Asfaltobetonová směs

11.6.1.2 Deformace

Deformace vozovky je důsledkem nestability asfaltové směsi, pohybu nebo slabin v zrnitém podkladu nebo podloží a navíc mohou některé typy deformací doprovázet trhliny ve vozovce. Deformace vozovky může mít mnoho podob, ale nejčastěji se vyskytují vyjeté koleje a rýhy.

Vyjeté koleje (vznik kanalizovaných prohlubní, rýh) vznikají ve stopách kol na povrchu vozovky. Rýhování je vážný problém, protože rýhy přispívají k drsnému jízdnímu povrchu a při dešti nebo sněžení se mohou naplnit vodou, která pak může způsobit aquaplaning vozidel jedoucích po silnici a ztrátu kontroly nad vozidlem.

Rutting (často označovaný jako trvalá deformace) je běžnou formou poruch pružných vozovek a vzniká, když se (naložené nebo těžké) pneumatiky nákladních vozidel pohybují po asfaltobetonové vozovce, vozovka se velmi málo vychýlí. Tyto výchylky se pohybují v rozmezí od méně než desetiny milimetru za chladného počasí – kdy jsou vozovka a podklad velmi tuhé – až po milimetr a více za teplého počasí – kdy je povrch vozovky horký a velmi měkký. Pokud je modul pružnosti směsi dostatečný, má vozovka po přejetí pneumatiky nákladního vozidla přes dané místo na vozovce tendenci pružit zpět do původní polohy. Často se však povrch vozovky zcela nevrátí a v dráze kola zůstane velmi malá (ale nikoliv zanedbatelná) trvalá deformace vozovky. Proto po přejetí mnoha zatížení kol přes vozovku – počet zatížení kol se liší podle kvality vozovky – může dojít k výraznému vyjetí kolejí, což vede k silně vyjetým kolejím o hloubce 0,75 palce nebo více (20 mm nebo více). Hloubka rýhy přibližně 10 mm a více se obvykle považuje za nadměrnou a představuje významné bezpečnostní riziko.

Rýhy v podloží vozovky jsou způsobeny konsolidací nebo posunem materiálů v důsledku opakovaného dopravního zatížení. V závažných případech může dojít k vyvýšení na vnější straně vyjeté koleje. K tomuto způsobu poruchy dochází v podloží nebo podkladu v důsledku nadměrného namáhání, pronikání vlhkosti nebo základní konstrukční poruchy. Proto se může projevit jako prohlubeň v dráze kola nebo jako vyvýšení po stranách vyjeté koleje. K vyjetým kolejím obvykle dochází, když je vozovka nově postavena, a s tvrdnutím a stárnutím asfaltového pojiva je jejich výskyt minimální. Vroubkování způsobují také nákladní automobily převážející těžké náklady na pneumatikách s výrazně zvýšeným tlakem vzduchu na vozovce, která není navržena tak, aby takovému namáhání odolávala. Tyto směsi měly příliš vysoký obsah asfaltu, příliš vysoký obsah jemných částic, kulaté a hladké strukturované kamenivo a příliš měkký asfalt. Zlepšení postupů navrhování směsí, specifikací a zkoušek kameniva a pojiv PG výrazně omezilo problémy s vyjetými kolejemi.

V neposlední řadě jsou vyjeté koleje častější v létě, kdy zvýšené teploty změkčují asfaltový cement. U asfaltových směsí za studena (CMA) může nedostatečné provzdušnění nebo vytvrzení emulze vést ke vzniku měkké směsi, která bude vyjeté koleje. To je problém zejména tehdy, když se pokládka studené směsi provádí koncem roku. Dalšími souvisejícími formami trvalých deformací jsou vlnění a vymývání.

Vlnění (zvlnění, vymývání) je forma plastické deformace, jejímž výsledkem je zvlnění povrchu vozovky. Obvykle se vyskytují při silném vodorovném namáhání v místech, kde se rozjíždí a zastavuje doprava, na sjezdech, kde vozidla brzdí, na křižovatkách a v ostrých vodorovných zatáčkách. Vlnění je obvykle způsobeno příliš velkým množstvím asfaltu nebo použitím velmi měkkého asfaltu ve směsi.

Vlnění se obvykle vyskytuje na křižovatkách, kde vozidla zastavují a působí boční silou na povrch horké směsi, což způsobuje její nadměrnou deformaci napříč vozovkou, nikoliv uvnitř kolejí pro kola. Washboarding je podobný jev, ale v tomto případě má deformace podobu řady velkých vln napříč povrchem vozovky. Vroubkování, vyhrnování a vymývání může být důsledkem trvalé deformace v kterékoli části vozovky – v podloží, v zrnitém podkladu nebo v některé z vázaných vrstev. Nadměrná trvalá deformace v jedné nebo více vázaných vrstvách je důsledkem asfaltobetonové směsi, která nemá dostatečnou pevnost a tuhost při vysokých teplotách. Několik problémů s návrhem směsi, jako je výběr asfaltového pojiva, které je příliš měkké pro dané klima a úroveň provozu, může způsobit její náchylnost k vyjetým kolejím a jiným formám trvalé deformace.

Disintegrace je rozpad vozovky, který začíná úbytkem jemných částic kameniva z povrchu vozovky a postupuje až ke vzniku výmolů. Jedná se o postupné narušování směrem dolů do spodních vrstev dlažby, jehož výsledkem jsou velké kusy nespojitých úlomků. Toto selhání může být důsledkem únavového zatížení, kdy se na dlažbě vytvářejí obrovské výmoly, protože úlomky jsou vymršťovány dopravou. Různé typy rozpadu vozovky jsou zvětrávání, delaminace, odlamování a výmoly.

Zvětrávání je postupný úbytek kameniva z povrchu vozovky. Raveling je jednou z komplikací, které jsou důsledkem strippingu. Lze jej popsat jako postupnou ztrátu povrchového materiálu zvětráváním nebo odíráním povrchu. Začíná, když se jemné kamenivo oddělí od asfaltového cementu a zanechá na povrchu vozovky malé drsné skvrny, které se zvětšují s tím, jak se z povrchu vozovky uvolňují větší částice kameniva. Postupně dochází k uvolňování větších částic kameniva z důvodu nedostatečné podpory okolních jemných částic. Vznik krupiček na vozovkách urychluje doprava. Ke zvětrávání dochází na celém povrchu vozovky, včetně oblastí mimo provoz. Ke vzniku rozsáhlého zvrásnění je obvykle zapotřebí jak voda, tak provoz. Raveling je způsoben vysokým obsahem vzduchových dutin v horké asfaltové směsi v důsledku špatného zhutnění nebo pokládky v pozdní sezóně. Kromě toho může mít raveling za následek také chudá asfaltová směs (příliš málo asfaltu) nebo přehřátí asfaltu ve výrobně asfaltových směsí (což vede k narušení struktury pojiva související s kamenivem). K ravelingu dochází také tehdy, když pneumatiky vytlačují částice kameniva z povrchu horké asfaltové směsi. Mnoho stejných faktorů, které přispívají ke špatné odolnosti proti únavě, přispívá také k ravelingu, včetně nízkého obsahu asfaltového pojiva a špatného zhutnění v terénu. Vzhledem k tomu, že povrch vozovky je vystaven působení vody z deště a sněhu, může špatná odolnost proti vlhkosti také urychlit vyjetí kolejí v horkých asfaltových směsích.

Vyjetí kolejí je postupná ztráta přilnavosti mezi asfaltovou vrstvou a povrchem kameniva, která vede ke ztrátě celistvosti horké asfaltové směsi. Proto se vozovka stává náchylnou k různým formám poruch tím, že ztrácí svou strukturální tuhost. Mezi faktory, které přispívají ke vzniku trhlin, patří voda na vozovce s vysokým dopravním zatížením, vysoká teplota, povaha kameniva a pojiva a špatné zhutnění. Odtrhávání může vést k dalším formám poruch, jako jsou trhliny a vyjeté koleje.

