Vodopropustné dlažební prvky a metody zkoušení vodopropustnosti

Vodopropustné jednovrstvé či dvouvrstvé betonové dlažební bloky či desky lze využít jako vodopropustný zpevněný povrch pozemních komunikací všude tam, kde je cíleno na hospodárné využití dešťové vody a také zpomalení odtoku dešťové vody do kanalizačního systému a částečnou retenci v městských aglomeracích, zástavbách rodinných a bytových domů, ale také průmyslových areálech atd. V úvodu článku jsou popsány dva druhy propustných povrchů s betonovou dlažbou a zároveň jsou představeny základní fyzikální a mechanické vlastnosti dlažby z vodopropustného betonu zjištěné v rámci probíhajícího výzkumu. Druhá část je věnována metodikám zkoušení, a to jak ve světě, tak v ČR.

Druhy vodopropustných povrchů využívajících betonových dlažebních prvků

Betonová dlažba s propustnými spárami

Existují dva způsoby řešení propustných povrchů s betonovou dlažbou. Prvním způsobem je betonová dlažba kladená s většími spárami zasypanými přírodním kamenivem definované frakce, které umožňují prosakování nebo infiltraci dešťové vody do půdy pod dlažbou.

Jedná se o klasickou dvouvrstvou dlažbu různých tvarů uváděnou na trh dle EN 1338 nebo EN 1339 [1], [2]. Designu této dlažby se meze nekladou, lze využít různé varianty tvarů, barev i výplňového materiálu spár.

Minimální šířka spáry by měla být v rozmezí 10 až 30 mm. Dle šíře spár a použitého materiálu dosahují takto zhotovené povrchy propustnosti cca od 50 do 200 l/​​m2/​​min. Vypočítané hodnoty propustnosti pro šíři spár od 10 do 40 mm u jednoho typu dlažby jsou uvedeny v tab. 1. 

Tab. 1 Porovnání propustnosti povrchu betonové dlažby o rozměrech 200 × 100 mm

Při výpočtu se vycházelo z laboratorně stanovené propustnosti dané frakce přírodního kameniva použitého pro zásyp spár. Požadovanou propustnost si může zvolit projektant dle požadavků a potřeb v daném území.

Pro zajištění deklarované propustnosti spár dlažby je třeba eliminovat zanášení pórové struktury samotné spáry pravidelnou údržbou a doplňováním kameniva do spár.

Jednovrstvá či dvouvrstvá dlažba vyrobená z vodopropustného betonu

Druhým způsobem je využití betonové dlažby vyrobené z vodopropustného betonu, která je kladená bez spár, neboť vodopropustnost je zajištěna dlažbou samotnou. V současné době jsou vyvinuté dlažby, které dosahují vodopropustnosti od 80 do 250 l/​​ m2/ min. Tato dlažba může být probarvená a její poněkud neobvyklý vzhled a drsnější povrch jsou dány její funkcí, tj. zajištěním vodopropustnosti.

V rámci projektu MPO TRIO FV40343, jehož cílem je výzkum a vývoj vodopropustného betonu, bylo provedeno provozní testování ve výrobně vibrolisovaných dlažeb, přičemž na více typech dlažebních kamenů byla také postupně odzkoušena škála receptur betonu. Pro návrh receptur byla zásadní křivka zrnitosti kameniva, resp. poměr drobného a hrubého kameniva. Tvar dlažby nemá na výsledky propustnosti zásadní vliv.

V tab. 2 až 4 jsou zdokumentovány základní fyzikální a mechanické vlastnosti vyrobených vzorků betonových dlažeb ve stáří 38 dní (výroba proběhla 13. října 2020 a zkoušky byly provedeny 20. listopadu 2020).

Tab. 2 Pevnost dlažebních prvků v příčném tahu
Tab. 3 Obrusnost dlažebních prvků

Tab. 4 Odolnost povrchu dlažebních prvků proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek

V ČR je pro uvedení výrobku na trh nutné zajistit autorizovanou osobou vypracované stavební technické osvědčení dle NV 163/2002 Sb., ve znění NV 312/2005 Sb. a NV /2015 Sb. (§ 8 posouzení shody výrobku výrobcem).

V Německu je pro betonové mezerovité dlažby určené pro vodopropustné konstrukce platná norma DIN 18507 z roku 2012 [4], která pro uvedení na trh udává systém řízení výroby uvedený v tab. 5.

