A közlekedési infrastruktúrák közül a mesterséges viziutak, az utak, a vasutak, a repülőterek, az intermodális logisztikai létesítmények használói, a forgalmi és a klimatikus viszonyoknak egyaránt kitett szóban forgó létesítmények tervezési élettartamával legalább megegyező tartósságú anyagokon alapuló szerkezeti megoldásokat igényelnek. Hiszen az üzemeltetés során ezektől várható el a tervezett szolgáltatási színvonal megtartása, minimalizálva a létesítmények karbantartásából következő ideiglenes használati korlátozás okozta gazdasági károk mértékét.
Az ilyen igénynek a felsorolt alkalmazási területeken ‒ mondhatni két évszázados tapasztalatok szerint ‒ a betonból készített szerkezetek igen jól megfelelnek. A téma jelen áttekintése során terjedelmi okokból csak az országos közúthálózat útjaival és műtárgyaival, a repülőtéri, a logisztikai központi alkalmazásokkal foglalkozunk. Nem tárgyaljuk a vasúti, a városi gyorsvasúti és metró-hálózati viziúti mérnöki szerkezeteket és műtárgyakat, bár ezek is fontos területei a beton közlekedésépítési alkalmazásának.
A beton közlekedésépítési alkalmazásának történelmi fejlődése
A beton cementből, vízből és ásványi adalékanyagokból készült keverék az ókor óta alapvető anyaga az építésnek, azon belül a közlekedéséi létesítmények építésének is. A beton lényegét adó hidraulikus kötőanyagot már az ókorban is ismerték. A föníciaiak a tengeri építkezéseikhez téglapor és mész keverékéből készített hidraulikus tulajdonságú kötőanyagot használtak. A romaiak i.e. 300-tól az építészetükben használt hidraulikus habarcsaikat vulkáni tufák vagy téglapor felhasználásával készítették. Épületeik (pl. a római Pantheon kupolája, ami napjainkig a legnagyobb betonból készült ilyen építmény), hídpilléreik építése során a „caementum" kötőanyagot (romai cement) alkalmazták, amellyel víz alatt is tudtak épületszerkezeteket készíteni. Útjaik ilyen kötőanyaggal összekevert kavicsból készült rétegeit a mai útpályaszerkezetek cementstabilizációs vagy hidraulikus kötőanyagú alaprétegei előképének tekinthetjük. A rómaiak által használt beton ‒ a Római Birodalom bukása (i.u. 5. század) után ‒ a 15. század végéig feledésbe merült. 1499-ben a párizsi Notre Dame oszlopainak kapcsolatainál pozzolani habarcsot használtak. Angliában, a londoni West Indian Dokk építésénél 1800-ban használtak először nagy tömegben betont.
Az első betonburkolatú utakat Skóciában (1865. Inverness, 1872. Edinburgh) építették, jóval a portlandcement gyártásra Angliában bejegyzett (1824) szabadalom után. Franciaországban, 1876-ban (Grenoble), Németországban, 1888-ban (Breslau), az USA-ban, 1892-ben (Bellefontaine, Ohio szövetségi állam) építettek először betonburkolatú utakat. A beton útburkolatok építésének fejlődése az I. Világháború után az USA-ban volt a leggyorsabb, ahol 1925-ben a betonburkolatú utak hossza már 50 ekm (ebből 27 ekm autópálya) volt. Németországban a betonburkolatú utak építésének fellendülése 1934-ben kezdődött. Az akkori 337ezer négyzetméterre tehető felület 1939-re 63 millió négyzetmétert ért el és ennek 90 %-a autópálya burkolat volt.
