SOFTWARE PRO POSOUZENÍ A VÝPOČET NÍZKOKAPACITNÍ VOZOVKY A ZJIŠTĚNÍ NÁVRHU OPTIMÁLNÍHO ŘEŠENÍ NÁVOD PRO PRÁCI SE SOFTWARE

SOFTWARE PRO POSOUZENÍ A VÝPOČET NÍZKOKAPACITNÍ VOZOVKY A ZJIŠTĚNÍ NÁVRHU OPTIMÁLNÍHO ŘEŠENÍ NÁVOD PRO PRÁCI SE SOFTWARE prosinec 2014

IDENTIFIKAČNÍ ÚDAJE VÝSLEDKU V006 1. IDENTIFIKAČNÍ KÓD PROJEKTU TA01020326 2. NÁZEV PROJEKTU Optimalizace procesu návrhu a realizace vozovek nízkokapacitních komunikací. 3. POSKYTOVATEL Technologická agentura České republiky 4. POPIS VÝSLEDKU V průběhu řešení projektu bude výpočetně namodelována zemní pláň a ověřena účinnost stanovení únosnosti prováděných polních zkoušek za použití stochasticko-deterministických metod. Následně budou prováděny výpočty pro ověření nově navržených technologií úprav zemní pláně. Předmětem výsledku je zahrnutí následujících vstupních údajů do posouzení a výpočtu vozovek nízkokapacitních komunikací: - hodnota smluvního parametru únosnosti zemní pláně, - návrhová úroveň porušení, - charakteristická hodnota denní intenzity provozu, - dopravní zatížení, rychlost pohybu a popis fluktuace stop vozidel, - návrhové období. 5. NA ZPRACOVÁNÍ VÝSLEDKU SE PODÍLELI: Ing. Radek Matula, Ph.D. Ing. Petr Zedník Ing. Ševelová Lenka, Ph.D. Ing. Jaroslav Hauser, CSc. Mgr. Dušan Lažek

OBSAH: 1 Úvod... 1 1.1 Instalace... 1 1.2 První spuštění... 1 1.3 Hlavní okno programu, vstupy... 2 1.4 Databáze projektů... 3 2 Práce s programem... 4 2.1 Karta Údaje o projektu... 4 2.2 Karta Klimatické podmínky... 5 2.2.1 Index mrazu... 5 2.2.2 Vodní režim podloží... 7 2.2.3 Namrzavost zeminy... 7 2.3 Karta Dopravní zatížení... 9 2.4 Karta Geotechnický průzkum... 10 2.5 Karta Typ konstrukce... 12 3 Karta Výpočet... 13 4 Karta Ekonomické posouzení... 14 5 Výstup/Tisk dokumentu... 16 PŘÍLOHA 1 Vývojový diagram software pro návrh konstrukčních vrstev vozovek

1 ÚVOD Software pro výpočet a posouzení nízkokapacitní vozovky (dále jen SW NK) je vytvořen pro správce i projektanty komunikací nízkokapacitních vozovek a doporučuje se pro návrh a posouzení konstrukčních vrstev vozovky. Software vychází ze získaných zkušeností a výsledků laboratorních zkoušek a polních zkoušek in situ a zahrnuje také současné teoretické posouzení při návrhu konstrukčních vrstev vozovky. Významnou podporou pro jeho vytvoření je Metodický průvodce návrhem a realizací vozovek nízkokapacitních komunikací, s níž dohromady tvoří vhodný celek a stává se tak účinným nástrojem vysoké kvality a ekonomiky pro všechny účastníky procesu výstavby nízkokapacitních vozovek. Vývojový diagram software pro návrh konstrukčních vrstev vozovek je uložen v PŘÍLOZE č. 1 tohoto manuálu. 1.1 Instalace Součástí dodávaného programu je instalační CD, tento návod pro práci s programem a licenční údaje se jménem a heslem k jejímu spuštění. Instalace programu se provede z instalačního CD do zvolené složky ve Vašem počítači spuštěním souboru Install.exe. Je to standardní instalační program dodávaný firmou Microsoft v programovacím jazyce VBA verze MS Office 2010 a je kompatibilní s operačním systémem Windows 7. 1.2 První spuštění Při prvním spuštění souboru software se zobrazí okno s výzvou zadání jména a hesla, které jsou uvedeny v souboru přihlašovací údaje. Po jejich zadání stiskněte tlačítko přihlásit. Tím se spustí vlastní program se zobrazením hlavního okna programu. Zobrazení při spuštění softwaru