Voda neproudí snadno asfaltovými směsmi, které byly pečlivě a efektivně zhotoveny, ale i dobře zhutněným materiálem bude proudit velmi pomalu. Voda si může prorazit cestu mezi povrchy kameniva a asfaltového pojiva ve směsi a oslabit nebo dokonce zcela zničit vazbu mezi těmito dvěma materiály (stripping). K poškození vlivem vlhkosti může dojít rychle, pokud je voda přítomna pod vozovkou, například když jsou chodníky postaveny na špatně odvodněných plochách a nejsou správně navrženy nebo konstruovány tak, aby odváděly vodu z konstrukce vozovky. Ve skutečnosti může příležitostné působení vody způsobit poškození asfaltových směsí vlhkostí z důvodu chybného návrhu nebo chybné konstrukce či použití nekvalitních materiálů.

Fyzikálně-chemické procesy, které řídí poškození vlhkostí, jsou složité do té míry, že různé kombinace asfaltového pojiva a kameniva budou vykazovat velmi rozdílné stupně odolnosti vůči poškození vlhkostí. Ve skutečnosti je obtížné předpovědět odolnost proti vlhkosti konkrétní kombinace asfaltu a kameniva, ačkoli asfaltová směs vyrobená s kamenivem obsahujícím vysoký podíl oxidu křemičitého (jako je pískovec, kvarcit, čert a některé druhy žuly) bývá náchylnější k poškození vlhkostí. Správná konstrukce, zejména důkladné zhutnění, může pomoci snížit propustnost asfaltových vozovek z horkých směsí, a tím výrazně snížit (dokonce zmírnit) pravděpodobnost poškození vlhkostí. Pro zlepšení odolnosti proti vlhkosti lze do asfaltových směsí přidávat přísady proti odlupování – hydratované vápno je jednou z nejběžnějších a nejúčinnějších takových přísad.

Odolnost asfaltových směsí za horka proti vlhkosti lze hodnotit (často se označuje jako Lottmanův postup). Při této zkoušce se v laboratoři zhutní šest válcových vzorků horké asfaltové směsi. Tři z nich jsou podrobeny kondicionování – vakuovému nasycení, zmrazení a rozmrazení – zatímco zbylé tři kondicionovány nejsou. Obě sady vzorků se poté zkoušejí nepřímou tahovou zkouškou. Procento pevnosti zachované po kondicionování se nazývá poměr pevnosti v tahu a je ukazatelem odolnosti dané směsi proti vlhkosti. Mnoho silničních agentur požaduje u asfaltových směsí za horka minimální poměr pevnosti v tahu 70-80 %, je však třeba mít na paměti, že údaje z této zkušební metody nemusí být vždy stoprocentně spolehlivé a mohou poskytovat pouze přibližný údaj o odolnosti směsi proti vnikání vlhkosti a poškození.

Delaminace je lokalizovaná ztráta celé tloušťky překryvu a je způsobena nedostatkem vazby mezi překryvem a původní vozovkou. Příčinou je opět voda, konkrétně v případě, že k vniknutí vody dojde mezi dvěma vrstvami dlažby. Delaminace se však obvykle omezuje na oblast vozovky a trvá několik let po položení překryvu, než se stane vážným problémem, ale jakmile k ní dojde, je obtížné vozovku opravit. Vyčištění starého povrchu a použití asfaltové emulze jako krycí vrstvy (tenká vrstva asfaltu používaná při stavbě nebo obnově silnic a dálnic) pomůže problém zmírnit a je obzvláště užitečné, pokud je tloušťka překryvu dva palce (50 mm) nebo méně.

Výtluky jsou miskovité díry různých velikostí v dlažbě, které jsou výsledkem lokálního rozpadu za provozu. Způsobují chybné nastavení kol a mohou začínat malou trhlinou, která propouští vodu a oslabuje podklad vozovky, nebo malou oblastí vyjetých kolejí, které jdou do celé hloubky, nebo se v aligátorem popraskané oblasti tenké vozovky může přes noc objevit celá řada výmolů. Špatná půda, špatné odvodnění, příliš tenký asfaltový povrch, špatné zhutnění a špatná údržba vozovky mohou vést ke vzniku výmolů.