A történelmi Magyarországon az első betonburkolatú utat 1911-ben Iglón építették. Az ország jelenlegi területén az első betonburkolatú útszakasz 1927-ben készült el az akkori 1. (jelenlegi 10.) számú főúton (1. kép); 1975-ig mintegy 1800 km ilyen burkolatú közút épült. Ezek közül ki kell emelni a Népszövetség kölcsönével finanszírozott I. rendű főutak betonburkolatú szakaszait, a II. világháború után épült ugyancsak ilyen burkolatú főútszakaszokat, és végül, de nem utolsó sorban az M1-M7 autópályák közös szakaszát (8 km), az M7-es Törökbálint - Balatonaliga (2. kép) 78 km-es autópálya és a Balatonaliga - Zamárdi félautópálya (22 km) szakaszait.
1965-ben a 29 000 km-es országos közúthálózaton a betonburkolatú útszakaszok részaránya mintegy 5 % volt. 2002-re a részarány 0,2 %-ra csökkent. A csökkenés azért következett be, mert
- az 1927-1944 között épült útszakaszok vékony (15-18 cm) betonburkolatai a II. világháború alatt megrongálódtak és az elmaradt fenntartás miatt az 1960-as évek végére tönkre menetek. A forgalom fenntartása melletti rekonstrukciós építés egyetlen lehetőségével, aszfaltburkolat ráépítésével lehetett azokat a közúti forgalomra újra alkalmas állapotba hozni.
- az 1947 és 1970 között épült új közúti betonburkolatok az útbetonhoz alkalmatlan gyorsan kötő cementek, a betonkeverékben a fagyállóságot biztosító légpórus-képző szerek hiánya és a II. világháború előtti korból megmaradt korszerűtlen keverékgyártási és beépítési technika miatt rossz minőségűek voltak1.
- az M7 autópálya 1962-1975 között épült betonburkolatához a téli útüzem sózásos jégmentesítési igénybevételeit is elviselő betonkeverék gyártásához és beépítéséhez jó technika csak 1970-től állt rendelkezésre. Viszont a teherátadó vasalás nélküli hézagoknál a forgalom okozta lépcsőképződés, a rossz minőségű hazai hézagkiöntő anyagok importkorlátozás miatti alkalmazási kényszere, a nem megfelelő fenntartás okán az attól kezdve épített burkolat szolgáltatási színvonala mégsem felelt meg a jogos igényeknek. Ezért a betonburkolat építését az országos közúthálózaton az M7 építésének átmeneti felfüggesztése során 1975-ben leállították; az M1-M7 bevezető szakaszát és az M7 balpályát a 34-es szelvényig 1977-78-ban aszfaltburkolatúvá építették át, majd a balpálya a 80-as évtizedben a 34-112 km szelvények között vékonyaszfalt szőnyeget kapott. Az M7 teljes körű aszfaltburkolatú átépítését a 2000-2002-ben végrehajtott rekonstrukció hozta el.
A beton a 19. század elején világszerte megjelent a közlekedési vonalak műtárgyainak (hidak, átereszek, alagutak) építésben is. Kezdetben hidak nagy tömegű alapozásainál, pilléreinél használták; 1812-1816 között Franciaországban Souillac-nál, a Dordogne folyón épült az első betonból készült híd (3. kép), aminek építése során semmiféle vasalást nem használtak. Már kezdetektől kísérleteztek a beton kovácsoltvasból készített rudakkal történő megerősítésével. A vasbeton feltalálására viszont az 1880-es évekig várni kellett, amikortól már Siemens-Martin acélból készült rudakat alkalmaztak a betonban, és ezzel megkezdődhetett a vasbeton-szerkezetek máig tartó fejlődése.
Beton útburkolatok visszatérése az országos közúthálózatra
Az M7-es autópályán egy 1973-as szakági döntés miatt 1975-ben befejeződött a betonburkolat építés, így az országos közúthálózaton 1997-ig nem épült ilyen burkolatú út. A gyorsforgalmi utakon a kezdetektől (1962) alkalmazott betonburkolatú merev pályaszerkezetet (M1-M7 és M7) 1973-ban felváltotta az aszfaltburkolatú félmerev pályaszerkezet, először az M1-es autópályán, majd a többi vonalon is (M0, M3, M5). 2004-ig ez maradt a járatos megoldás (4. kép). Az ilyen pályaszerkezetek alaprétege telepen kevert cementstabilizáció (CKT), vagy soványbeton (C12).
