A közlekedésépítési szakterület mérnöki és tudományos folyóirata. ISSN 2064-0919
11. szám
2019 ősz
11
Bejegyzés

Mit nevezzünk burkolatnak?

Szerző

Előzmények

Az Útügyi Lapok facebook oldalán többször, de talán a legmarkánsabban 2017. október 29. és november 04. között öt! külön bejegyzésben is (amelyeket talán érdemes lehet akár újra is olvasni) foglalkoztunk a KÉSZ (azaz a 2016. évben előkészített jogszabály, a közutak építésének szabályozásáról szóló ITM rendelet) tervezetével. A KÉSZ vitathatatlan jövőbeli hasznossága ellenére ezekben a posztokban elsősorban a vitatható elemek egy részére hívtuk fel a figyelmet.

Ugyan maga a rendelet még azóta sem került elfogadásra, az időközben megjelenő útügyi műszaki előírásaink azonban már többé-kevésbé illeszkedni törekednek hozzá. Látványos új elem ezekben az ÚMÉ-kban az útpályaszerkezeti fogalmaink újradefiniálása is, nem biztos, hogy eléggé átgondoltan. A kérdés, ami jelen bejegyzést szülte, hogy nem lehetne-e még egyszer átgondolni a „hagyományos”  útpályaszerkezeti fogalmak megtartását, akár kibővítve az új „útszerkezet” fogalommal? A kérdés persze túlmutat önmagán, így az alábbiakban a definíciók vizsgálatán túl szó lesz ismét a pályaszerkezet méretezésről, elsősorban az angol gyakorlat fényében, s végül nem kerülhető meg a szabályozási rendszer kritikája egy újabb aspektusból sem.

A 2017. október 31-i posztban egy kolléga precíz műszaki eleganciával tárgyalta a „burkolat” fogalom változtatásának műszaki megalapozatlanságát, sajnálatoson visszhangtalanul, de hadd másoljam ide az eredeti, ma is aktuális szövegét:

„A KÉSZ rendelet tervezete több mint 80 alapfogalmat rögzít, ezekből kiemelve mi most csak az “ÚTSZERKEZET” és az “ÚTPÁLYASZERKEZET” definíciójával ismertetnénk meg a kedves olvasót. A rendelet szerint ugyanis: az útpályaszerkezet a burkolat és a burkolatalap együttes elnevezése, az útszerkezet pedig az útpályaszerkezet és a földmű együttes elnevezése. Összefoglalva a normaszöveg alapján “11. § (1) Az útszerkezetek általános felépítése a következő: a) burkolat, b) burkolatalap, c) földmű.” Bár az ÚTSZERKEZET kifejezés elsőre kicsit szokatlan, el kell ismerni, hogy közvetlenül felhívja a tervezők figyelmét a földmű gondos tervezésére. Halkan azért megjegyezzük, hogy a klasszikus iskola szerint (pl. Kézdi, Nemesdy) a pályaszerkezet tervezés (pavement design) mindig magába foglalta ezt a folyamatot is! Ha most tovább bontjuk a fő rétegeket, akkor egy érdekes csavarra lehetünk figyelmesek: a burkolat ugyanis aszfalt kopóréteg, aszfalt kötőréteg és aszfalt alaprétegből (!) épül fel. A burkolatot alátámasztó burkolatalap pedig lehet kötőanyag nélküli (pl. FZKA 0/32, M56) vagy valamilyen kötőanyagot tartalmazó alapréteg típus. Vegyük észre, hogy a burkolat tartalmaz egy alapréteget ami a pályaszerkezetben betöltött szerepe alapján a burkolatalaphoz kell, hogy tartozzon! De miért is gond ez? Nem mindegy hova soroljuk? A válasz röviden, nem. Nem helyes az a gondolkodás, hogy ami aszfaltból épül az automatikusan a burkolathoz tartozik.

