Čo je obrusná vrstva (povrchová vrstva)?

Obrusná vrstva je najvrchnejšia vrstva konštrukcie vozovky, ktorá priamo nesie dopravu lietadiel. Nazýva sa aj povrchová vrstva.

Kde obrusná vrstva leží

AC 150/5320-6G uvádza štyri časti konštrukcie vozovky: povrchovú vrstvu, podkladovú vrstvu, pododkladovú vrstvu a podložie (1.6). V poddajnej vozovke každá vrstva chráni vrstvu pod sebou (3.15.1).

Pavement Interactive uvádza, že povrchová vrstva je vrstva v styku s dopravou. Zvyčajne obsahuje materiály najvyššej kvality. Povrchová vrstva môže byť jedna vrstva alebo viac asfaltových podvrstiev:

• Obrusná vrstva. Najvrchnejšia podvrstva. Prijíma opotrebenie od dopravy a po opotrebení ju možno odstrániť a nahradiť.
• Spojovacia vrstva (binder course). Podvrstva pod obrusnou vrstvou. Nazýva sa aj medzivrstva. Dodáva väčšinu hrúbky asfaltu a jej hlavnou úlohou je rozložiť zaťaženie.

AC 150/5370-10H uvádza, že položku P-403 možno použiť pre spojovacie asfaltové vrstvy. Podkladová vrstva pod spojovacou vrstvou je samostatná vrstva. Pozri heslo o podkladovej vrstve.

Typy obrusnej vrstvy

• Asfaltová zmes za horúca s hustou zrnitosťou (HMA). Pavement Interactive ju nazýva dobre zrnitou zmesou na všeobecné použitie, vhodnou pre všetky vrstvy. Na letisku je to položka FAA P-401. Gradácie P-401 sú dobre zrnité od hrubej po jemnú.
• Asfaltový koberec mastixový (SMA). Asfaltová zmes s medzerovitou zrnitosťou, ktorá dáva kontakt kameň na kameň. Pavement Interactive uvádza, že ide takmer výlučne o zmes pre povrchovú vrstvu na frekventovaných cestách v USA.
• Otvorene gradovaná trecia vrstva. Tenká, priepustná asfaltová vrstva. FHWA uvádza, že jej makrotextúra pomáha odvodneniu v mieste styku pneumatiky s vozovkou a znižuje aquaplaning a striekanie vody. FHWA uvádza životnosť 7 až 10 rokov a uvádza, že na križovatkách môže dochádzať k rozpadávaniu a posúvaniu. Na letisku FAA ekvivalent nazýva porézna trecia vrstva (PFC).
• Portlandský cementový betón (PCC). V tuhej vozovke doska tvorí povrchovú vrstvu. Ide o položku FAA P-501.
• Štrk. Na ceste bez spevneného povrchu je obrusnou vrstvou povrchový štrk. Príručka Gravel Roads Maintenance and Design Manual opisuje zmes. Povrchový štrk potrebuje kameň na pevnosť, piesok na vyplnenie dutín a jemné plastické časti na spojenie povrchu. Podkladový štrk potrebuje viac veľkého kameňa a málo jemných častí. Príručka uvádza jednu štátnu špecifikáciu ako príklad. V nej má povrchový štrk 4 až 15 % jemných častí a index plasticity 4 až 12. Podkladový štrk má 3 až 12 % jemných častí a index plasticity 0 až 6. Príručka hovorí, aby sa postupovalo podľa špecifikácie vlastného štátu.

Materiál a hrúbka

V poddajnej vozovke je povrchová vrstva asfaltová zmes, FAA položka P-401. V tuhej vozovke je to betónová doska, položka P-501. Doska nesie zaťaženie a tvorí povrch. FAA uvádza, že P-401 sa má použiť pre vozovky, ktoré slúžia lietadlám ťažším ako 60 000 lb (27 215 kg). Položka P-403 sa môže použiť pre 60 000 lb alebo menej.

Tabuľka 3-3 AC 150/5320-6G uvádza minimálnu hrúbku asfaltovej povrchovej vrstvy. Je to 3 in (75 mm) pre vozovky, ktoré slúžia lietadlám s hmotnosťou pod 60 000 lb, a 4 in (100 mm) pre ťažšie lietadlá. Tabuľka 3-4 uvádza minimum 6 in (150 mm) pre betónový povrch. Skutočnú hrúbku určuje konštrukčný návrh.