Az útpályaszerkezetek tervezésében és építésében a nemzetközi gyakorlatban, az 1990-es években egyre inkább tért nyer az a gondolat, hogy a korábbi gyakorlat szerinti 20 éves tervezési élettartamú pályaszerkezeteketl ‒ elsősorban az intenzív nehézforgalommal is terhelt utakon ‒ hosszabb tervezési élettartamú (35-40 éves) útpályaszerkezetekre kell cserélni (Long Life Pavement) és azok szolgáltatási színvonalbeli alkalmasságát életciklus méretekben célszerű megítélni. A mértékadó európai pályaszerkezet tervezési és építési gyakorlat szerint ‒ különösen a belga, osztrák és német tapasztalatok nyomán ‒ a csatornázottan mozgó nehézforgalom hatásait főleg betonburkolatú pályaszerkezetekkel lehet elfogadható életciklus költségszinten kielégíteni.
Az 1997-2003-ig végzett hazai vizsgálatok a nehézforgalomra alkalmas betonburkolatok és aszfaltburkolatok életciklus költségeit vizsgálva, a beruházási, fenntartási és társadalmi költségek összegeit az aszfaltburkolatokat lényegesen drágábbnak mutatták a betonburkolatokénál. Ennek oka az, hogy a szolgáltatási színvonal megtartása érdekében a termoplasztikus tulajdonságú aszfaltburkolatot ‒ az aszfalt kezdeti tulajdonságainak itt nem részletezhető leromlása miatt ‒ részben vagy egészben, 15-25 éves üzemidő után ki kell cserélni, míg a betonburkolat életciklusa végén (45-50 év) jut erre a sorsra. A jövő kilátásait felmérve tudnunk kell még, hogy az intenzív nehézforgalmat elviselő nagymodulusú aszfaltkeverékek csak modifikált bitumenekkel készíthetők. Ezek a kötőanyagok – lévén speciális kőolaj származékok ‒ drágábbak a normál útépítési bitumeneknél, valamint az útépítési betonkeverékekhez alkalmas cementeknél és áruk a cement áránál nagyobb mértékben nőtt az elmúlt 20 évben. Ez a tendencia tartósnak mutatkozik.
Az országos közúthálózat kezeléséért felelős szervezet előtt az 1990-es évek második felében világossá vált, hogy a hazai közúthálózaton vannak és lesznek olyan forgalmi igénybevételek (pl. az M0, illetve az M1, M3, M4, M5, M6 Budapesttől számított 100-120 km-e), amiknek csak a betonburkolatú, esetleg kompozit burkolatú utakkal lehet megfelelő szolgáltatási színvonalon megfelelni, lévén az ilyen burkolatok ‒ szemben akár a nagymodulusú aszfaltokkal ‒ nem nyomvályúsodnak. A hosszú élettartamú útburkolatok kifejlesztése során kialakult nemzetközi gyakorlat tanulmányozása, a nehézforgalommal terhelt hazai aszfaltburkolatú utak kezdeti szolgáltatási színvonala fenntartásnak költséges volta, a betonburkolat építési technológiák közúthálózati újra történő alkalmazásba vételét célzó kísérleti munkák2, valamint próbaszakasz3 építés tapasztalatai alapján a Kormány 2003 végén úgy határozott, hogy az M0-ás autópálya és az M31-es autópályára betonburkolatú legyen. Az M0-ás autópálya keleti szektorában az M5-ös autópálya és a 4-es főút közötti 13 km-es szakasz 2006-os forgalomba helyezésével (5. kép), a betonburkolat visszatért az országos közúthálózatra.