A pályaszerkezetet felépítését mindig a rétegek funkciója határozza meg elsősorban és nem az anyag, amiből készül. Így beszélhetünk kopó, kötő és alaprétegekről általában. A kopó és kötő rétegek a burkolathoz tartoznak, mivel teherhordó szerepük csak másodlagos. Itt érdemes megállni egy pillanatra és felidézni a burkolat szó jelentését az értelmező szótár szerint: “Olyan szilárd réteg,anyag, amellyel vmit, vmely felületet burkolnak. Tág. ért. vminek külseje, burka.” Az alaprétegek pedig mind a burkolatalaphoz, mivel elsődleges szerepük a terhek hordása (ezért teherhordó réteg). Ennek megfelelően a burkolatalap mint fő rétegcsoport már tetszőlegesen tovább bontható pl. felső- és alsó burkolatalapra. Az, hogy ezek a rétegek miből épülnek még mindig másodlagos kérdés, persze az egyes útépítési anyagok pl. aszfaltkeverékek ezt a funkciót mindig figyelembe veszik!

A zavart az erőben a normaszöveg készítői is érezték, mivel a burkolathoz sorolt alapréteg külön elnevezést kapott, ez lett az “Aszfalt teherelosztó réteg”. A terhek elosztása az alaprétegek feladata, tehát a burkolatalaphoz kellene sorolni ezt a réteget is, de mivel ami aszfaltból épül az csak burkolat lehet logikát nem tudták elengedni, szükséges volt egy új fogalmat bevezetni. És ez baj, mivel erre nem lett volna szükség. Attól tartunk ez a kis nyelvészkedés a későbbiekben több gondot fog okozni, mint amennyit elsőre megold.”

Ezt követően – és ennek ellenére – azonban 2019. január 1-től: az „Aszfaltburkolat” definíciója: „Az aszfalt útpályaszerkezetben az aszfaltrétegek – a kopó-, a kötő- és az alapréteg – együttes elnevezése” (forrás: Útpályaszerkezeti aszfaltburkolatok keverékeinek követelményei, e-UT 05.02.11:2018), lett, szemben az alábbi ábrán látható, jól ismert és átgondolt, az eddigi gyakorlatban megszokottal.

(forrás: Aszfaltburkolatú útpályaszerkezetek méretezése és megerősítése, e-UT 06.03.13.)

Sokak szemében  talán lényegtelen apróságok az útpályaszerkezet felépítés terminológiában, a KÉSZ által tervezett, de a januárral hatályba lépett UMÉ-kkal bevégeztetett változtatások, azonban néhányunk szerint nem az. Ahogy a cseppben a tenger, úgy egy definícióban benne az egész szakma.

Az angol szabályozás nyelvi tisztaságáról és méretezési elveiről.

Néhány korábbi bejegyzésemben kritizáltam a hazai gyakorlati szemlélet avultságát, amely negligálja a pályaszerkezet méretezés által támasztott követelmények teljesítését és nem vesz tudomást az elmúlt 20 évben bekövetkezett nemzetközi szinten tapasztalható szemléletváltásról. Lehet, túlzás az új ÚMÉ-eket úgy beállítani, hogy azok szinte csak címlapjukban különböznek a 90 évekbeli kiadásaiktól és műszak tartalmuk az évtizedekkel korábbi szakmai – akkor korszerű – színvonal újramelegítése, azonban például “sértődés” helyett szakmai cikkekben, posztokban kellene korrigálni, helyre tenni a téves állításokat és elmagyarázni, hogy mi miért történt úgy, ahogy.

Érdemes talán nemzetközi összevetésben is megnézni a mai magyar gyakorlat korszerűségét. Nem lenne fair olyan országokkal összevetni, akik közismerten előttünk járnak, így tekintettel a magyar szakmai közbeszédben még ma is itt-ott élő legendára, mely szerint az angol méretezés a klasszikus empirikus elveket követi és elmarad az aszfaltmechanikai elvek gyakorlati alkalmazásában éllovas francia vagy amerikai gyakorlattól, ezért nézzük az „oldszkúl” angolok mennyire vannak tisztában saját aszfaltkeverékeik merevségével és mennyire múlt századi a méretezésük.