1.3 Hlavní okno programu, vstupy Vstupy do programu se zadávají v jednotlivých kartách v hlavním okně programu a lze je ukládat do databáze. Karty jsou popsány v kapitolách 2.1 až 2.5. Zásadní pro zadávání potřebných údajů/vstupů do softwaru je provedení geotechnického průzkumu podloží (parametrizace podloží vozovky, výsledky dynamické penetrace a rázového modulu na ne/zlepšeném podloží, apod.). Další vstupy jsou běžné při návrhu konstrukčních vrstev vozovky. Hlavní okno softwaru pro dimenzování nízkokapacitních vozovek

1.4 Databáze projektů Při vkládání dat do jednotlivých karet programu lze data ukládat do databáze, která se generuje do složky, která byla zvolena při instalaci programu. Soubory dat z databáze projektů lze znovu zobrazit v softwaru načtením dat v kartě Údaje o projektu výběr projektu. Projekt lze nově založit, anebo také smazat. Výběr projektu z databáze programu (umístění: v kartě Údajů o projektu)

2 PRÁCE S PROGRAMEM Vlastní prohlížení dat a jejich editace se provádí v níže uvedených kartách. Struktura karet je zobrazena v kapitole 1.3. 2.1 Karta Údaje o projektu Do karty Údaje o projektu lze vypsat údaje o projektu, které se následně ukládají do databáze projektu. Tato data jsou součástí výstupu a identifikují základní údaje o projektu. Výběr zobrazovaných údajů ve výstupu je možné volit na pravé straně karty zaškrtávacími tlačítky Zobrazit ve výstupu. Stisknutím tlačítka Zpět na úvodní stranu se data uloží do databáze projektu a je zobrazeno Hlavní okno softwaru, kde je možné dále zadávat data do další karty Klimatické podmínky.

2.2 Karta Klimatické podmínky Karta Klimatické podmínky je rozdělena do tří částí, které slouží jako vstupy pro výpočet a posouzení vlivu klimatických podmínek. Jednotlivé části lze vyplnit přímo pomocí hodnoty, anebo pomocí zaškrtávacího tlačítka, anebo lze s výhodou využít příloh 1-4 pro jejich zpřesnění. Tato data jsou také součástí výstupu a identifikují klimatické podmínky a vlastnosti podloží, např. pro následný výpočet tepelného odporu. Stisknutím tlačítka Uložit do výpočtu se data uloží do databáze projektu a je zobrazena další karta Dopravní zatížení. 2.2.1 Index mrazu První dílčí částí karty Klimatické podmínky je zadání Indexu mrazu, který lze zadat pomocí hodnoty [ C]. Pro posouzení účinku mrazu na vozovku a podloží se stanovuje charakteristická hodnota indexu mrazu podle ČSN 73 6114, odečtením základní hodnoty z tabulky základních hodnot indexu mrazu pro území ČR (Příloha 2), nebo z mapy charakteristických hodnot indexu mrazu Im (pro střední dobu návratu 10 let); (Příloha 1). Návrhová hodnota indexu mrazu Im d se zvyšuje nebo snižuje podle článků B.2 až B.4, uvedených v normě ČSN 73 6114.

Přílohy jsou zobrazeny stisknutím tlačítka Příloha 1 Mapa, nebo Příloha 2 Tabulka v kartě Klimatické podmínky. Zavřením okna Mapa, nebo Tabulka se zobrazí karta Klimatické podmínky. Hodnota indexu mrazu slouží k výpočtu hloubky promrzání vozovky, která je uvedena v normě ČSN 73 6114; je započítaná při posouzení tepelného odporu konstrukce vozovky.