Tab. 5 Druh a četnost zkoušek, systém řízení výroby dle DIN 18507

Zkoušení vodopropustnosti dlažebních prvků

V současné době v ČR neexistuje normová metoda zkoušení propustnosti vody betonovými výrobky. Ve světě se můžeme setkat s různými způsoby zkoušení vodopropustnosti. Německo a USA mají na zkoušení vodopropustnosti normu. Ve Finsku se využívají metody založené na amerických normách. V rámci ČR se přístupy ke zkoušení liší. Tato kapitola si dává za cíl představit přehled používaných norem a postupů.

V americké normě ASTM C1701/C1701M-09 [7] je základním vymezovacím prostředkem definovaný PVC kruh o průměru 300 mm a minimální výšce 50 mm. 

Zařízení pro zkoušení propustnosti vody dle ASTM C1701 [19]

Požadavkem je, aby voda protekla pouze přes vymezenou plochu, což zajišťuje utěsnění PVC kruhu ve styku s měřeným povrchem. Povrch před samotným měřením musí být navlhčen a zkouška musí proběhnout do 2 min od navlhčení. Postup zkoušky je takový, že je povrch zatěžován postupným naléváním 19 l vody, zároveň je pomocí stopek měřen čas. Výsledné hodnoty se pak dosazují do vzorců. Zkouška je označována jako single ring. Ve stejném duchu je i další americká norma ASTM C1781/C1781M-13 týkající se konkrétně měření propustnosti dlažeb [8].

Finové ve svém výzkumu [5] vyvíjeli zkoušku, kterou by vodopropustné betony mohli testovat. Pro prvotní ověření, jestli je propustnost betonu možná, se inspirovali výše uvedenými ASTM normami. Využili obyčejné PVC trubky spojené s povrchem betonu silikonovým páskem. Následně do tohoto prostoru nalévali odměřené množství vody a sledovali propustnost. Tato metoda ovšem nepřináší plnohodnotné výsledky, protože nalévání vody na povrch betonu není rovnoměrné v celé ploše a není možné tuto vodu na povrch nalít vždy za stejný čas, tudíž měření na různých vzorcích je pouze orientační.

Další americkou, ale nenormovou zkouškou je zkouška dle organizace NCAT (Národní centrum pro asfaltovou technologii). Naměřené hodnoty získané touto metodou se ve vědeckých článcích zpravidla porovnávají s hodnotami získanými z měření dle ASTM uvedených výše.

Při vyhledávání rešerší k této metodě bylo objeveno několik modifikací měřicího postupu. Na rozdíl od jednoduchého prstence popsaného výše zde byla např. používána nádoba, která obsahovala vícero válců o různé ploše, v thajsko-americké studii byly zas vy-užity pouze dva válce nad sebou. [9] Oficiální produkt od NCAT obsahuje válce čtyři. Největší a nejspodnější válec má plochu 167,53 cm2, následuje druhý s 38,32 cm2, přičemž plocha válců se postupně dál snižuje. [10] Množství vody, kterým zatěžujeme povrch, není ze studie ani z produktového listu této metody známo. Zmiňovanou aparaturu je možné vyhledat pod názvem Gilson permeameter [10].

Zkušební zařízení dle NCAT [10]

I další zkouška vychází opět z americké normy ASTM D3385-18, v ČR je známá pod označením ČSN EN ISO 22282 – 5 Geotechnický průzkum a zkoušení – Hydrotechnické zkoušky – Část 5: Vsakovací zkoušky [11]. V Německu byla tato norma dříve taktéž platná, nyní je zrušena [12]. Zkouška je oproti výše uvedeným rozdílná v tom, že je využito dvou válců v jedné rovině. Vnitřní válec musí mít průměr minimálně 200 mm, vnější musí mít dvojnásobek průměru vnitřního.

Vsakovací dvouprstenec neboli double ring dle ASTM D3385-18 [18]

Zkouška se využívá hlavně u propustnosti zemin. Výsledkem zkoušky je přítok do vnějšího a vnitřního prstence ke konci zkoušky, kdy dojde k ustálení přítoku vody. [13]

V Portugalsku se vodopropustný beton zkouší dle normy NLT-327/00 [15], v ČR je tato norma známá ve znění ČSN EN 12697 – 40 Asfaltové směsi – Zkušební metody – Část 40: Propustnost in situ [14]. Při těchto zkouškách se používá válec o objemu 5 l, který má na spodní části pryžové těsnění. 