Az angol gyakorlatot kiválóan ismerteti Brown professzor cikke, amelyben azt a legfontosabb elvet hangsúlyozza, amit mi az elmúlt majd 30 évben a típus-pályaszerkezeteknek „hála” már csak-csak el is felejtettünk: a pályaszerkezet kulcs fontosságú eleme az alapréteg!!! („The main structural element of the pavement is the base.” (Stephen F. Brown: An introduction to asphalt pavement design in the UK. 2013. Transport 166(4):189-202)

Az alapréteg (base) köré terveződik a szerkezet, e fölé kerül a megfelelő felületi tulajdonságokat biztosító, relatíve vékony és szerkezeti szempontból kis jelentőséggel bíró kopóréteg (surface course). Azonban már az aszfaltburkolatok építésének hajnalán megtapasztalták, hogy az alap és a kopóréteg közötti megfelelő együttdolgozás sok esetben nem volt biztosítható, így már kezdetekben kialakult a kötőréteg funkciója és az ezt szolgáló keverék (binder course) is. A kettő együttesét az angol terminológia is (ahogy eddig mi is) külön elnevezi: surfacing. Az alap és a burkolati rétegek szükséges vastagsága pedig elsősorban a várható forgalmi terhelés ismeretében került meghatározásra (pavement design).

A pályaszerkezet ideális esetben az altalajra (subgrade) is kerülhetne, annak gyengébb teherbírása esetén van szükség javítóréteg betervezésére (capping) illetve, ha további teherbírás növelésre van szükség, épülhet még ún. ágyazat is (subbase). Ezt a három réteget az angol gyakorlat szintén külön kezeli és méretezi! (foundation design), az összvastagsága és anyag kiválasztása elsősorban a helyi környezeti adottságoktól illetve gazdasági megfontolásoktól függ (lásd minél teherbíróbbak az alsóbb rétegek annál kevesebb aszfaltra lesz szükség). Ez a kétszintű megközelítés a magyar gyakorlatból mára teljesen kiveszett, noha az 50-es, 60-as években még megvolt (lásd csoport-indexes módszer)

Az alábbi ábra az aszfaltburkolatú útpályaszerkezetek jellemző felépítését szemlélteti az angol (UK) terminológia szerint.

(forrás: M. Rogers – B. Enright: Highway Engineering. 2016)

A terminológia természetesen az angol nyelvterületen sem egyértelműen kristálytiszta, azonban az alap és a burkolat fogalmak nem mosódnak olyan mértékig össze, mint az induló új magyar szabályozásban.

A kilencvenes évekig még szokás és elvárás volt, hogy a műszaki szabályozó elemek kidolgozására időt (években mérve) és forrást biztosított az útügyi adminisztráció, mára azonban az évek hónapokra rövidültek, a forrás pedig pont erre nincs. Nem jelentéktelen apróság volt a korábbiakban megszokott széles körű szakmai kommunikáció sem, azaz a kidolgozás során felgyülemlett háttér információk publikálása és az eredmények érthető módon történő közzététele sem. Mit és miért változtattunk úgy, ahogy? Lásd a választ Nemesdy és kollégái kiváló cikkeiben, a volt Szemle hasábjain.  Az utóbbi időben egyre fájóbb azzal szembesülni, hogy az elszigetelt érdeklődők – pl. oktatásban dolgozók – nem kapnak információkat a módosításokat megalapozó kutatásokról/indítékokról és az órákon, hallgatói kérdésekre, miszerint ez miért van/lett így, szégyenszemre nem tudnak korrekt választ adni. Ilyen izgalmas kérés például a fent már feszegetett probléma, miért kell minden aszfaltréteget burkolatnak nevezni a jövőben? Öltözői hírek szerint valakit talán zavart a felső és az alsó alapréteg szerinti különbségtétel. Megnyugtatásul alább – az angol Collop egy előadás fóliáján – látható módon mások is küzdenek a problémával, de mégsem törekszenek álmegoldásokra.