2.2.2 Vodní režim podloží Druhou dílčí částí karty Klimatické podmínky je zadání Vodního režimu podloží. Zadání se provede zaškrtnutím tlačítka, zda se jedná o vodní režim příznivý, nepříznivý, anebo velmi nepříznivý. Součástí je Podrobný výpočet, kterým se provede výpočet vodního režimu dosazením hodnot průměrné vzdálenosti hladiny podzemní vody a kapilární výšky dle tabulky pro určení hs podle obsahu zrn pod 0,02 mm (tabulka je uvedena pod výpočtem). Hloubka promrzání je vypočítána automaticky ze zadání hodnoty indexu mrazu v kartě Klimatické podmínky. Stisknutím tlačítka Spočti vodní režim se zobrazí výsledek vodního režimu, podle kritérií, které jsou uvedeny níže pod Tabulkou pro určení hs. Výsledek se automaticky přenáší do karty Klimatické podmínky a je uložen v databázi projektu stisknutím tlačítka Zpět na klimatické podmínky. 2.2.3 Namrzavost zeminy Třetí dílčí částí karty Klimatické podmínky je zadání Namrzavosti zeminy podloží. Zadání se provede zaškrtnutím tlačítka podle toho, zda se jedná o

zeminu mírně namrzavou, namrzavou, anebo vysoce namrzavou, nebezpečně namrzavou. Součástí je příloha tzv. Scheibleho kritérium namrzavosti, ve které lze namrzavost zeminy odečíst. Zavřením okna Scheibleho kritérium namrzavosti je zobrazena karta Klimatické podmínky. Stisknutím tlačítka Uložit do výpočtu v kartě Klimatické podmínky se data uloží do databáze projektu a je zobrazena karta Dopravní zatížení.

2.3 Karta Dopravní zatížení Karta Dopravní zatížení je rozdělena do dvou částí, které slouží jako vstupy především pro výběr vhodné skladby vozovky. Jednotlivé části lze vyplnit přímo pomocí zaškrtávacího tlačítka, anebo pomocí konkrétní hodnoty pro jejich zpřesnění. Tato data jsou také součástí výstupu a identifikují dopravní zatížení. V první části karty lze zvolit pomocí tlačítka přímo Předpokládané dopravní zatížení z celkem čtyř možností. Pro zpřesnění zadání se zaškrtne tlačítko u názvu Zpřesnění výpočtu dopravního zatížení. Dále se vybere jedna ze dvou možností zadání: buď Předpokládané množství odvozného materiálu [t], anebo denní intenzita těžkých nákladních vozidel TNV, a vloží se její konkrétní hodnota. Výběr, zda se jedná o Zatížení v nepříznivých podmínkách, nese především faktory, které mohou zvýraznit vliv běžného zatížení TNV jedná se především o působení dopravního zatížení v období jarního tání, rychlost pohybu vozidel a fluktuaci stop vozidel. Návrhové období životnosti vozovky se volí počtem let. Stisknutím tlačítka Uložit do výpočtu v kartě Dopravní zatížení se data uloží do databáze projektu a je zobrazena další karta Geotechnický průzkum.

2.4 Karta Geotechnický průzkum Karta Geotechnický průzkum je rozdělena do čtyř částí, které slouží jako vstupy především pro výběr vhodné skladby vozovky. Jednotlivé části lze vyplnit přímo pomocí zaškrtávacího tlačítka, anebo pomocí konkrétní hodnoty pro jejich zpřesnění. Tato data jsou také součástí výstupu. V první části je možné podle výsledků geotechnického průzkumu projektovaný úsek rozdělit na dílčí části, tzv. referenční úseky, je-li to vhodné/žádoucí z důvodu jejich velké rozdílnosti. Referenčním úsekům lze přidat popis (např. Km 1,2-1,3) a tyto úseky jsou dále vyplňovány v dílčích částech této karty. Ve druhé části se referenčním úsekům přiřadí Kategorie podloží. Výběr kategorie se provede podle Přílohy: Tabulka kategorizace podloží. Stisknutím tohoto tlačítka se zobrazí přehledná tabulka, ze které lze vybrat podle zjištěných parametrů podloží z geotechnického průzkumu odpovídající kategorii podloží. Zavřením okna Tabulka kategorie podloží je zobrazena karta Geotechnický průzkum.