2013-ra az M0 autóút 2×3 forgalmi sávos autópályává bővült (6. kép), aminek az M5-M3, az M5-51-es főút közötti szakaszai, valamint az M5 és 6-os út között a jobbpályája, a 6-os út és az M7 közötti balpályája betonburkolattal épült; az M7 és az M1 közötti balpálya ugyancsak betonburkolatú lesz. Soron van a még aszfaltburkolatú szakaszok (M1 és 6-os út közötti jobbpálya, 6-os út és 51-es út közötti balpálya) betonburkolatú rekonstrukciójának tervezése.
2010-ben forgalomba helyezték az M31-es autópályát az M0 és az M3 között (7. kép).
Várható, hogy az M1, M3, M5, M6 autópályák Budapesttől számított kb. 100 km-nyi szakaszainak első életciklusa lejártakor, (kb. 2020-2040 között), az akkor megfelelő teljesítményű pályaszerkezetre kell a régieket cserélni, amely valószínűleg a betonburkolat akkor járatos formája lesz, mert bizonyos, hogy akkoriban a bitumenek és a cementek áraránya a bitumenek rovására a mainál rosszabb lesz és az aszfaltgyártás energia igénye a betonkeverék gyártásánál is nagyobb marad.
A jövő betonburkolat építési feladatai nagyterhelésű közutakon felül kiegészülnek minden olyan útpálya felülettel, ahol az álló a lassan kanyarodó nehézjármű forgalom a mértékadó igénybevétel; tehát: nehézjármű parkolókban, konténer terminálokban, nagy nehézforgalmú közúti körforgalmakban (8. kép).
Repülőterek
A betonburkolatok másik alkalmazási területe világszerte a nemzetközi légiforgalmat, valamit katonai légiforgalmat lebonyolító repülőterek. Ezeken a hatalmas szilárd burkolatú felületeken a betonburkolat a nagyméretű repülőgépek futóműveinek terhelése, nemkülönben a burkolatok üzemeltetési megbízhatóságának igénye miatt ‒ különösen a forgalmi és műszaki előtereken ‒ annyira domináns, mint az aszfaltburkolat az kis- és közepes nehézforgalmú közutakon.
Magyarország szilárd burkolatú katonai, illetve menetrendszerinti forgalmat lebonyolító polgári repülőterei az 1940-es évektől kezdve betonburkolattal épültek (9. és 10. kép). Az 1950-es években, a repülőtér építésben nagy teljesítményekre képes magyar útépítő ipar az 1980-as-1990-es években a katonai repülőterek és a Ferihegyi repülőtér bővítési és rekonstrukciós munkáin – az akkori legmodernebb betonútépítési technológiákat és felszereléseket használva (11. kép) – őrizte meg technológiai tudásbeli képességeit, amelyek fontos tényezői voltak annak, hogy a 21. században a betonburkolatok visszatérhettek országos közúthálózatra.
A repülőterek legnagyobb terhelésnek kitett burkolt területei méretét szemlélteti a 12. kép, amely a Liszt Ferenc (Ferihegyi) repülőtér 1-es és 2-se termináljaihoz tartozó forgalmi előtereket ábrázolja. Az ilyen területek betonburkolatának vastagsága a 65 cm-is elérheti. Példa ere a London Heathrow repülőtér 5-ös termináljának forgalmi előtere (13. kép), amely alkalmas az 560 t felszálló súlyú Airbus A380-as repülőgép fogadására is.
Intermodális logisztikai létesítmények
Az intermodális logisztikai létesítmények burkolatával szemben támasztott igény: nagy fajlagos terhet jelentő konténer rakatok, a közúti teherjárművek kerékterhelését két-háromszor meghaladó kerékterhelésű konténerrakodó-gépek támasztotta igénybevételek deformáció mentes elviselése, kis fenntartás igény, hosszú távon zavartalan üzemet biztosító szolgáltatási színvonal. Ennek az igényszintnek csak a hézagaiban vasalt, vagy folyamatos vasalású beton-burkolatok (14. kép), valamint a speciális térkő-burkolatok felelnek meg.