Aj každá vrstva asfaltu má minimum. P-401, tabuľka 2, odporúča minimálnu hrúbku vrstvy pri výstavbe pre každú gradáciu. Pre gradáciu 1 je to 3 in (75 mm), pre gradáciu 2 2 in (50 mm) a pre gradáciu 3 1-1/2 in (38 mm). Gradácia 3 je určená pre vyrovnávacie vrstvy. Pavement Interactive uvádza praktické pravidlo na zabránenie trhaniu zmesi. Zhutnená vrstva má mať hrúbku najmenej dvojnásobok najväčšej veľkosti kameniva, alebo trojnásobok menovitej najväčšej veľkosti kameniva.

Niektoré oblasti sú zasiahnuté únikmi paliva, hydraulickej kvapaliny alebo iných rozpúšťadiel. Patria sem stojiská na tankovanie lietadiel a údržbárske plochy. FAA tam odporúča povrch odolný voči rozpúšťadlám, napríklad P-501, P-404 alebo P-629 (AC 150/5320-6G, 3.15.3.4).

Čo vrstva robí

Asfaltová obrusná vrstva plní tri úlohy:

• Obmedzuje prenikanie povrchovej vody do podkladovej vrstvy.
• Dáva hladký, protišmykový povrch bez voľných častíc, ktoré by sa mohli stať cudzím predmetom (FOD).
• Odoláva šmykovým napätiam od kolesového zaťaženia lietadiel.

Betónová doska tiež dáva protišmykový povrch a bráni tomu, aby povrchová voda dosiahla pododkladovú vrstvu.

Ako sa kladie a zhutňuje

P-401 vyžaduje samohybný finišer s vyhrievanou lištou. Finišer rozprestiera zmes na predpísanú hrúbku, rovnosť a niveletu. P-401 nedovoľuje klásť asfalt na mokrý povrch. Stanovuje tiež minimálnu teplotu podkladovej vrstvy. Limit je 40 °F (4 °C) pre vrstvu hrubú 3 in (75 mm) alebo viac. Pre vrstvu hrubšiu ako 2 in (50 mm) a tenšiu ako 3 in (75 mm) je to 45 °F (7 °C). Rezidentný zástupca projektu (RPR) môže od limitu teploty upustiť. Všetky ostatné požiadavky vrátane zhutnenia platia ďalej.

Valce nasledujú finišer. P-401 vyžaduje samohybné valce. Posádky valcujú vrstvu, kým nemá rovnomernú textúru, správnu niveletu a priečny profil a požadovanú hustotu v teréne. Kolesá valcov sa udržiavajú vlhké, aby sa asfalt nelepil.

TxDOT opisuje obvyklú zostavu valcov:

• Primárny valec. Prvý valec za lištou. Zvyčajne je to vibračný oceľový valec.
• Medzivalec. Používa sa, ak je potrebné viac zhutnenia. Zvyčajne je to pneumatikový valec.
• Finišový valec. Posledný valec. Takmer vždy je to statický oceľový valec na dosiahnutie rovnosti.

Rýchlosť primárneho valcovania statického oceľového alebo pneumatikového valca je 2,0 až 3,5 mph. Pre vibračný oceľový valec je to 2,0 až 3,0 mph. Po sebe idúce prejazdy sa prekrývajú najmenej o 6 in (15 cm).

Zhutnenie určuje, ako dlho vrstva vydrží. Pavement Interactive uvádza, že zmesi s hustou zrnitosťou nesmú presiahnuť 8 % vzduchových dutín ani klesnúť pod 3 %. Príliš veľa dutín vpúšťa vodu a spôsobuje rozpadávanie. Príliš málo dutín robí zmes nestabilnou. P-401 hodnotí dávky podľa vzduchových dutín, hustoty povrchovej vrstvy a hustoty škár. Tabuľka 5 stanovuje tieto limity. Celkové vzduchové dutiny zmesi sú 2,0 až 5,0 %. Hustota povrchovej vrstvy je najmenej 92,8 %. Hustota škár je najmenej 90,5 %.

Záleží aj na škárach a rovnosti. V P-401 je pozdĺžna škára jednej vrstvy posunutá najmenej o 1 ft (30 cm) od škáry vrstvy pod ňou. Škára v hornej vrstve leží v stredovej osi vozovky s priečnym spádom. Priečne škáry sú posunuté najmenej o 10 ft (3 m). Zhotoviteľ kontroluje rovnosť 12 ft (3,7 m) pravítkom. Limit je odchýlka menšia ako 1/4 in (6 mm) na 12 ft. Zhotoviteľ musí opraviť odchýlku, ktorá na konečnej povrchovej vrstve zachytáva viac ako 1/4 in (6 mm) vody. Metódy sú diamantové brúsenie alebo nahradenie povrchovej vrstvy v celej hrúbke.

Požiadavky na povrch

EASA CS ADR-DSN.B.090 uvádza, že povrch dráhy by nemal mať nerovnosti, ktoré zhoršujú trenie alebo ovplyvňujú vzlet či pristátie. Spevnená dráha sa má postaviť alebo opraviť tak, aby poskytovala trenie na úrovni minimálnej hodnoty trenia alebo vyššej. ICAO Annex 14, zväzok I, 3.1.26, aj EASA uvádzajú hĺbku textúry. Nový povrch by mal mať priemernú hĺbku textúry najmenej 1,0 mm.

EASA GM1 ADR-DSN.B.090 uvádza štandard výstavby pre rovnosť. Pri skúške 3 m pravítkom v ľubovoľnom smere nemá hotová obrusná vrstva odchýlku väčšiu než 3 mm. EASA aj ICAO upozorňujú, aby sa pri rovnosti dbalo, keď sa do povrchu zapúšťajú dráhové svetlá alebo odvodňovacie mreže.

Záleží na dvoch mierkach textúry. Mikrotextúra je textúra jednotlivých kameňov. Je to hlavná zložka protišmykovosti pri nízkej rýchlosti. Makrotextúra je textúra medzi kameňmi. EASA uvádza, že makrotextúra je hlavným faktorom odvodňovacej kapacity pri vysokej rýchlosti. EASA tiež uvádza, že treba vyberať drvený materiál odolný voči leštení a ako mieru uvádza hodnotu vyleštenia kameniva (PSV). Nový asfaltový povrch je vďaka valcovaniu zvyčajne dosť hladký. AC 150/5320-12C, odsek 2-4, uvádza spôsoby, ako ho zlepšiť: správny návrh zmesi, otvorene gradované trecie vrstvy, kropené úpravy, striekané úpravy a drážky vyrezané pílou.

EASA GM1 ADR-DSN.B.191 uvádza miery makrotextúry. Objemová metóda dáva strednú hĺbku textúry (MTD) a platí od 0,25 do 5 mm. Metóda profilu dáva strednú hĺbku profilu (MPD) a platí od 0 do 5 mm. Obe hodnoty sa líšia, preto je na prepočet MPD na MTD potrebná prevodná rovnica. EASA tiež uvádza stupnicu ESDU, ktorá rozdeľuje textúru dráhy od A (0,10 až 0,14 mm) po E (1,01 až 2,54 mm).

Drážkovanie skracuje odtokovú dráhu vody. Štandardná drážka FAA je 1/4 in na 1/4 in, s rozostupom 1-1/2 in od stredu k stredu. Drážky sa pod prevádzkou opotrebúvajú. Vezmime úsek dráhy dĺžky 1 500 ft (457 m). Ak má 40 % jeho drážok hĺbku alebo šírku 1/8 in (3 mm) alebo menej, ich účinok proti aquaplaningu sa výrazne zníži. FAA potom požaduje nápravné opatrenie.

Otvorene gradovaná trecia vrstva (PFC) je tenký preplát z asfaltovej zmesi s otvorenou zrnitosťou, hrubý 3/4 až 1-1/2 in (25 až 40 mm). FAA ju neodporúča na dráhach s viac ako 91 príletmi prúdových lietadiel na jeden koniec dráhy za deň. Usadeniny gumy môžu upchať jej dutiny.

Úrovne trenia

AC 150/5320-12C stanovuje tri úrovne trenia: minimálnu, plánovanie údržby a nový návrh alebo výstavbu. Hodnoty závisia od meracieho zariadenia na trenie a skúšobnej rýchlosti. Pre Mu Meter pri 40 mph sú hodnoty 0,42, 0,52 a 0,72. Interval prieskumu závisí od denného počtu pristátí prúdových lietadiel na jeden koniec dráhy. Pohybuje sa od 1 roka pri menej ako 15 pristátiach po 1 týždeň pri viac ako 210.