Výsledky polních zkoušek, především zkoušky lehkou dynamickou deskou a statické zatěžovací zkoušky (pokud jsou k dispozici), lze uvést ve třetí dílčí části karty Geotechnický průzkum. Je zde také možnost při konzultaci s geotechnikem uvést návrh zlepšení podloží a předpokládané hodnoty M vd a E def,2 na zlepšeném podloží navýšit. Pro zpřesnění výpočtu lze doplnit také výsledky z laboratorních zkoušek do Výsledků zkoušek CBR ve čtvrté dílčí části. S výhodou lze také uložit ke kartě Geotechnický průzkum zprávu z provedeného geotechnického průzkumu. Stisknutím tlačítka Uložit dovýpočtu v kartě Geotechnický průzkum se data uloží do databáze projektu a je zobrazena další karta Typ konstrukce.

2.5 Karta Typ konstrukce Karta Typ konstrukce je rozdělena do tří částí, a generuje výslednou návrhovou skladbu vozovky. Jednotlivé části lze vyplnit přímo pomocí zaškrtávacího tlačítka, anebo pomocí rozbalovacího seznamu. Tato data jsou také součástí výstupu. Volbu Typ konstrukce zadává do softwaru uživatel dle připravené nabídky, která se generuje ze zadaných vstupů. V první dílčí části karty se zobrazují údaje, o který referenční úsek se jedná a jaké je předpokládané dopravní zatížení na tomto úseku. V druhé dílčí části je možné volit z Výběru dostupných materiálů. Na základě volby materiálu a předchozích zadání vstupů v kartách projektu se generují vhodné konstrukce vozovky, které lze použít při návrhu výsledné skladby vozovky. Vybranou konstrukci vozovky lze v třetí dílčí části graficky potvrdit, stisknutím na tlačítko Ukázat, které se zobrazí po vybrání konstrukce vozovky. Stisknutím tlačítka Uložit do výpočtu v kartě Typ konstrukce se data uloží do databáze projektu a je zobrazena karta Výpočet.

3 KARTA VÝPOČET Po zadání vstupních údajů do karet v kapitolách 2.1-2.5 je spuštěn výpočet. Tato karta obsahuje čtyři dílčí části. První dvě části se generují automaticky při uložení výběru skladby konstrukce vozovky v předchozí kartě Typ konstrukce. Pro každou konstrukční vrstvu se přiřazuje hodnota tepelného odporu a také požadavek hodnot modulů předepsaných v Metodickém průvodci návrhem a realizací vozovek nízkokapacitních komunikací. Ve třetí části karty je uvedeno posouzení, zda navržená konstrukce vozovky vyhovuje z hlediska ochrany proti účinkům promrzání (k výpočtu je potřeba zadat všechny dílčí části v kartě klimatické podmínky). Pokud konstrukce vyhovuje, je splněna podmínka R v R v,p. Ve čtvrté části karty je uvedeno posouzení, zda návrhová konstrukce vyhovuje z hlediska únosnosti. Hodnotí se modul přetvárnosti E def,2 na povrchu vozovky. Předpokládaný modul přetvárnosti byl stanoven jako výsledek zkoušek in-situ na konkrétních nízkokapacitních vozovkách v rámci řešení projektu. Návrhový modul přetvárnosti vychází z návrhové metody z teorie vícevrstvého pružného poloprostoru a grafické metody zvýšení únosnosti konstrukční vrstvou různé tloušťky.