(forrás: Andy Collop: Pavement design in the UK and future developments, 2007)

Az angol tervezés kétlépcsős jellege csak megerősíti a mi gyakorlatunk tékozló voltát, azaz legyen csak meg az 50-70 MPa a tükrön, majd Ckt-val és aszfalttal hozzuk később a teherbírását.

A KÉSZ rendelet tervezet ugyan kísérletet tesz az altalajban, földműben vagy stabilizációban rejlő lehetőségek jobb kihasználásra, és bevezetni tervez 4 földműosztályt, azonban annak gyakorlati alkalmazhatóságához és elterjedéséhez a kapcsolódó szabályozás kényszerítő erejére is szükség lenne, a követelmények meghatározásához szükséges háttérkutatásról nem is szólva.

Az angol szabályozás szintén 4 osztályt (amit, az egyszerűség kedvéért a továbbiakban földműosztálynak hívom, de mint a fentiekben látható, ez nem egészen azonos a magyar szóhasználattal) különböztet meg, lásd alább, izgalmas azonban a tartomány, amiben gondolkodik: 50-400 MPa közötti értéket ír elő, az alapréteg alatt, „subbase”-szinten.

(forrás: M. Rogers – B. Enright: Highway Engineering. 2016)

Ilyen megközelítés szerint tervezett földmű már érdemi hatással van a pályaszerkezet teherbírására és a szükséges aszfaltréteg vastagságra. Minden földmű osztályhoz rétegmodulus követelmény is rendelhető, 100 – 3500 MPa közötti értékben, ami egyrészt komoly anyagismeretet feltételez, másrészt az analitikus pályaszerkezet méretezés előtt nyit meg jelentős lehetőségeket. Az angolok tehát már tudják, hogyan lehet 400 MPa-os felületi modulust elérni az alapréteg alatt vagy milyen összetétellel hozható a 3500 MPa-os rétegmodulus, mi még nem.

(forrás: M. Rogers – B. Enright: Highway Engineering. 2016)

Hasonló szemléletet tükröz a francia méretezési rendszer is, azzal a különbséggel, hogy az alábbi táblázat az altalaj szintjén fogalmaz meg teherbírási követelményeket, de a magyarnál így is impozánsabb terjedelemben: 20-200 MPa.

(forrás: Bara et al.:. Adaptation of the French pavement design to countries in South America. 2012.)

Most nem kitérve az újraalkotott útszerkezeti fogalmainknak és jelmagyarázatának összes hiányosságára, csak például kiragadva: Hogyan definiálja az UME alkotó az ezidáig egyenrangú szerkezeti rétegként kezelt védőréteg/javítóréteg helyét és szerepét? Beolvasztva a földmű felsőrészbe?

(forrás: Útpályaszerkezetek aszfaltburkolati rétegeinek követelményei, e-UT 06.03.21:2018)

A földmű felsőrész elnevezés eddig egy ca. 50/100 cm vastagságú, tömörség és teherbírás tekintetében külön kezelt réteget jelentett és valóban nehezen definiálható szinteket is takarhatott (pl. korábban a F50A30, azaz a „felső 50 cm alsó 30 cm-je”), azonban a földmű felső részébe beleérteni mind a védő, mind a javítórétegeket, nem biztos, hogy nagyban segíti a fogalmaink tisztulását. Annak érdekében, hogy a szabályozásunk gránitszilárdságát megalapozzuk, érdemes lenne továbbá átgondolni ezeket a fogalmakat, nemcsak az aszfaltburkolat szempontjai mentén, hanem a betonburkolatok, a térkőburkolatú illetve kisforgalmú továbbá mezőgazdasági/erdészeti utak pályaszerkezeteire tekintettel is. Korábban „komoly” kritika érte a jelenlegi rendszert, miszerint indokolatlanul sok UME foglalkozik a pályaszerkezetekkel, nos ebben a terminológiában nem lesz könnyű egységesíteni a múltban nem véletlenül több UMÉ-re bontott eljárásokat és megfelelni a minisztériumi elvárásoknak.