Poruchy

Manuál PAVER pre asfaltové letiská uvádza 17 typov porúch. Tie, ktoré vznikajú v obrusnej vrstve, sú:

• Vystupovanie asfaltu (42): lesklý, lepkavý film asfaltovej hmoty na povrchu. Spôsobuje ho nadbytok asfaltu alebo nízky podiel vzduchových dutín. Zaznamenáva sa, keď je ho dosť na zníženie protišmykovosti.
• Vyleštené kamenivo (51): kamenivo nad asfaltom je veľmi malé alebo nemá drsné, hranaté zrná. Spôsobuje ho opakovaná doprava.
• Rozpadávanie (52): hrubé zrná kameniva sa uvoľňujú z povrchu.
• Zvetrávanie (57): asfaltové spojivo a jemná matrica kameniva sa z povrchu opotrebúvajú. PAVER ho nezaznamenáva tam, kde sa zaznamenáva rozpadávanie stredného alebo vysokého stupňa.
• Trhliny od šmyku (55): polmesiacovité trhliny, ktoré spôsobujú brzdiace alebo zatáčajúce sa kolesá. Spôsobuje ich povrchová zmes s nízkou pevnosťou alebo slabá väzba s vrstvou pod ňou.
• Erózia od prúdu výfuku (46): spálené alebo zuhoľnatené spojivo. Spálené plochy môžu byť hlboké až približne 1/2 in (13 mm).

Vyjazdené koľaje sú porucha celej konštrukcie a koľaje môže vytvárať aj obrusná vrstva. PAVER ich uvádza tiež (53). Odlupovanie povrchu (70) je zodpovedajúca porucha betónovej obrusnej vrstvy. Manuál PAVER pre betón ho označuje ako delamináciu alebo rozpad povrchu dosky. Spôsobuje ho prehladenie povrchu, chýbajúce ošetrovanie, nedostatočné prevzdušnenie betónu a zamrznutie pred nadobudnutím pevnosti.

Textúru a trenie nemožno posúdiť okom. AC 150/5320-12C uvádza, že výskum ukazuje, že vizuálne hodnotenie trenia nie je spoľahlivé. Uvádza tiež, že vizuálna kontrola nedokáže odhaliť zlú textúru a že hĺbka textúry sa zistí iba priamym meraním. Vizuálny prieskum vrátane prieskumu dronom zaznamenáva povrchové poruchy uvedené vyššie. Nenahrádza skúšku trenia ani meranie textúry.

Výmena vrstvy

AC 150/5320-6G nazýva odstránenie a nahradenie časti alebo celej poddajnej obrusnej vrstvy rehabilitáciou. Frézovanie a preplátovanie často prináša významne dlhšiu funkčnú a konštrukčnú životnosť. Odstránenie a nahradenie ktorejkoľvek vrstvy pod povrchovou vrstvou je rekonštrukcia. AC používa index stavu vozovky (PCI) ako usmernenie. PCI nad 70 označuje kandidáta na údržbu. PCI od 55 do 70 označuje kandidáta na rehabilitáciu. PCI pod 55 označuje možného kandidáta na rekonštrukciu. AC dopĺňa, že typ poruchy môže odôvodniť inú voľbu.

Preplátovanie môže opraviť aj nekonštrukčné problémy, napríklad priečny spád, pozdĺžny profil alebo protišmykovosť. Pred frézovaním sa odoberú vývrty, aby sa zistila hrúbka a stav povrchu. Ak frézovanie zanechá menej ako 2 in (50 mm) povrchovej vrstvy, tenká vrstva sa pri prevádzke stavby pravdepodobne odlúpi (4.8). Frézovanie profilu a vyrovnávacia vrstva opravujú nerovnosti povrchu, napríklad vlnenie, vyjazdené koľaje a vystupovanie asfaltu (4.10.1.2).

Údržba

FAA odporúča odstraňovať gumu v intervaloch od 2 rokov (menej ako 15 pristátí) po 2 mesiace (viac ako 210). Kropená úprava (chip seal) alebo striekaná úprava (slurry seal) je dočasný spôsob obnovy trenia. Slurry seal zvyčajne vydrží 2 až 5 rokov a je prechodným opatrením do preplátovania. Hmlová úprava (fog seal) môže v prvom roku výrazne znížiť trenie.