Zkušební zařízení dle normy ČSN EN 12697 – 40 [17]

Zkoušená plocha má průměr 48 mm. Po porovnání s výše uvedenými metodami je na první pohled patrné, že zkoušená plocha patří k těm nejmenším ze všech. Výsledkem zkoušky propustnosti je čas, který je potřebný pro to, aby objem vody ve válci klesl z 5 na 1 l. Celkově by měl vzorek propustit vodu o objemu 4 l za určitý čas. Norma udává tuto veličinu jako dobu výtoku [s].

Metodika zkoušení propustnosti byla vyvinuta také Technickým a zkušebním ústavem Praha, s.p., (TZÚS) [6], přičemž jsou možné dvě varianty zkoušky.

U první varianty se zkouší pouze výrobek. 

Schéma uspořádání zkoušky propustnosti vody dle metodiky TZÚS — varianta 1

Boční strany zkoušeného dlažebního prvku se po celém obvodu natřou vodonepropustným nátěrem (např. epoxidovým) a po jeho vytvrzení se zkoušený prvek vloží do vsakovacího rámu s vnitřními rozměry maximálně o 1 mm většími, než jsou výrobní rozměry zkoušeného dlažebního prvku, a výšce minimálně 150 mm nad horní plochu zkoušeného dlažebního prvku. Styčná spára mezi horní stranou zkoušeného prvku a vsakovacím rámem se po celém obvodu utěsní pružným tmelem. Po řádném vytvrzení tmelu se takto připravené zkušební těleso umístí centricky na vodorovný ocelový rošt s velikostí oka minimálně 32 × 32 mm, jenž je situován nad sběrnou nádobou se šikmým dnem ve sklonu minimálně 1 : 5 vyústěným do výtokové trubice o vnitřním průměru minimálně 30 mm. Konec odtokové trubky má být umístěn ve výšce minimálně 400 mm nad podlahou. Půdorysné rozměry roštu a sběrné nádoby mají být nejméně trojnásobkem rozměru delší strany zkoušeného dlažebního prvku. Poté se provede vsakovací zkouška, kdy se definované množství vody nalije na zkušební prvek.

U druhé varianty se v podobném duchu zkouší celý systém, tedy zejména dlažba s propustnými spárami.

Schéma uspořádání zkoušky propustnosti vody dle metodiky TZÚS — varianta 2

Stejně jako u předchozí metodiky je třeba podotknout, že rychlost nalévání vody na povrch ovlivní výsledek zkoušky. Při pohledu na ilustrativní obrázky zkoušky dle metodiky TZÚS je patrná částečná inspirace americkou normou ASTM, v tomto případně má však rám půdorys obdélníkový. Dalším specifikem zkoušky navržené TZÚS je zatírání bočních hran vodonepropustným nátěrem. U žádné jiné zkoušky se toto nepraktikovalo. Navržená metoda je v porovnání se všemi zmíněnými metodami nejsložitější, a to jak s ohledem na přípravu vzorků, tak i z pohledu samotného zkoušení vodopropustnosti.

Dle německé normy DIN 18507 z roku 2012 [4] se pro zkoušení vodopropustnosti používají zkušební rámečky s vnitřním pryžovým těsněním na kulaté (vývrty) či hranaté vzorky uvedené na následujícím obrázku.

Schéma uspořádání zkoušky propustnosti vody dle metodiky DIN 18507

Připravené vzorky se před zkouškou uchovávají ponořené pod vodou po dobu nejméně 24 h. Zkouška poté spočívá v tom, že se na zkušební vzorek nalévá voda po dobu 15 min a v čase mezi 11. a 15. min se změří množství vody, které zkušebním vzorkem proteklo.

Další metodika zkoušení vodopropustnosti byla vyvinuta na FAST VUT v Brně. Základními požadavky bylo najít metodiku jednoduchou, s možností využití in situ.