Közúti műtárgyak
A beton alkalmazását illetően a
- műtárgyak alapozása,
- folyamokon, illetve folyókon átkelő hidak,
- völgyeket áthidaló hidak,
- különszintű közúti, vagy vasúti keresztező műtárgyak (felüljárók és aluljárók),
- támfalak,
- valamint az alagutak érdemelnek figyelmet.
Magyarország országos közúthálózatán 2013-ban 7449 db híd volt, ebből 1729 db (~23 %) a hálózat 4,2 %-át (2013) kitevő gyorsforgalmi utakon van. A hídállomány felszerkezetének kereken 80 %- vasbeton, illetve feszítettbeton. A feszítettbeton felszerkezetek fele előregyártott gerendával készült.
A vasbeton felszerkezetek rugalmasan alkalmazhatók a megoldandó geometriai és statikai feladatokhoz. Monolitbeton ívhidak (15. kép), előregyártott gerendájú tartószerkezettel együttdolgozó monolit vasbeton hídlemez felszerkezetű hidak, szabadon betonozott, vagy szabadon szerelt, szekrénytartós gerenda hidak, monolit felmenő- és felszerkezetű megoldások egyaránt készíthetők különböző vasbetonokból (16. kép), mint ahogy kábelhidak (17. kép), illetve ferdekábeles felszerkezetű hidak pilonjai is (18. kép).
A vasbeton felszerkezetek különleges megoldása az, amidőn a felszerkezet egyben az átvezetett út burkolata is. Ez a megoldás az amerikai kontinensen bevett gyakorlat (19. kép), Európában még nem az, bár a nagyteljesítményű betonok alkalmazásba vételével kezd már elterjedni. Hazai bevezetésének megalapozását az M7 autópályán 2006-ban épített kísérleti aluljáró (20. kép) szolgálja.
A beton építési alkalmazásának elterjedése óta a (19. század) hidak alapozásához már kizárólagosan ezt az anyagot használják. Az alkalmazások a síkalapoktól a mélyalapozások ‒ kút-, szekrény-, résfal alapok, különböző vert, illetve fúrt (pl. CFA, Soil Mec, Benoto, stb.) vasbeton cölöpalapok ‒ teljes spektrumáig terjed.
Magyarországon a Duna az egyetlen folyam és a Tisza az a folyó, amiket keresztező közlekedési vonalak hídjainak támaszkiosztásánál a hajózás szempontjaira is figyelemmel kell lenni. A Duna főmedrének hajózási követelményei miatt az egy nyílással áthidalandó távolság olyan hosszú (min. 100 m), hogy azt acélból készült felszerkezettel olcsóbb áthidalni, mint betonból készülttel. A Tisza főmedrét, illetve Duna mellékágainak medreit a hajózási szelvények kisebb méretei miatt mind acélból-, mind feszített betonból készült tartószerkezettel gazdaságosan át lehet hidalni.
A völgyeket áthidaló közúti hidak anyaga napjainkra mind az alapozást, mind a felmenő szerkezetet illetően hazánkban kizárólag vasbeton; a felszerkezet állhat feszített beton előregyártott gerendákból és monolit vasbeton együttdolgozó lemezből, vagy lehet a hídfőben betonozott, betolt, feszítettbeton szekrénytartó, vagy előregyártott feszítettbeton szekrénytartó elemek szabadon szerelve, esetleg betolt öszvér szerkezet (21. kép)
A különszintű közúti keresztezések alul- vagy felüljáró hídjai sík-, vagy mélyalapozásának anyaga monolit vasbeton, felmenő szerkezetei készülhetnek monolit vasbetonból, esetleg előregyártott vasbeton szerkezetből. A felszerkezet készülhet monolit vasbetonból, előregyártott feszítettbeton gerendákból monolit pályalemezzel, öszvér szerkezettel (22. kép).
A bevágási szelvények szűkítésének egyik módszere a támfalak alkalmazása. Az ilyen műtárgyak anyaga a napjainkra már jobbára vasbeton; pl. CFA cölöpöket összefogó vasbeton szerkezet (23. kép).
A közutak különleges létesítményei az alagutak, amiknek meghatározó építőanyaga a múlt század közepe óta már a vasbetonbeton, akár bányászati módszerekkel, akár alagútépítő géprendszerekkel (TBM, Tunnel Boring Machine), akár nyílt munkagödrös un „cut and cover" eljárással építik azokat meg. A közúti alagutak építése során TBM-et ritkán használnak a közúti űrszelvény nagy méretei miatt.
A közúti alagutak un. zárt szakaszait európai körülmények között a legtöbb esetben bányászati módszerekkel4 hajtják ki és szerkezetüket az elsődleges biztosítást adó, vasalt lőttbetonból készülő külső héjból és a szigetelést is tartó vasbeton teherhordó belső héjból építik fel. Az alagútba foglalt víztelenítési és felszíni vízelvezetési rendszer legtöbb szerkezete ugyancsak betonból, esetleg polimerbetonból készül. Az alagútban az útburkolat tűzvédelmi okokból akkor is betonburkolat, ha az alagúton kívüli útszakaszok aszfaltburkolatúak. Magyarországon az M6-os autópálya Bátaszék-Véménd szakaszán, a Geresdi Dombságban négy alagút épült bányászati módszerekkel 3133 m hosszban, 2008-2010-ben (24. kép).
Hasonló technikával fognak épülni az M0-ás autópálya északi és nyugati szektorának alagútjai, és az M2-es autópálya Vác-Paraspuszta szakaszának alagútja. Az M10 és M85-ös autóutak alagútjai valószínűleg „cut and cover" építési módszerrel is elkészíthetők lesznek.
Dr. Keleti Imre
aranydiplomás építőmérnök, okleveles gazdasági mérnök, egyetemi dr., a Magyar Betonburkolat Egyesület elnökségi tagja
Irodalom 1. Dr. Keleti Imre: A betonburkolat helye a magyar közúthálózaton. Közlekedési és Mélyépítési Szemle, 2006. 6. 2. Dr. Keleti Imre, Grabarits József, Dr. György Pál, Fábián Miklós Pankotai Csaba: Az M6 autópályává fejleszthető autóút Szekszárd-Bóly szakasza alagútjainak tervezése. KMÉSZ 2006. 9.-10. szám. 3. Dr Keleti Imre, Dr. Ambrus Kálmán, Dr. habil Gáspár László, Dr Pallós Imre: A pályaszerkezet rehabilitáció lehetséges megoldásai az M0-s útgyűrű déli szektorában az autópályává fejlesztés keretében. Közúti és Mélyépítési Szemle 2008. 3.- 4. szám. 4. Dr Keleti Imre: Az útpályaszerkezetek megválasztásának szempontjai az országos közúthálózaton. Közúti és Mélyépítési Szemle 2010. 12. szám. 5. Magyar Betonburkolat Egyesület: Betonburkolatok. Szerkesztő: Dr. Keleti Imre. Budapest, 2012. ISBN978-963-08-4585-4 6. Sitku László: Közúti hidak Magyarországon. KKK Hídosztály, 2014 |
____________________________________________________________________________
1 Az 1950-es években épült repülőtéri betonburkolatok ugyanakkor megfeleltek a követelményeknek, mert a téli üzemben azokon nem használtak korrozív fagymentesítő szereket.
2 A közúti betonburkolatok lehetséges formáinak (hézagaiban vasalt, hézagaiban vasalt mosott felületű, vasalt hézagnélküli) a vizsgálatára kísérleti szakaszok épültek 1997-ben a 7538-as számú, nagy nehézforgalmú, összekötő úton.
3 A 44-es főút Békéscsaba-Gyulaszakaszán 2003-ban készült hézagaiban vasalt betonburkolat, kompozit burko-lat és nagymodulusú aszfaltburkolat.
4 A leginkább elterjedt eljárás az új ausztriai alagútépítési módszer (NATM vagy NÖT), amely lágy és kemény kőzetekben egyaránt eredménnyel alkalmazható.