Stisknutím tlačítka Přenesení do varianty v kartě Výpočet se data uloží do databáze projektu a je zobrazeno Hlavní okno softwaru, kde je možné dále zadávat data do karty Ekonomické posouzení. 4 KARTA EKONOMICKÉ POSOUZENÍ Po výpočtu konstrukce vozovky a uložení několika variant skladeb vozovek do databáze z karty Výpočet, lze provést ekonomické posouzení těchto variant. Karta Ekonomické posouzení je v Hlavním okně programu umístěna pod kartou Výpočet. Tato karta obsahuje tři dílčí části. V první části karty je možné v rozbalovacím seznamu vybrat variantu skladby vozovky. Pod Výběrem varianty se zobrazí označení referenčního úseku, pro který byl výpočet varianty proveden. Délka posuzovaného úseku a navržená šířka vozovky je zadána uživatelem pod položkou Referenční úsek. Ve druhé části karty se po výběru varianty zobrazí navržená konstrukce a také jednotná expertní cena za zhotovení vrstev vozovky z požadovaného materiálu a požadované tloušťky (jednotka m 2 ) podle ceníku OTSKP-SKP 2014 (Oborový třídník stavebních konstrukcí a prací staveb pozemních komunikací). Následují příklady těchto položek:

Tato ocenění jsou započítána do celkové ceny varianty. Pokud se uživatel rozhodne vložit do výpočtu vlastní cenu za zhotovení konstrukční vrstvy z požadovaného materiálu a požadované tloušťky, má tuto možnost. Jakmile jsou vyplněny vlastní souhrnné ceny, tak právě tyto jsou započítány do celkové ceny varianty. Pro každou vrstvu vozovky lze uvést Předpokládanou dovozní vzdálenost materiálu, která je také započítána do celkové ceny varianty. Načtením další položky lze s výhodou přidávat další položky do ekonomického posouzení. Celková cena se zobrazí pod zadanými položkami. Ve třetí části karty je možné variantu uložit do databáze a vybrat další variantu pro nové dosazení dílčích částí, kterou je možné znovu uložit do databáze. Tlačítko Porovnání variant (soubor pdf) zobrazí všechny uložené varianty v samostatném souboru s příponou pdf. Struktura dokumentu je následující: Výběrem dalšího referenčního úseku v kartě Typ konstrukce a následným posouzením typu konstrukce v kartě Výpočet, lze přidávat další varianty pro ekonomické posouzení. Finální, nejvhodnější varianta z ekonomického posouzení, je nakonec v první dílčí části karty Ekonomické posouzení vybrána z rozbalovacího seznamu a uložena do výstupu stisknutím tlačítka Uložit do výstupu (vlevo dole), následně pomocí tlačítka Zpět na úvodní stranu je zobrazeno Hlavní okno softwaru, kde je možné dále generovat výstupy do PC.

5 VÝSTUP/TISK DOKUMENTU Po ekonomickém posouzení navržených variant skladeb vozovek lze v kartě Výstup/tisk dokumentu vytisknout základní, nebo podrobný výstup zvolením tlačítka výběru a následným stisknutím tlačítka Tisk dokumentu (pdf). Požadovaný výstup se po volbě názvu souboru a jeho umístění ve složce uloží do dokumentu pdf. Výstupem softwaru je skladba navržené vozovky nízkokapacitní komunikace. Příklady základního a podrobného výstupu jsou uvedeny níže. Po uložení dokumentu do PC je zobrazeno Hlavní okno softwaru, kde je možné zadat data např. pro další referenční úsek v kartě Geotechnický průzkum. Poznámka: Na konstrukci vozovky lze samozřejmě dle dalších požadavků objednatele navrhnout a provést stmelený kryt (AC, OK, AK, SC) na nestmelený povrch, příp. na vrstvu stabilizace při dosažení modulu přetvárnosti cca 100 MPa (min. 80 MPa). Nemá-li (neměl-li) projektant v době zhotovení PD dostatečné potřebné údaje, nebo jsou-li základové poměry zjištěné po zahájení stavby odlišné od předpokladů použitých pro návrh, je třeba na tuto skutečnost reagovat; úpravy

projektu se mohou týkat jednotlivých dílčích úseků. Je třeba stanovit postupy řešení takovéto situace k dosažení konsenzu projektanta, dodavatele a objednatele/zadavatele stavby; úpravy návrhu s ohledem na skutečně zjištěné (změněné) podmínky by měly být umožněny - šetří finance i v podobě možných vícenákladů při údržbě, opravách, či nákladů z důvodů snížené životnosti!

