiaci systém, ktorý zaručuje presnosť rozmerov krytu. Môže mať mnoho prídavných zariadení vrátane zariadenia na ochranný postrek čerstvého betónu.

Ako jednu z veľkých stavieb ukončených v r. 2016 možno uviesť vzletovú a pristávaciu dráhu na letisku Nubia v Mongolsku, dlhú 3,6 km. Konštrukcia betónovej dráhy má dosky hrubé 380 mm, ktoré sú dvojvrstvové. Na spodnú vrstvu betónu hrubú 270 mm sa kládol čerstvý betón s hrúbkou 110 mm. Dráha široká 45 m sa betónovala finišerom Wirtgen SP1600 s klznými bočnicami a so zariadením DBI so šírkou 11,25 m. Vzhľadom na klimatické podmienky krajiny sa betónovalo len v letných mesiacoch asi 4 mesiace a najmä v noci. Na letisku sa spotrebovalo asi 350-tisíc m3 betónu.

 

prof. Ing. Ivan Gschwendt, DrSc.
Katedra dopravných stavieb SvF STU Bratislava
www.stuba.sk