Nem lehet ismét nem idézni, hogy a normaszövegben nem szerencsés, a félreérthetően magyarázható, nem egyértelmű definíció alkalmazása. Ebben az esetben a jelmagyarázat mindkét sora pongyola, a szürke szín esetén a „jellemzően” vezet félre, hiszen akkor mégsem mindig?, a fehér szín esetén pedig a „hiányozhat” kifejezés nem pontos (mikor?). (Ezek helyett használhatnák, a „ha úgy alakul”, „ha sikerül”, „ha a tervező szeretné”, „ha a kivitelező megtudja csinálni”, stb. formulákat is ? J)

Felmerül a kérdés, hogy a követő útügyi műszaki előírások irányelvei mennyire simulnak a takarékosabb földmű-erősítés trendbe? Jelenleg nem látni, hogy a földmű teherbírás átgondolt növelésének műszaki követelményrendszere, a pályaszerkezet – méretezés által támasztott igények figyelembevételének szándéka megjelenne. Talajmechanikai tervezői, szakértői szemmel pedig lenne benne ráció, hiszen, ha a kétlépcsős (angol) irányba tolódna a pályaszerkezet tervezés és az ő bevonásukkal valósul meg az ún „foundation design”, az egy perspektivikus új „piac” megjelenése, míg a második lépcsőben (pavement design) csupán az aszfaltrétegek finomítgatása maradna az aszfalttechnológiára.

Elnézve, hogy a pályaszerkezet méretezés, mint főállásban művelt és megbecsült szakma gyakorlatilag kihalt, a (geometriai) úttervezők pedig soha nem érezték ezt a területet magukénak, lehetséges lenne, hogy a szakmában relatíve nagy számban – de más területen – jelenlévő tehetséges talajmechanikusok belépjenek a pályaszerkezet méretezés területére? Ez az ár, amit az aszfaltszakmának meg kell fizetni azért, hogy a hazai pályaszerkezet-méretezés új erőre kapjon, és gazdaságosabb, átgondoltabb szerkezetek szülessenek?

Hasonlóan lehetne elmélkedni az alaprétegekről is, hiszen az angol szabályozás a széles palettán választható anyagvariációkhoz nagyon precízen rögzíti a méretezéshez szükséges anyagparamétereket.   Felmerül a kérdés, a másik új útügyi műszaki előírásunk (Kötőanyag nélküli és hidraulikus kötőanyagú burkolatalapok, e-ÚT 06.03.53:2018) irányelvei mennyire követik ezt a trendet? A válasz: még utalás szintjén sem lehet látni a méretezési igények kiszolgálásának szándékát, pedig CKt réteget sem azért építünk, mert szép, hanem mert valamilyen szerepet szánunk neki egy pályaszerkezetben (ezt hívjuk méretezésnek), átgondoljuk a megvalósítást (mondjuk ez lehetne a kivitelezés definíciója) és végül van egy elképzelésünk, hogy ez a réteg hogyan fog a tervezési élettartam alatt viselkedni (tágabb értelemben lásd pl. útfenntartás fogalma). Talán ebből sejthető, hogy ideális esetben a pályaszerkezet-méretezésnek, ennek a sokak által lenézett területnek, kellene a szabályozásunk elvi gerincét adni, hiszen mind a tervezés, mind a kivitelezés és mind az útfenntartás esszenciájának már a méretezéskor meg kellene jelennie. No de ki foglalkozott itt cementes kötőanyagú alaprétegek fáradásával Kézdi óta (azaz 50 éve)? Azzal szemben tehát, hogy a méretezés során a lehetőségek tárházát végre átgondolnánk, marad az évtizedekkel korábbi receptúrális megközelítés ebben az UMÉ-ban is.

Annak érzékeltetésére, hogy az anyagparaméterek kidolgozása nem öncélú és nem csak unatkozó kutatók szabad kapacitását hivatott lekötni, nézzük meg az angol méretezés végterméket, az alábbi grafikont.