Testování vodopropustnosti betonu dle metodiky FAST VUT v Brně

Postup zkoušky je následující. Vzorek vodopropustného betonu o rozměrech 200 × 200 mm a tloušťce 100 ± 20 mm se položí na kovový rošt, pod nímž je nádoba na zachycení vody tekoucí přes vzorek. Na zkoušený vzorek přiložíme zkušební válec a zkontrolujeme, zda těsnění na vzorku dokonale sedí. Aby pryžové těsnění i dokonale těsnilo, zatížíme přístroj přes příložnou desku. Poté kulový ventil zavřeme a naplníme odměrný válec vodou tak, aby se vodní hladina dotýkala černé rysky znázorňující objem 1 090 ml. Plnění do této úrovně se provádí, protože objem vnitřní části kulového ventilu a prostoru pod ním je právě 90 ml, a tudíž při otevření ventilu dojde k poklesu hladiny vody ve válci na rysku 1 000 ml. Ze samotného zkoušení máme naměřeny hodnoty velikosti plochy a, b zkoušeného vzorku a čas, za který projde vzorkem 900 ml vody, tedy t900. Tyto veličiny dosazujeme do vzorce

kde Vválce je množství vody, která prošla betonem za měřený čas, tj. 0,9 l, t900 čas, za který projde betonem množství vody Vválce, a a, b jsou rozměry plochy zkoušeného vzorku.

Výsledná hodnota je počet litrů vody, kterou je beton schopen propustit za jednu minutu plochou 1 m2. Vzhledem ke shodnosti jednotek lze také říci, že se jedná o množství srážek [mm], které je beton schopen za jednu minutu propustit.

Závěr

Vodopropustná dlažba je doporučována jako adekvátní náhrada nepropustných povrchů chodníků, příjezdových cest, parkovacích ploch, cyklostezek, teras apod. Její výhodou je nejen zadržování vody v dané lokalitě, doplnění podzemních vod, zlepšení mikroklimatu (vyšší vlhkost a nižší teploty v letním období), ale také např. snížení nákladů na retenční nádrže či omezení zálivky okolní zeleně. Účinnost této dlažby je samozřejmě snížena, vyskytují-li se v podloží jílové nepropustné zeminy. V případě využití dlažby v rámci celého systému vodopropustných konstrukcí (nejjednodušší konstrukcí je spodní vrstva ze štěrkodrti) lze vodu pod celou plochou retenovat a dále akumulovat, a tedy v dané oblasti dále využívat.

Na FAST VUT v Brně byly vyvinuty receptury hydraulicky stmelených podkladních vrstev (KSC), které splňují všechny mechanické a trvanlivostní parametry a přitom mají vysokou vodopropustnost až 120 l/​​m2/​​min. Pro zajištění dlouhodobé deklarované propustnosti dlažby je třeba eliminovat zanášení pórové struktury čištěním dlažebního prvku, nečistoty (pouliční smetí, listí apod.) se musí odstraňovat. Je vhodné v pravidelných intervalech provádět čištění dlažby stroji k tomuto účelu určenými, příp. je vhodné čistit dlažbu tlakovou vodou.

Z uvedeného přehledu norem a zkušebních postupů je zřejmé, že pro další vývoj vodopropustných dlažeb by bylo vhodné sjednotit metodiku jejich zkoušení a také legislativní podmínky pro uvedení výrobku na trh.

 

Literatura

[1]    ČSN EN 1338. Betonové dlažební bloky – Požadavky a zkušební metody. Praha: ČNI, 2004. Účinnost od 1. 1. 2005.

[2]    ČSN EN 1339. Betonové dlažební desky – Požadavky a zkušební metody. Praha: ČNI, 2004. Účinnost od 1. 1. 2005.

[3]    LIAPOR [online]. Lias Vintířov, lehký stavební materiál k.s. Dostupné z: liapor.cz

[4]    DIN 18507. Pflastersteine aus haufwerksporigem Beton – Begriffe, Anforderungen, Prūfungen, Überwaschung. 2012-08.

[5]    KUOSA, H., HOLT, E. Vývoj trvanlivého vodopropustného betonu pro potřeby hospodaření s dešťovou vodou ve Finsku. In: Sborník Espoo Finland 2014. VTT Technical Research Centre of Finland.

[6]    TZÚS [online]. TZÚS, s.p. Dostupné z: tzus.cz

[7]    ASTM C1701/C1701M-09. Standard Test Method for Infiltration Rate of In Place Pervious Concrete.

[8]    ASTM C1781/C1781M-13. Standard Test Method for Surface Infiltration Rate of Permeable Unit Pavement Systems.

[9]    CHEN, L.-M., CHEN, J.-W., CHEN, T.-H., LECHER, T., DAVIDSON, P. C. Measurement of Permeability and Comparison of Pavements. Water [online]. March 2019, 11(3), 8 – 12. [cit. 2021-12-23]. Dostupné z: mdpi.com/2073 – 4441/11/3/444

[10]  Manual for NCAT Asphalt Field Permeameter Kit. Gilson Company, Inc. [online]. USA: Gilson Company, 2021. [cit. 2021-12-23]. Dostupné z: globalgilson.com/Content/Images/uploaded/pdf/product-manuals/manual-asphalt-field-permeameter.pdf?v=20211223032011966

[11]  ČSN EN ISO 22282 – 5. Geotechnický průzkum a zkoušení – Hydrotechnické zkoušky – Část 5: Vsakovací zkoušky. 

[12]  DIN 19682 – 7:2007 – 07. Soil quality – Field tests – Part 7: Determination of infiltration rate by double ring infiltrometer. Normservis s.r.o. [online]. Ždár nad Sázavou: Normservis, 2021. [cit. 2021-12-23]. Dostupné z: eshop.normservis.cz/norma/din-19682 – 7‑1.7.2007.html

[13]  BLAHUT, D. Srovnání výsledků vsakování vody z polních experimentů a numerického modelování. Brno, 2017. Diplomová práce. FAST VUT v Brně. Vedoucí práce Ing. David Duchan, Ph.D.

[14]  ČSN EN 12697 – 40. Asfaltové směsi – Zkušební metody – Část 40: Propustnost in situ. Praha: ČAS, 2021.

[15]  NLT-327/00. Permeabilidad in sítu de pavimentos drenantes con el permeámetro LCS. 1. 2. 2000.

[16]  Drainbeton – Pervious concrete for road surfaces. Betonrossi [online]. Itálie: Betonrossi S.p.A., 2021. [cit. 2021-12-21]. Dostupné z: betonrossi.it/en/drainbeton/pervious-concrete-road-surfaces

[17]  Double ring infiltrometer – operating instruction [online]. Eijkelkamp Soil & Water. Dostupné z: soilmoisture.com/pdfs/Resource_Instructions_0898-2830_2830K1%20Double%20Ring%20Infiltrometer.pdf

[18]  Infiltration test preparation on slab specimen according to ASTM 1701. SciELO – Scientific Electronic Library Online [online]. Brasil: IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto, Oct 2018. [cit. 2021-12-21]. Dostupné z: scielo.br/j/riem/a/tXhWYPYvKTgJxXH5vbFvQsQ/?lang=en#ModalFigf3

[19]             KUOSA, H., NIEMELÄINEN, E., KORKEALAAKSO, J. Pervious pavement testing methods. State-of-the-art and laboratory and field guideline for performance assessment. Research report VTT‑R 08225 – 13. VTT Technical Research Centre of Finland.

 

Tento příspěvek vznikl v rámci řešení programu MPO TRIO FV40343 Konstrukční systémy zpevněných ploch a komunikací na bázi silikátů pro ekologické hospodaření se srážkovou vodou.

Autoři

WATER-PERMEABLE PAVING ELEMENTS AND METHODS FOR TESTING PERMEABILITY
Permeable single-layer or two-layer concrete paving blocks or flags can be used as a water permeable road surface wherever the focus is on an economical use of rainwater and to slow down rainwater runoff into the drainage system. It is also used for a partial retention of water in urban agglomerations, in the development of family houses and apartment buildings, in industrial areas etc. The introduction describes two types of permeable concrete paving and its basic physical and mechanical properties. The second part of the article is devoted to permeability-testing methodologies, used both worldwide and in the Czech Republic.

15. 8. 2019 | Materiály a technologie

Současné trendy ve využití lehkého betonu

Článek volně navazuje na příspěvek „Lehký beton“, který vyšel ve speciální příloze časopisu Beton TKS [1] a kde lze nalézt více informací o historii a technologických aspektech lehkých betonů. Cílem tohoto příspěvku je ukázat obvyklé využití těchto betonů včetně zajímavých rea...
1/2022 Technologie | 10. 3. 2022 | Materiály a technologie

Použití recyklovaného kameniva do betonu

Článek v první části předkládá důvody k recyklaci stavebního a demoličního odpadu a k jeho použití pro výrobu betonu. Upozorňuje na důležité skutečnosti, které se s použitím recyklovaného kameniva do betonu pojí, shrnuje normativní a legislativní požadavky a praktické otázky t...