Název akce/lokality/oblasti Označení komunikace Označení homogenního úseku Staničení úseku/staničení místa zkoušek Projektant Geotechnický průzkum/ Geotechnik Poznámky Datum výpočtu Referenční úsek č. 1 Kategorizace podloží: Příklad LC Hrádek - SZ II/5 km 1,2-1,8/1,5 Ing. Nový, Dosing s.r.o. Geotest s.r.o., RNDr. Mareček Rudolf Staničení (ZÚ) od rozcestí U zámku 5/13/2014 Referenční úsek 1 PS II Výsledek hodnoty M Vd [MPa] Výsledek hodnoty E def,2 [MPa] Poměr únosnosti zemin (CBR) podle ČSN 72 1015 [%] Cyklický modul CBR M R,CBR [MPa] Návrh zlepšení podloží Výsledek hodnoty M Vd [MPa] Výsledek hodnoty E def,2 [MPa] Hodnota CBR po zlepšení zeminy Navržená konstrukce vozovky Profil NK2-4A Konstrukční vrstva Tloušťka Mvd Edef2 [mm] [MPa] [MPa] MZKNK 200 40 70 ŠDNK 200 30 35 podloží vozovky Σ 400 20 15 Ekonomické posouzení 45 55 1. Bez zlepšení Podloží Délka úseku [km] 2 Šířka úseku [m] 5 Kalkulace podle Vlastní zadání Celková cena 2 425 000 Kč Z toho: Materiál 2 000 000 Kč Dovoz materiálu 375 000 Kč Ostatní položky 50 000 Kč

Název akce/lokality/oblasti Označení komunikace Označení homogenního úseku Staničení úseku/staničení místa zkoušek Projektant Geotechnický průzkum/ Geotechnik Poznámky Datum výpočtu Index mrazu [ C] Vodní režim podloží Namrzavost zeminy Předpokládané dopravní zatížení: Zpřesnění dopravního zatížení - hodnota TNV: Výsledná hodnota intenzity TNV Zatížení v nepříznivých podmínkách Návrhové období životnosti vozovky [počet let] Referenční úsek č. 1 Kategorizace podloží: Příklad LC Hrádek - SZ II/5 km 1,2-1,8/1,5 Ing. Nový, Dosing s.r.o. Geotest s.r.o., RNDr. Mareček Rudolf Staničení (ZÚ) od rozcestí U zámku 5/13/2014 300 Příznivý (Difúzní) Vysoce namrzavá, Nebezpečně namrzavá Střední sezónní, náhodné přejezdy (max. 50 TNV) Bez vyplnění Referenční úsek 1 PS II Výsledek hodnoty M Vd [MPa] Výsledek hodnoty E def,2 [MPa] Poměr únosnosti zemin (CBR) podle ČSN 72 1015 [%] Cyklický modul CBR M R,CBR [MPa] Návrh zlepšení Výsledek hodnoty M Vd [MPa] Výsledek hodnoty E def,2 [MPa] Hodnota CBR po zlepšení zeminy Navržená konstrukce vozovky Profil NK2-4A Konstrukční vrstva Tloušťka Mvd Edef2 [mm] [MPa] [MPa] MZKNK 200 40 70 ŠDNK 200 30 35 podloží vozovky Σ 400 20 15 45 55 1. Bez zlepšení Podloží Posouzení : Ochrana proti účinkům promrzání Skutečný tepelný odpor vozovky R v 0,211 Potřebný tepelný odpor vozovky R v,p 0,149 vyhovuje Posouzení : Modul přetvárnosti na povrchu vozovky Návrhový modul přetvárnosti 102 Předpokládaný modul přetvárnosti 70 vyhovuje

Ekonomické posouzení Délka úseku [km] 2 Šířka úseku [m] 5 Kalkulace podle Vlastní zadání Celková cena 2 425 000 Kč Z toho: Materiál 2 000 000 Kč Dovoz materiálu 375 000 Kč Ostatní položky 50 000 Kč

PŘÍLOHA 1 VÝVOJOVÝ DIAGRAM SOFTWARE PRO NÁVRH KONSTRUKČNÍCH VRSTEV VOZOVEK