(forrás: DMRB Volume 7 Section 2 Part 3 (HD 26/06) Pavement design and maintenance. Pavement design and construction. Pavement design)

Talán látható, hogy megfelelő átgondolás és megbízható inputadatsor mellett, a méretezés nagyon egyszerűen áttekinthető protokollá „nemesedik”. Például 60 millió egységtengelynyi forgalmi terhelés esetén és 2. szintű földmű teherbírást megtervezve, leolvasható, hogy egyrészt 18 cm össz-aszfaltvastagság adódik, másrészt, ha C” típusú hidraulikus alapréteget választunk, abból is éppen 18 cm-re lesz szükség.

A grafikon jobb oldalára tekintve láthatók az itthon ezidáig nem népszerű ún. full-depth aszfalt pályaszerkezet vastagsági követelményei is. Észrevehető azonban a finom különbségtétel az egyes aszfaltkeverékek (fajták) között is, amihez azonban szükséges előfeltétel, hogy ismerjük a keverékeink merevségét. Ezzel vissza is jutottunk egy örökzöld témához: mennyire nagy modulusú a magyar nagy modulusú. Sajnos ezt már soha nem tudjuk meg, mivel január 1-től kivezetésre került, azonban újra aktuális a kérdés: milyen merevségű az új „I” keverék és milyen anyagi viselkedést várunk el tőle, pl. a „F”-es keverékekkel szemben. Hogy a feladat nem megugorhatatlan, az angolok által használt merevségeket (20 °C, 5 Hz) az alábbi táblázat tartalmazza. Mi több mint egy évtizede nem tudjuk vagy akarjuk ezt a négy számot megálmodni.

DBM125 2500 MPa
HRA50 3100 MPa
DBM50/HDM50 4700 MPa
EME2 8000 MPa

(forrás: DMRB Volume 7 Section 2 Part 3 (HD 26/06) Pavement design and maintenance. Pavement design and construction. Pavement design)

Zárógondolatként hadd vessek fel még egy témát, röviden. Ha már az összes aszfaltot beerőszakoltuk – valamiért – a burkolat fogalomkörbe és vizsgáljuk a teljes aszfalt pályaszerkezet (full-depth) megvalósíthatóságát az M1-en, mintegy „próbaszakaszként”  és nem tudtunk/akartunk egy angol mintájú méretező görbesört megalkotni erre a problémára, miért nem adjunk meg a lehetőségét legalább egy AC 22? alap (mI) típus megalkotásának. (Arról most nem is szólva, hogy a 22 miért nem lehetne 32) A friss UME alábbi táblázata szerint a lehetőség alaprétegként is: AC 22 kötő (mI) maradt.

(forrás: Útpályaszerkezetek aszfaltburkolati rétegeinek követelményei, e-UT 06.03.21:2018  )

Ha már általában nem méretezzük a szerkezeteinket és nem funkcióra tervezzük a keverékeinket, akkor itt miért nem lehet „rugalmasabbnak” lenni? Azt tanultuk, hogy a kötőréteg merevebb kell legyen, kevesebb kötőanyaggal a deviátor feszültségek miatt, míg az alaprétegtől jobb fáradási tulajdonságokat várunk el, magasabb kötőanyagnak is köszönhetően. Azaz a két réteg alapvetően nem kellene, hogy ugyanabból a keverékből álljon. Az alábbi táblázat a német pályaszerkezet méretezési utasítás autópályák pályaszerkezetére kidolgozott mintapéldájából származik, és az alap, kötő és kopórétegek tervezési merevségét tartalmazza a hőmérséklet függvényében. Jól látszik a teljesítménybeli különbség.

(forrás:Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht, RDO Asphalt 09)

Összefoglalásul, nem vitatni akarom új UMÉ-k szakmai megalapozottságát, csak nem értem néhány esetben a döntés mögött meghúzódó szakmai szándékot. Ami általában nem is lenne óriási probléma, ha nem kellene oktatni is őket. Nem lehetne, hogy a régi idők hagyományait követve a kidolgozók cikkekben ismertetnék a meghúzódó elvi döntések hátterét vagy közzétennék az elkészült tanulmányokat, hogy akkor is tanulni tudjunk belőle, ha nem tudunk vagy akarunk részt venni a kidolgozásban?


Hozzászólás

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük