1

MBRCMINI RUTIERE BITUMINOASE

CUPRINS

1. Generaliti. Definiii. Clasificare 3 2. Mixturi asfaltice 5

2.1. Generaliti. Tipuri de mixturi asfaltice 5 2.2. Elaborarea dozajelor pentru mixturi asfaltice 8 2.3. ncercrile mixturilor asfaltice 21 2.4. Producerea, transportul i punerea n oper a mixturilor asfaltice 35

3. Tratamente bituminoase 53 3.1. Generaliti 53 3.2. Executarea tratamentelor bituminoase 59

4. lamul bituminos 64 5. Straturi bituminoase foarte subiri 67 6. mbrcmini bituminoase provizorii 70

6.1. Macadamuri protejate 71 6.2. Pietruiri impregnate cu emulsii bituminoase 72 6.3. Pietruiri etanate prin clutaj 73

7. mbrcmini bituminoase uoare (semipermanente) 73 7.1. Generaliti 73 7.2. Macadamuri bituminoase 75 7.3. Anrobate bituminoase 84 7.4. Mortare asfaltice 87 7.5. ntreinerea ulterioar, repararea i ranforsarea mbrcminilor

bituminoase uoare 88 8. mbrcmini bituminoase grele (permanente) 88

8.1. Generaliti 88 8.2. Tipuri de mixturi asfaltice pentru mbrcmini bituminoase grele 93 8.3. Caracteristicile fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice folosite la

execuia mbrcminilor bituminoase grele 102 8.4. Prescripii generale de execuie pentru mbrcminile bituminoase grele 105

9. mbrcmini bituminoase speciale 106 9.1. Generaliti. Clasificare 106 9.2. mbrcmini bituminoase speciale colorate 107 9.3. mbrcmini bituminoase speciale cu caracteristici superioare 108 9.4. mbrcmini bituminoase pentru calea pe poduri 112

2

10. Mixturi asfaltice stocabile utilizate la rece pentru repararea mbrcminilor bituminoase 114

10.1. Generaliti 114 10.2. Mixturi asfaltice stocabile cu emulsie bituminoas cationic 115 10.3. Mixturi asfaltice stocabile cu emulsie bituminoas anionic 116

11. Tehnologii moderne pentru regenerarea i reutilizarea mbrcminilor bituminoase vechi 117

11.1. Regenerarea mbrcmintei vechi fr a modifica dozajul mixturii asfaltice existente 118

11.2. Regenerarea mbrcmintei vechi cu mixtur asfaltic recuperat i corectat 119

3

1. Generaliti. Definiii. Clasificare

Structurile rutiere trebuie astfel proiectate i realizate nct s reziste n bune condiii, pe ntreaga durat de exploatare, solicitrilor din trafic i aciunilor factorilor hidrologici i climaterici. Stratul rutier cel mai important care preia direct solicitrile traficului i asupra cruia acioneaz factorii exteriori (hidrologici i climaterici) este mbrcmintea structurii rutiere. n consecin, aceasta trebuie realizat din materialele cele mai rezistente, aplicnd tehnologii care s permit obinerea unor caracteristici fizico-mecanice superioare n vederea asigurrii unei mari durabiliti. Dintre mbrcminile rutiere moderne, cele bituminoase sunt cele mai rspndite datorit avantajelor pe care le prezint din punct de vedere al posibilitilor de execuie, confortului oferit utilizatorilor, condiiilor de ntreinere i exploatare, costului etc. mbrcminile rutiere bituminoase sunt mbrcminile n compoziia crora intr bitumul. Unul dintre avantajele importante ale acestora este acela al posibilitilor de execuie etapizat a structurilor rutiere cu astfel de mbrcmini, pe msura necesitii de mrire a capacitii portante ca urmare a creterii solicitrilor din trafic. Principiul consolidrilor succesive prin ameliorri progresive se poate aplica n acest caz fr nici o dificultate. Astfel, ntr-o prim etap, cnd traficul este mai redus, se proiecteaz i se execut o mbrcminte bituminoas provizorie, iar apoi, pe msura creterii traficului, structura rutier se ranforseaz prin execuia de noi straturi bituminoase.

n funcie de caracteristicile materialelor din care sunt realizate i de durata de exploatare a acestora, mbrcminile rutiere bituminoase pot fi grupate astfel:

mbrcmini bituminoase provizorii; mbrcmini bituminoase uoare; mbrcmini bituminoase grele; mbrcmini bituminoase speciale.

mbrcminile bituminoase provizorii se realizeaz din macadam protejat cu tratamente bituminoase, n scopul evitrii formrii prafului i noroiului, etanrii structurii rutiere i conservrii pietruirii existente. Ele se proiecteaz i se execut pe drumuri cu trafic redus, lundu-se n considerare o durat de exploatare de civa ani (sub 7 ani). De menionat c acestea necesit o ntreinere permanent ce se realizeaz, de regul, prin plombri i tratamente bituminoase de etanare.

mbrcminile bituminoase uoare, denumite impropriu semipermanente se proiecteaz, de regul, pentru o durat de exploatare de 812 ani, pentru drumuri cu trafic redus i mijlociu, valorificnd, n funcie de tehnologiile de execuie, materialele locale existente. n aceast categorie pot fi incluse macadamurile bituminoase i mbrcminile rutiere realizate din anrobate bituminoase etanate, mortare asfaltice i betoane asfaltice cu nisip bituminos. mbrcminile bituminoase grele, denumite impropriu permanente se proiecteaz pentru drumuri cu trafic intens i greu, pentru o durat de exploatare de peste 12 ani. Din aceast grup fac parte toate mbrcminile rutiere bituminoase ce se realizeaz din betoane asfaltice sau asfalt turnat dur, n grosime minim de 6 cm, aternute de regul pe un strat de baz din anrobate bituminoase. Fa de mbrcminile bituminoase provizorii i uoare, acestea trebuie s ndeplineasc, pe lng condiiile de rezisten, i exigene superioare din punct de vedere al calitii suprafeei de rulare (planeitate, rugozitate) care s asigure participanilor la circulaie condiii de confort i siguran sporite.

4

mbrcminile bituminoase speciale sunt mbrcmini realizate prin tehnologii specifice, cu utilizarea unor materiale cu caliti deosebite i se aplic n condiii particulare, n scopuri bine determinate. n consecin, costul acestora este mai ridicat, comparativ cu celelalte tipuri de mbrcmini rutiere bituminoase. Din categoria mbrcminilor bituminoase speciale fac parte:

mbrcminile bituminoase colorate; mbrcminile bituminoase cu performane mecanice superioare, executate

din betoane asfaltice n compoziia crora se utilizeaz ca liant bitum modificat, bitum cu adaos de cauciuc, rini termoplastice, bitum aditivat etc.;

mbrcminile bituminoase etane pentru calea pe poduri (asfalt turnat, asfalt turnat dur, mortar asfaltic turnat, beton asfaltic cilindrat pentru calea pe poduri);

mbrcminile bituminoase din mixturi asfaltice prefabricate. Se vor defini n continuare, cteva noiuni mai frecvent ntlnite n proiectarea, execuia, ntreinerea i exploatarea mbrcminilor bituminoase. Durata de exploatare a mbrcmintei este apreciat prin numrul de treceri ale sarcinii de calcul pe care mbrcmintea structurii rutiere l poate suporta n condiiile de exploatare reale (climaterice, hidrologice), fr a se impune refacerea acesteia. Stratul de uzur este stratul superior al structurii rutiere (al mbrcmintei), pe care se circul i care preia i transmite straturilor inferioare aciunile generate de vehicule i, parial, aciunea unor ageni atmosferici. Stratul de legtur este situat la partea inferioar a unei mbrcmini bituminoase, realiznd legtura cu stratul de baz sau de fundaie al structurii rutiere. Pentru realizarea acestuia se utilizeaz de regul betoane asfaltice deschise, el proiectndu-se n cazuri justificate din punct de vedere tehnic i economic. Prevederea acestuia nu este obligatorie n alctuirea mbrcmintei bituminoase. Stratul de baz este situat ntre mbrcminte i fundaie, avnd rolul de a prelua o parte din solicitrile generate de circulaia vehiculelor, n special eforturile tangeniale i de ntindere. Prin intermediul acestuia se repartizeaz fundaiei structurii rutiere eforturile verticale n limita capacitii de rezisten a acesteia. Se execut, de regul, din anrobate bituminoase, dar se poate realiza i din alte materiale (macadam simplu sau bituminos, piatr spart, pietruiri existente, mbrcmini bituminoase uzate reciclate etc.). Amorsarea este operaia de realizare a unei pelicule continue de liant bituminos pe suprafaa unui strat n vederea obinerii unei bune aderene a stratului bituminos superior. Amorsarea se execut de obicei cu bitum tiat, emulsie bituminoas cu rupere rapid sau suspensie de bitum filerizat, pe suprafee bine curate n prealabil, folosindu-se 0,20,5 kg/m2 bitum rezidual, n funcie de natura i calitatea stratului suport (o cantitate mai mare poate favoriza fenomenul de exsudare). Asfaltarea, n nelesul larg al cuvntului, reprezint operaia de aplicare, de regul pe o pietruire existent, a unei mbrcmini bituminoase. Asfaltizarea este procesul de anrobare i nchidere a unei mbrcmini bituminoase, sub efectul cldurii i circulaiei autovehiculelor. Bitumarea agregatelor este operaia prin care granulele unui agregat natural (nisip, criblur, pietri, split) se acoper cu o pelicul foarte subire de bitum. Badijonarea este operaia de stropire cu liani hidrocarbonai a unei suprafee (poroase, deschise), urmat de acoperire cu agregate naturale mrunte n vederea nchiderii porilor i, n consecin, a etanrii acesteia. Ca liant se utilizeaz bitum tiat sau emulsie bituminoas cationic, care se stropete pe suprafaa perfect curat n prealabil, asigurndu-se o cantitate de 0,50,6 kg/m2 bitum rezidual. Acoperirea se face cu nisip

5

natural sau de concasaj, n cantitate de 46 kg/m2, recomandndu-se o uoar cilindrare pentru fixarea agregatului natural.

Etanarea este operaia de protejare a mbrcminilor rutiere mpotriva ptrunderii apei n interiorul lor, efectuat prin: badijonare, tratamente bituminoase, aplicarea de nveliuri subiri (lam bituminos) sau covoare asfaltice, colmatarea fisurilor i crpturilor etc.

nnobilarea agregatelor const n tratarea agregatelor naturale (de regul de natur acid) cu lapte de var sau ali aditivi pentru a mri adezivitatea bitumului la suprafaa acestora.

Penetrarea este operaia prin care se realizeaz ptrunderea unui liant bituminos (bitum lichid sau emulsie bituminoas) ntr-un strat din material pietros.

Aditivarea bitumului este operaia prin care unui bitum i se adug un produs (de regul chimic), n scopul mbuntirii caracteristicilor acestuia.

Modificarea bitumului este operaia prin care unui bitum i se adug un produs care i modific fundamental caracteristicile, rezultnd, practic un nou liant.

Reabilitarea drumurilor este complexul de lucrri prin care unui drum i se asigur parametrii funcionali corespunztori traficului actual i de perspectiv.

2. Mixturi asfaltice

2.1. Generaliti. Tipuri de mixturi asfaltice Mixturile asfaltice sunt materiale de construcii realizate din amestecuri obinute

pe baza unor dozaje judicios stabilite, din agregate naturale sau artificiale i filer, aglomerate cu bitum printr-o tehnologie adecvat. Acestea au multiple ntrebuinri, fiind folosite mai ales pentru realizarea mbrcminilor rutiere bituminoase i a straturilor de baz.

Agregatele cele mai utilizate pentru prepararea mixturilor asfaltice sunt: criblurile de toate sorturile; nisipurile naturale i de concasaj; balasturile i pietriurile concasate i neconcasate; agregatele artificiale ca zgura de furnal nalt sortat, granulitul, zgura de

hald concasat etc. n anumite condiii pot fi utilizate pentru prepararea mixturilor asfaltice, deeuri de carier, subproduse industriale etc. Alegerea agregatelor naturale trebuie fcut cu descernmnt, tiut fiind c, n anumite condiii, la prepararea mixturilor asfaltice poate fi folosit o gam larg de materiale locale, prelucrate i tratate corespunztor, ceea ce conduce la obinerea unor mixturi asfaltice cu caracteristici tehnice satisfctoare, eficiente din punct de vedere al costului. Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc agregatele naturale pentru a putea fi folosite la prepararea mixturilor asfaltice sunt bine definite i se refer la mrimea i forma granulelor, natura rocii de baz, granulozitate etc. Ele trebuie s fie mai ales curate, s prezinte o bun adezivitate fa de bitumul utilizat, s aib rezistene mecanice corespunztoare, s reziste la uzur. Filerul utilizat cel mai frecvent i cu cele mai bune rezultate este obinut prin mcinarea pietrei de calcar. Mai pot fi utilizate ca filere unele prafuri de la electrofiltre, pulberea de var stins, cimentul etc.

6

Bitumul utilizat pentru prepararea mixturilor asfaltice are o importan hotrtoare n comportarea acestora, tipul acestuia alegndu-se n funcie de mixtura asfaltic pe care dorim s o preparm, mai precis de caracteristicile fizico-mecanice avute n vedere pentru mixtura asfaltic. Se poate utiliza bitum pur, bitum modificat, bitum aditivat, derivai ai bitumului (emulsie bituminoas, bitum tiat). n ceea ce privete consistena bitumului folosit, aceasta variaz ntr-o gam larg n funcie de tipul mixturii asfaltice. Dac bitumul utilizat n mod curent este de tipul D 80/120, se remarc practic tendina de generalizare a folosirii unor bitumuri mai dure (D 50/80), care confer mixturilor asfaltice o stabilitate mai ridicat n condiiile de solicitare specifice traficului greu i temperaturilor ridicate. Clasificarea mixturilor asfaltice se face dup tehnologia de preparare i punere n oper, respectiv dup compoziia acestora.. Dup tehnologia de preparare i punere n oper, mixturile asfaltice se clasific n:

mixturi asfaltice la cald , preparate i puse n oper la temperaturi ridicate (peste 150 0C), utiliznd ca liant bitumul adus la consistena necesar prin nclzire;

mixturi asfaltice la rece, preparate i puse n oper la temperatura mediului ambiant (peste 5 0C), utiliznd ca liant emulsia bituminoas sau bitumul tiat.

Din punct de vedere al compoziiei, mixturile asfaltice pot fi grupate astfel: betoane asfaltice (B.A.); asfalt turnat (A.T.); mortare asfaltice (M.A.); anrobate bituminoase (A. B.).

Betoanele asfaltice (B.A.) sunt amestecuri alctuite, dup dozaje riguros stabilite, din cribluri, nisip i filer, aglomerate cu bitum dup o tehnologie adecvat. Ele se utilizeaz n principal pentru realizarea mbrcminilor bituminoase grele (permanente), pe drumuri cu trafic intens. Betoanele asfaltice trebuie s aib caracteristici fizico-mecanice ridicate, ntruct sunt proiectate pentru mbrcmini bituminoase cu durat de exploatare mare, pe drumurile cele mai solicitate de trafic i de factorii climaterici. Betoanele asfaltice se pot proiecta i realiza ntr-o mare diversitate, n funcie de necesiti, dintre acestea menionndu-se:

betoane asfaltice cu execuia la cald: beton asfaltic bogat n criblur (B.A.8 sau B.A.16); beton asfaltic cu agregat mare (B.A.25); beton asfaltic realizat cu nisip bituminos (B.A.N.B.16); beton asfaltic rugos (B.A.R.16); beton asfaltic rugos prin clutaj (B.A.R.C.16) beton asfaltic cilindrat pentru calea pe pod (B.A.C.P.16) beton asfaltic deschis(cu criblur: B.A.D.25, cu pietri concasat:

B.A.D.P.C.31, cu pietri sortat: B.A.D.P.S.31); betoane asfaltice speciale:

colorate (rou, alb, galben etc.); cu caracteristici superioare (cu bitum modificat, bitum aditivat,

bitum + cauciuc etc.); betoane asfaltice cu execuia la rece:

beton asfaltic stocabil cu bitum tiat (B.A.B.T.8); beton asfaltic stocabil cu emulsie bituminoas (B.A.E.B.16);

7

beton asfaltic cu suspensie de bitum filerizat (B.A.S.16). Asfaltul turnat (A.T.) este o mixtur asfaltic la care golurile din agregatul natural sunt umplute complet cu mastic bituminos, punerea n oper realizndu-se n consecin fr cilindrare. Acesta se realizeaz n dou variante, i anume:

asfaltul turnat dur (A.T.D.16); asfaltul turnat (A.T.7).

Asfaltul turnat dur se execut numai la cald din criblur 38 mm i 816 mm, nisip i filer aglomerate cu bitum dur D 40/50; se pune n oper prin aternere i nivelare, fr a necesita compactare. Masticul bituminos umple complet golurile dintre agregatele naturale, mixtura fiind etan. Asfaltul turnat (obinuit) spre deosebire de A.T.D.16 conine n loc de cribluri, nisip grunos 3 7 mm. Mortarul asfaltic (M.A.) este un amestec obinut n anumite condiii din nisip, filer i bitum. Mortarele asfaltice se pot realiza:

la cald: mortarul asfaltic cu bitum cald (M.A.B.C.7); mortarul asfaltic cu nisip bituminos (M.A.N.B.7); mortarul asfaltic turnat (M.A.T.7);

la rece: mortar asfaltic cu suspensie de bitum filerizat, sau mortar-subif (M.A.S.7); mortar asfaltic cu emulsie bituminoas (M.A.E.B.7).

Mortarele asfaltice au o arie de aplicabilitate foarte restrns deoarece conin un procent ridicat de bitum i realizeaz o mbrcminte bituminoas cu o suprafa insuficient de rugoas. Anrobatele bituminoase (A.B.) sunt amestecuri alctuite, respectnd anumite dozaje, n principal din agregate naturale locale ca balast, nisip, pietri, deeuri de carier etc., neconcasate sau concasate parial sau total i filer, aglomerate cu bitum printr-o tehnologie specific, utilizate de regul pentru executarea mbrcminilor bituminoase uoare sau a straturilor de baz. Anrobatele bituminoase sunt din punct de vedere calitativ inferioare betoanelor asfaltice, ntruct se realizeaz de regul din agregate naturale locale fr o prelucrare special, zonele de granulozitate n care acestea trebuie s se nscrie sunt mai largi, conin mai puin bitum, au grade de toleran mai mari. n general, anrobatele bituminoase utilizate ca mbrcmini rutiere pe drumuri cu trafic redus sau mijlociu trebuie proiectate respectnd principiile generale, asfel nct s se foloseasc pentru producerea lor aproape n exclusivitate materiale locale; de aceea cunotinele i imaginaia creatoare a specialistului trebuie valorificate din plin prin alctuirea unor dozaje adecvate, care s conduc la obinerea unor costuri reduse prin realizarea unor lucrri de mare eficien tehnico-economic. Anrobatele bituminoase se pot realiza la cald sau la rece ntr-o mare varietate de tipuri, dintre care se menioneaz:

cu execuie la cald: anrobate bituminoase cu bitum cald (A.B.B.C.31); anrobate bituminoase cu nisip bituminos sau bitum fluid i bitum dur de

petrol (A.B.N.B.31); cu execuie la rece:

anrobate bituminoase cu suspensie de bitum filerizat (A.B.S.31);

8

anrobate cu emulsie bituminoas (A.B.E.B.31). Alegerea tipului de mixtur asfaltic din care s se realizeze mbrcminile bituminoase prezint o importan tehnic i economic deosebit. De aceea este absolut necesar ca proiectantul, pe baza studiilor privind existena materialelor locale i posibil de aprovizionat, a condiiilor climaterice, a evoluiei traficului etc., innd seama de caracteristicile mixturilor asfaltice, s indice n proiecte necondiionat modul de alctuire a tuturor straturilor bituminoase ale structurii rutiere i mai ales tipul de mixtur asfaltic pentru mbrcminte.

2.2. Elaborarea dozajelor pentru mixturi asfaltice 2.2.1. Generaliti Prin elaborarea dozajelor pentru mixturi asfaltice se nelege ansamblul de operaii efectuate n vederea stabilirii proporiilor ntre diversele materiale care le alctuiesc, astfel nct s se obin n final caracteristicile fizico-mecanice specifice tipului de mixtur asfaltic ales. Dozajul se exprim n procente din masa total a mixturilor asfaltice, pentru fiecare din materialele ce alctuiesc amestecul. Stabilirea i aplicarea unor dozaje corecte n funcie de tipul mixturii asfaltice proiectate i de caracteristicile reale ale materialelor ce intr n compoziia mixturilor asfaltice este condiia sine qua non de reuit a lucrrii. n vederea elaborrii dozajelor este necesar n prealabil efectuarea ncercrilor preliminare asupra fiecrui material ce intr n compoziia mixturii asfaltice. Materialele care nu corespund condiiilor tehnice impuse nu vor fi luate n considerare i nu vor fi admise n procesul tehnologic de producere a mixturilor asfaltice ntruct compromit lucrarea. n continuare se vor sublinia unele dintre caracteristicile fizico-mecanice mai importante pe care trebuie s le ndeplineasc agregatele naturale, filerul i bitumul, care intr n compoziia mixturilor asfaltice. Agregatele naturale (cribluri, nisip etc.) utilizate la prepararea mixturilor asfaltice trebuie s prezinte o serie de caracteristici dintre care se menioneaz n mod special urmtoarele:

s fie curate, fiind exclus a se obine o mixtur asfaltic acceptabil cu agregate murdare, cu coninut ridicat de argil, praf sau alte impuriti organice; n cazul agregatelor murdare procesul de dezanrobare (dezlipirea liantului de pe suprafaa agregatului natural) este iminent i n consecin lucrarea este compromis. Experienele de laborator arat c adezivitatea bitumului pe agregate de natur bazic, dar murdare, scade cu 50 % fa de cea obinut pe granule curate. Se admite parte levigabil maximum 3 % i un echivalent de nisip de minimum 85 %;

s prezinte o uzur ct mai mic sub efectul circulaiei; evident n stratul de rulare se vor folosi agregate de cea mai bun calitate, care s nu se lefuiasc i s nu se uzeze, prezentnd suprafee rugoase; se impune un coeficient Los Angeles sub 25 %;

s fie omogene din punct de vedere al compoziiei mineralogice, s nu prezinte urme de alterare chimic i s nu conin minerale, care se descompun sub aciunea agenilor atmosferici;

s provin din roci de natur bazic sau neutr, care permit realizarea unei bune adeziviti; dac totui se folosesc agregate din roci acide, este neaprat necesar, fie s se adauge aditivi tensioactivi n bitum, fie s se trateze agregatele cu aceste substane sau cu lapte de var;

9

s prezinte rezistene mari la compresiune, pentru a nu se sfrma sub efectul traficului i al intemperiilor;

forma granulelor s fie poliedric, neadmindu-se granule lamelare i aciculare, care se sfrm foarte uor sub efectul circulaiei.

n general, scheletul mineral al unei mixturi asfaltice compus din cribluri i nisip are un volum mare de goluri. Pentru mrirea compactitii se adaug filer, care micoreaz volumul de goluri al amestecului, ns mrete suprafaa specific a agregatului natural. Filerul trebuie s fie uscat i s aib fineea necesar (fraciunea sub 0,09 mm, minimum 80 %). Filerul mrete domeniul de plasticitate al bitumului i favorizeaz adezivitatea la agregatul natural. Filerul mrete frecarea interioar din bitum i coeziunea bitumului i prin aceasta mbuntete comportarea mixturii asfaltice la solicitri statice i la rupere. Bitumul amestecat cu filer i schimb foarte greu compoziia chimic. Filerul mpiedic mbtrnirea bitumului acionnd astfel nct bitumul s-i pstreze timp ndelungat proprietile lui de liant. Filerul dozat judicios n raport cu ceilali componeni mrete compactitatea i suprafaa specific a agregatului natural, asigurnd astfel, mpreun cu bitumul rezistenele mecanice i stabilitatea la temperaturi ridicate a mixturilor asfaltice. Excesul de filer este ns duntor, deoarece rezistenele mecanice i stabilitatea la temperaturi ridicate scad, iar n mixtura asfaltic se formeaz bulgri reducndu-i-se lucrabilitatea. mbrcmintea bituminoas prezint neregulariti n suprafaare i este mai puin rezistent la aciunea apei. Pentru a obine o rezisten maxim a mixturii asfaltice este necesar ca toate granulele agregatului natural s fie nvelite cu o pelicul de bitum ct mai subire. Rezistena la forfecare i la deformaii plastice este cu att mai mare, cu ct grosimea filmului de bitum este mai mic. Obinerea unei pelicule att de fine de bitum este posibil numai prin filerizare. Studii de laborator efectuate pe betoane asfaltice, urmrind relaiile filer-volum de goluri, filer-coeziunea mixturii asfaltice i rezistena la deformaii plastice sub aciunea simulatorului de fgae au condus la urmtoarele concluzii:

raportul dintre bitum i filer este un factor important n ceea ce privete stabilitatea. Filerul modific proprietile liantului, dndu-i vscozitate mai bun. Acest fapt justific teoria dup care filerul acioneaz nu numai asupra reducerii volumului de goluri, ci cu ajutorul particulelor sale foarte fine, modific proprietile bitumului.

adaosul de fibre de azbest, ca filer, n proporie 13 % acioneaz favorabil asupra coeziunii mixturii asfaltice i bunei sale comportri sub circulaie.

Bitumul are un rol preponderent n mixturile asfaltice, asigurnd coeziunea acestora i impermeabilitatea mbrcminilor bituminoase pe tot parcursul exploatrii lor. Bitumul, prin proprietile sale de liant, realizeaz:

anrobarea granulelor agregatului cu o pelicul fin; o bun adezivitate pe granulele agregatului i meninerea acestei adeziviti

n prezena acelor factori care tind s se substituie bitumului la suprafaa agregatelor. Factorul cel mai periculos i care acioneaz n permanen asupra sistemului agregat-bitum este apa. Bitumul trebuie n consecin s anrobeze (nveleasc) granulele, s asigure adezivitatea i s reziste la aciunea apei. Aceste caliti depind de caracteristicile de baz ale bitumului (penetraie, punct de nmuiere), dar i de natura agregatului.

10

Raportul filer-bitum are o importan deosebit asupra proprietilor fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice. Valorile raportului filer-bitum uzuale variaz de la 0,5 la 3,0. Valorile de 1,21,5 sunt frecvent folosite pentru mixturile asfaltice din stratul de uzur (cazul betoanelor asfaltice bogate n cribluri). Pentru asfaltul turnat raportul filer-bitum atinge valoarea 3,0. n general, creterea raportului filer-bitum, meninnd constant procentul de bitum, necesit o anrobare mai energic i conduce la creterea rigiditii mixturii. Este necesar s se evite excesul de filer, care conduce la o mixtur asfaltic greu lucrabil i cu granulele neanrobate cu bitum. De remarcat este creterea apreciabil a energiei de malaxare necesar la prepararea asfaltului turnat, unde se adaug 2030 % filer la un coninut de 7,59,5 % bitum D 40/50 sau D 30/40. Creterea rigiditii mixturii asfaltice este determinat de reducerea volumului de goluri remanent i de creterea important a punctului de nmuiere al masticului de filer-bitum. n vederea realizrii unei mixturi asfaltice corespunztoare, trebuie s se examineze n primul rnd condiiile de calitate impuse acestora. n esen este necesar ca mixturile asfaltice s prezinte urmtoarele caracteristici mai importante:

lucrabilitate; compactitate; stabilitate mecanic; insensibilitate la aciunea apei.

Pentru a pune n oper o mixtur asfaltic, trebuie ca n primul rnd ea s fie lucrabil, condiie ce se realizeaz dac mixtura asfaltic este alctuit din agregate bine proporionate i dintr-un liant corect dozat, adus ntr-un anumit stadiu de fluiditate. Lucrabilitatea este proprietatea mixturii asfaltice de a putea fi pus n oper n condiiile obinerii unor caracteristici fizico-mecanice ridicate ale mbrcmintei. Lucrabilitatea unei mixturi asfaltice depinde de o serie de factori dintre care se amintesc:

fluiditatea liantului; granulozitatea agregatului natural; natura i forma agregatelor; dozajul de filer; coninutul de liant.

Compactitatea trebuie s se realizeze la mixturi asfaltice printr-o judicioas dozare a liantului n funcie de granulozitatea agregatelor naturale, forma granulelor, aplicarea unei tehnologii de compactare corespunztoare etc. Standardele i instruciunile n vigoare dau zone de granulozitate n funcie de tipurile de mixturi asfaltice n care trebuie s se nscrie agregatele naturale (tabelul 1.). Laboratoarele de specialitate, ncercnd o serie de amestecuri de sorturi trebuie s realizeze un amestec mineral astfel nct volumul de goluri ce urmeaz a fi umplut cu filer i bitum s fie minim, ntruct acestea din urm sunt materiale scumpe i deficitare.

Granulozitatea agregatului natural pentru diferite tipuri de mixturi asfaltice Tabelul 1

Trece prin sita, sau ciurul de mm, n % din mas Tipul de mixtur asfaltic 0,09 0,2 0,63 3,15 8 16 25 31,5

M.A.B.C.7 1016 2050 5280 8090 90100 - - -

11

B.A.8 B.A.16

812 812

1125 1125

1835 1835

3055 3055

90100 5578

-

90100 - -

B.A.R.16 810 1115 1825 3042 5065 90100 - - B.A.25 512 825 1535 3050 5075 6590 90100 - B.A.D.25 B.A.D.P.C.31 B.A.D.P.S.31

16 16 16

520 520 520

1030 1030 1030

2035 2035 2035

3555 3555 3555

6080 6080 6080

90100 8095 8095

-

90100 90100

Stabilitatea mecanic este strns legat de dozajul de liant i de vscozitatea lui. Un exces de bitum conduce sigur la vluriri ale mbrcmintei bituminoase. Un liant mai moale, cu un punct de nmuiere sczut genereaz de asemenea n exploatare deformaii plastice ale mbrcmintei bituminoase. Liantul n cantitate nsuficient genereaz suprafee poroase, care se pot degrada sub aciunea traficului i a apei. Scheletul mineral are de asemenea un rol important n asigurarea unei stabiliti corespunztoare pentru mixtura asfaltic. Un schelet mineral puternic asigur o stabilitate bun a straturilor bituminoase din mixturi asfaltice. Insensibilitatea la aciunea apei este influenat de urmtorii factori principali:

adezivitatea liantului la agregate; prezena argilei n masa mixturii asfaltice, care produce umflri la contactul

cu apa. Sensibilitatea la ap se studiaz comparnd rezistena la compresiune imediat dup

prepararea epruvetelor, cu rezistena obinut dup un timp de imersare n ap. Raportul dintre rezistena nainte i dup imersare indic sensibilitatea mixturii

asfaltice la aciunea apei. Dac se constat o scdere mare a rezistenei dup imersare, nseamn c adezivitatea este sczut sau c exist un procent prea mare de argil n mixtura asfaltic. n ambele cazuri se va cuta corectarea amestecului fie prin splarea agregatelor sau, dup caz, prin adugarea unui aditiv pentru mrirea adezivitii sau printr-un adaos de var nestins.

2.2.2. Stabilirea dozajului optim de liant n vederea stabilirii dozajului optim de liant pentru mixturi asfaltice este necesar s se examineze influena pe care acesta o exercit asupra unor caracteristici fizico-mecanice determinante ale mixturilor asfaltice.

12

Dac se prezint grafic variaia rezistenei la compresiune n funcie de coninutul de bitum (fig. 1), se constat urmtoarele:

curba 1 arat c, pentru betoane asfaltice, rezistena la compresiune crete o dat cu dozajul de liant, pn la un anumit dozaj, optim. Dac se depete acest dozaj, rezistena scade, bitumul fiind n exces, iar deformaia plastic a mixturii asfaltice crete;

n aceeai diagram, pe curba 2, avnd n abscis procentul de bitum, iar n ordonat densitatea aparent a mixturii asfaltice ap, exprimat n t/m3, se constat c dozajului optim de liant i corespunde i o densitate aparent maxim. n cazul unui exces de bitum densitatea aparent scade;

pe curba 3, lund n abscis tot procentul de bitum iar n ordonat absorbia de ap volumic Av, n %, se constat c la un coninut sczut de bitum, absorbia de ap crete mult, fiind peste 10 %.

Reprezentri grafice sugestive se obin utiliznd datele furnizate de ncercarea Marshall pentru densitatea

aparent, stabilitatea Marshall, fluaj i volum de goluri (fig. 2.). Densitatea aparent crete pn la un dozaj optim de liant (fig. 2,a), pentru ca apoi s scad din nou. Acelai aspect este redat n fig. 2,b, unde se poate urmri variaia stabilitii Marshall. n fig. 2,c se constat c volumul de goluri scade cu creterea procentului de liant; un exces de liant umple complet golurile unei mixturi asfaltice, dar conduce la scderea densitii aparente i a stabilitii. Indicele de curgere (fig. 2,d) crete cu coninutul de liant. Coninutul optim de bitum trebuie s asigure stabilitatea Marshall maxim, densitatea aparent maxim, fluaj corespunztor tipului de mixtur asfaltic ales. Cantitatea exact de bitum depinde de volumul golurilor din amestec, de mrimea suprafeei particulelor care trebuie acoperite de bitum. Orice cantitate n plus sau n minus fa de dozajul optim duneaz calitii mixturii asfaltice. Un exces de bitum n mixtura asfaltic sub efectul circulaiei provoac deformaii plastice ale mbrcmintei sesizat sub form de vluriri i fgae pe timp clduros, n timp ce un minus de bitum n mixtura asfaltic, folosit n special pentru stratul de uzur, faciliteaz infiltrarea apei cu toate consecinele negative aferente (dezanrobare, dezgrdinare, uzur prematur etc.). n concluzie, problema cea mai important n cazul realizrii unor mixturi asfaltice de bun calitate const n stabilirea unui coninut optim de liant, care s asigure mixturii asfaltice cele mai bune caracteristici fizico-mecanice, deci o bun comportare n exploatare.

Fig. 1. Proprietile fizico-mecanice ale betonului asfaltic, n funcie de procentul de bitum: 1

variaia rezistenei la compresiune; 2 variaia densitii aparente; 3 variaia

absorbiei de ap.

13

Factorii care influeneaz direct calitatea mixturii asfaltice i de care trebuie s se in seama la elaborarea unui dozaj de liant corespunztor, n afar de granulozitatea agregatului total, sunt:

natura i intensitatea traficului; grosimea stratului considerat; felul stratului (strat de uzur, strat de legtur, strat de baz); zonele climaterice n care este situat drumul respectiv; temperaturi extreme (intensitatea ngheului sau, din contr, temperaturile

foarte ridicate vara). n continuare se vor trata cteva din metodele mai des folosite pentru stabilirea dozajului optim de liant, i anume:

metoda volumului de goluri; metoda laboratorului central de cercetri din Bruxelles; metoda Asphalt Institute; metoda pentru calculul dozajelor mixturilor asfaltice fabricate la rece.

Fig. 2. Rezultatele ncercrii Marshall, n funcie de procentul de liant: a variaia densitii aparente; b variaia stabilitii; c variaia volumului de goluri;

d variaia indicelui de curgere.

14

Se menioneaz faptul c absolut toate metodele constau ntr-un calcul teoretic al coninutului de bitum, completat de ncercri de laborator pentru determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice ale cror valori permit adoptarea dozajului optim de liant. Metoda suprafeei specifice stabilete necesarul de liant ntr-o mixtur asfaltic n funcie de suprafaa specific a agregatului total. A fost elaborat n Frana de M. Duriez i ine seama de faptul c liantul trebuie s anrobeze toate granulele agregatului, asigurnd aglomerarea lor, astfel nct s se realizeze cea mai mare compactitate a mixturii pus n oper i cea mai bun omogenitate n condiiile existente pe antier (instalaii, utilaje de punere n oper), obinndu-se n final un strat bituminos stabil i durabil. Referitor la valoarea suprafeei specifice totale a agregatelor, se menioneaz c aceasta este determinat n cea mai mare parte de filerul propriu-zis i ntr-o anumit msur de nisipul fin, celelalte fraciuni din agregat avnd o influen nesemnificativ (suprafaa specific a filerului de calcar este considerat 135 m2/kg, n timp ce suprafaa specific a agregatelor cu dimensiuni peste 10 mm este de 0,17 m2/kg). n tabelul 2 se dau valorile suprafeei specifice determinate de M. Duriez, pentru anumite tipuri de agregate.

Suprafaa specific a agregatelor naturale Tabelul 2

Agregat (dimensiuni dup prescripiile franceze, n mm)

Suprafaa specific m2/kg

Filer 0,08 Nisip 0,1200,315 Nisip aluvionar 0,3150,5 Nisip de ru 0,3153,15 Nisip de ru 0,55 Criblur 38 Criblur 516 Criblur 510 Pietri 520 Pietri 1020 Pietri 820 Criblur 1625 Piatr spart 4060 Piatr spart 3080

135 12

5,75 2,30 1,45 0,48 0,27 0,33 0,23

0,165 0,18

0,120 0,047 0,047

Dup M. Duriez, grosimea optim a filmului de liant pentru anrobarea i aglomerarea granulelor variaz n funcie de diametrul granulelor, nu n mod liniar, ci, dup o curb parabolic:

8,0de = [] (1)

n care : e este grosimea filmului de liant, n ; coeficient care depinde de caracteristicile bitumului i are n general valoarea 24; d diametrul granulei medii, n . n final, relaia utilizat pentru calcul i care intereseaz la stabilirea dozajului este:

15

5 SKb = [%] (2)

n care: b este coninutul de liant raportat la masa agregatului, n %; coeficient n funcie de densitatea agregatelor, s ( = 1 pentru s = 2,65 g/cm3); K modulul de coninut; S suprafaa specific (calculat) a agregatului total, care intr n compoziia mixturii asfaltice, n m2/kg.

Valoarea modulului de coninut K recomandat pentru mixturile asfaltice ce se execut la noi n ar i verificat pe o serie mare de probe cu caracteristici corespunztoare este pentru:

mortare asfaltice: K = 4,55,0; betoane asfaltice bogate n criblur: K = 4,04,5; betoane asfaltice pentru stratul de legtur: K = 3,53,75; anrobate bituminoase: K = 3,54,0.

Coninutul de liant, b, raportat la masa mixturii asfaltice se calculeaz cu relaia :

bbb'

+=

100100

[%] (3)

Pentru calculul suprafeei specifice, se utilizeaz relaia:

100 S = 0,17 A + 0,32 a + 2,30 N + 12 n + 135 f [m2/kg] (4)

n care: S este suprafaa specific, n m2/kg; A procentul de granule peste 10 mm; a procentul de granule ntre 5 i 10 mm; N procentul de nisip grosier ntre 0,315 i 5 mm; n procentul de nisip ntre 0,315 i 0,08 mm; f procentul de filer (sub 0,08 mm).

Cu o aproximaie satisfctoare pentru betoane asfaltice se poate calcula suprafaa specific a agregatelor i cu relaia:

S = 2,5 + 1,3 f [m2/kg] (5)

iar pentru mortare asfaltice, se poate utiliza tot cu aproximaie relaia :

S = 5,0 + 1,3 f [m2/kg] (6)

unde f reprezint procentul de filer sub 0,08 mm indicat i n relaiile anterioare.

Pentru a uura calculul necesarului de liant se dau n tabelul 3, n funcie de suprafaa specific a agregatului, pentru diferite valori ale modulului de coninut, valorile corespunztoare pentru b (procentul de liant raportat la masa agregatului). Procentul de bitum n funcie de suprafaa specific, raportat la masa agregatului Tabelul 3.

16

Coninutul de bitum b, n %, raportat la masa agregatului S m2/kg 5 S3,50 5 S3,75 5 S4,0 5 S4,25 5 S5,0 5 S7,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

3,50 4,00 4,35 4.65 4,80 5,00 5,15 5,30 5,45 5,55 5,65 5,75 5,85 5,95 6,05 6,10 6,15 6,25 6,30 6,40 6,45 6,50 6,55 6,60 6,65 6,70 6,75 6,80 6,85

3,75 4,30 4,65 4,95 5,05 5,20 5,55 5,70 5,80 5,95 6,05 6,15 6,25 6,35 6,45 6,55 6,60 6,70 6,75 6,85 6,90 6,95 7,05 7,10 7,15 7,20 7,25 7,30 7,35

4,00 4,60 5,00 5,30 5,50 5,75 5,90 6,15 6,20 6,35 6,45 6,60 6,70 6,80 6,90 6,95 7,05 7,15 7,20 7,30 7,35 7,45 7,50 7,55 7,60 7,70 7,75 7,80 7,85

4,25 4,75 5,30 5,65 5,85 6,10 6,30 6,50 6,60 6,75 6,90 7,00 7,10 7,20 7,30 7,40 7,50 7,55 7,65 7,75 7,85 7,90 7,95 8,00 8,05 8,10 8,20 8,30 8,35

5,00 5,75 6,25 6,60 6,90 7,15 7,40 7,60 7,75 7,90 8,10 8,25 8,35 8,50 8,60 8,70 8,80 8,90 9,00 9,10 9,20 9,30 9,35 9,45 9,50 9,60 9,65 9,75 9,80

7,00 8,05 8,70 9,25 9,65

10,00 10,30 10,60 10,85 11,10 11,30 11,50 11,70 11,85 12,05 12,20 12,35 12,50 12,60 12,75 12,85 13,00 13,10 13,20 13,35 13,45 13,55 13,65 13,75

n tabelul 4 se d direct b (procentul de bitum raportat la masa mixturii asfaltice). Pentru elaborarea dozajului optim de liant se execut o serie de operaii de laborator care se pot rezuma astfel:

determinarea granulozitii pentru fiecare sort din agregatul care intr n compoziia mixturii asfaltice;

determinarea caracteristicilor liantului: penetraie, adezivitate, punct de nmuiere, prin metodele obinuite de laborator;

ntocmirea tabelului centralizator al compoziiei agregatelor; elaborarea mai multor dozaje de agregate, calcularea compoziiei

procentuale, n funcie de proporiile n care intr fiecare material n compoziia mixturii asfaltice;

calcularea curbelor de granulozitate i verificarea nscrierii lor n zonele recomandate de STAS i instruciunile n vigoare pentru tipul de mixtur asfaltic necesar de executat;

determinarea suprafeei specifice; calculul necesarului de liant.

Procentul de bitum n funcie de suprafaa specific, raportat la masa mixturii asfaltice

17

Tabelul 4. Coninutul de bitum b, n % raportat la masa mixturii asfaltice S

m2/kg 5 S3,50 5 S3,75 5 S4,0 5 S4,25 5 S4,50 5 S5,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

3,40 3,80 4,20 4,45 4,60 4,80 4,90 5,00 5,20 5,25 5,35 5,45 5,50 5,60 5,70 5,75 5,80 5,90 5,95 6,00 6,10 6,15 6,20 6,20 6,25 6,30 6,35 6,40 6,45

3,60 4,10 4,45 4,70 5,10 5,15 5,25 5,40 5,50 5,60 5,70 5,80 5,90 6,00 6,10 6,15 6,20 6,30 6,35 6,40 6,45 6,50 6,60 6,65 6,70 6,75 6,80 6,80 6,85

3,85 4,40 4,75 5,00 5,20 5,40 5,60 5,80 5,85 5,95 6,05 6,20 6,30 6,40 6,45 6,50 6,60 6,65 6,70 6,80 6,85 6,95 7,00 7,05 7,10 7,15 7,20 7,25 7,30

4,10 4,55 5,05 5,35 5,55 5,75 5,90 6,10 6,20 6,35 6,50 6,55 6,60 6,70 6,80 6,90 7,00 7,05 7,10 7,20 7,30 7,35 7,40 7,45 7,45 7,50 7,55 7,65 7,70

4,30 4,95 5,30 5,65 5,85 6,00 6,20 6,40 6,55 6,60 6,80 6,90 7,00 7,10 7,15 7,25 7,35 7,40 7,50 7,60 7,65 7,70 7,75 7,85 7,90 8,00 8,05 8,10 8,15

4,75 5,45 5,90 6,20 6,50 6,70 7,05 7,20 7,35 7,50 7,60 7,70 7,85 7,90 7,95 8,00 8,10 8,20 8,30 8,35 8,40 8,50 8,55 8,65 8,70 8,75 8,80 8,90 8,95

Dup determinarea necesarului de liant, se produce n laborator mixtura asfaltic respectiv, se prepar epruvetele i se efectueaz determinrile fizico-mecanice; dac valorile caracteristicilor obinute corespund prevederilor tehnice existente, se poate trece la aplicarea dozajului pe antier. Evident, se studiaz mai multe probe cu un coninut de liant apropiat, alegndu-se varianta optim din toate punctele de vedere. Metoda suprafeei specifice necesit un mare volum de munc pentru calcul i elaborare, de aceea pentru a obine n mod operativ dozajele optime, att din punct de vedere cantitativ ct i economic, se utilizeaz programe de calcul informatice, unul dintre acestea fiind i cel elaborat n cadrul Direciei Regionale de Drumuri i Poduri din Timioara. Pe baza granulozitii pentru fiecare agregat ce intr n alctuirea mixturilor asfaltice, al cror dozaj urmeaz s fie stabilit, cu ajutorul calculatorului, se determin:

fraciunile necesare din fiecare material al amestecului de agregate, punnd condiia ca n final, curba de granulozitate a agregatului total s se ncadreze n zona de granulozitate impus pentru fiecare tip de mixtur asfaltic, putndu-se pune n plus condiii de reducere a zonei de granulozitate cu 20 % respectiv 40 %;

reprezentarea grafic a curbei de granulozitate; procentul fraciunilor, conform relaiei suprafeei specifice;

18

calculul suprafeei specifice; procentul de liant n funcie de diferite valori ale modulului de coninut; afiarea costului tonei de mixtur asfaltic n funcie de componenii acesteia.

Se prezint astfel o serie de variante, din care se poate alege cea optim pe baza ncercrilor de laborator.

Metoda volumului de goluri se bazeaz pe constatarea c n cazul unor granuloziti judicios alese, liantul bituminos umple golurile existente n masa mixturii asfaltice, astfel nct n stratul bituminos, dup compactare, rmne un volum de goluri, denumit volum de goluri remanent, de 35 %. La acest volum de goluri corespunde cea mai bun stabilitate a stratului bituminos. Sub efectul traficului, volumul de goluri remanent scade, astfel nct dup civa ani de exploatare atinge valori de 1,02,0 %. n cazul ipotezelor artate mai nainte, pentru calculul dozajului optim de liant, n funcie de volumul de goluri, se utilizeaz relaia:

bgi

g nVb

= [%] (7)

1001a

gi

=

gV [%] (8)

n care: b este procentul de liant raportat la masa agregatului; Vg volumul de goluri al agregatului n stare ndesat, n %; gi densitatea agregatului n stare ndesat, n kg/m3; a densitatea aparent a agregatului, n kg/m3; b densitatea bitumului, n kg/m3 (n general egal cu 1000); n volumul de goluri remanent, n % (ntre 3 i 5 %).

Obinerea unui volum de goluri ct mai mic pentru agregatul n stare ndesat, nseamn n acelai timp o suprafa specific adaptat acestui volum de goluri, care conduce n final la obinerea unor rezultate apropiate de cele obinute prin metoda anterioar.

Metoda laboratorului central de cercetri rutiere din Bruxelles se bazeaz pe premisa c dozajul de liant este influenat n mod hotrtor de urmtorii factori :

cantitatea de filer din amestecul de agregate; procentul de goluri al filerului; cantitatea de nisip; caracteristicile de suprafa ale granulelor de nisip (rotunde i netede,

coluroase i rugoase). Coninutul optim de liant L, exprimat n procente din masa mixturii asfaltice se determin cu relaia:

100cPbSaFL ++= [%] (9)

n care: F este procentul de filer din amestecul de agregate; S procentul de nisip din amestecul de agregate; P procentul de cribluri > 3 mm din amestec;

19

a coninutul optim de liant al filerului anrobat; b coninutul optim de liant al nisipului anrobat; c coninutul optim de liant al criblurii anrobate.

Coninutul optim de liant raportat la amestecul de agregate este n consecin :

LLL'

=

100100

[%] (10)

Valoarea lui a se obine n funcie de caracteristicile filerului i de densitatea liantului. Valoarea lui b pentru agregatele cu densitatea 2,7 g/cm3 este:

la nisip natural cu granule rotunde i netede, 3,6 %; la nisip de concasaj cu granule coluroase i rugoase, 5,0 %.

Valoarea lui c este 4,6 % n cazul folosirii bitumului de petrol i a agregatelor cu densitatea n jur de 2,7 g/cm3.

Metoda Kraemer const n calculul dozajului de bitum n funcie de necesarul specific de liant pentru agregatul propus.

Se consider c necesarul specific pentru anrobarea unui sort de agregate este funcie de suprafaa specific a granulelor acestui sort i de grosimea optim a filmului de liant:

lSb = [cm3/100 g] (11)

n care: b este necesarul de liant, n cm3/100 g; S suprafaa specific a agregatului, n cm3/100 g; l grosimea optim a filmului de liant, n cm.

Pentru stabilirea dozajului optim de liant prin aceast metod, s-a elaborat o formul care ia n considerare i intensitatea traficului:

=

=

n

i

iib

dPqb

1 100 [%] (12)

n care: b este necesarul de bitum calculat n procente din masa agregatului natural; b densitatea bitumului, n g/cm3;

di necesarul specific optim de liant pentru anrobarea granulelor cuprinse n sortul i; Pi procentul de agregate din sortul i, calculat fa de masa agregatului total; n numrul de sorturi de agregate; q coeficient care ine seama de intensitatea traficului astfel:

trafic uor q = 1,07; trafic mijlociu q = 1,00; trafic intens q = 0,90.

Metoda Asphalt Institute utilizeaz pentru calculul coninutului de liant, relaia 13. b = 0,035 P + 0,045 N + 0,15 F + C [%] (13)

20

n care: b este procentul de bitum; P procentul de granule cu dimensiunea > 2 mm; N procentul de granule cuprinse ntre 0,074 i 2 mm; F procentul de pri fine (filer sub 0,074 mm); C coeficient care ine seama de condiiile locale, de porozitatea rocii etc. i care variaz ntre 0,7 i 1,0.

Calculul necesarului de liant pentru mixturi asfaltice executate la rece cu emulsie bituminoas i cu suspensie de bitum filerizat are la baz aceleai principii ca n cazul mixturilor asfaltice preparate la cald, putndu-se utiliza oricare din metodele cunoscute. n cazul mixturilor asfaltice preparate cu emulsie bituminoas, este necesar s se precizeze c aplicnd relaia 2, valoarea modulului de coninut se ia mai ridicat, i anume 5,05,5. Dup calcularea necesarului de liant, se trece la determinarea cantitii de emulsie n funcie de coninutul n bitum al acesteia, cu relaia:

100=BbE [%] (14)

n care: E este cantitatea de emulsie necesar, n %; b necesarul de liant, n %; B coninutul de bitum din emulsie, n %.

n cazul mixturilor asfaltice preparate cu suspensie de bitum filerizat (subif), modulul de coninut recomandat pentru mortare este 6,07,0, iar pentru betoane asfaltice destinate stratului de legtur 3,754,0. Dup calcularea necesarului de liant, fie prin metoda suprafeei specifice, fie a volumului de goluri, este necesar s se determine cantitatea de suspensie pentru 100 kg nisip uscat. Cantitatea de suspensie S, n procente, se determin cu relaia:

( ) 1001100 2

+

=

bbOHCa

bAS

s

[%] (15)

n care: bs este coninutul de bitum n subif, n %; A raportul dintre subif i coninutul de bitum n subif; b necesarul de liant, n %;

n etapa actual se realizeaz foarte rar mixturi asfaltice cu subif.

2.2.3. Concluzii privind metodele de elaborare a dozajelor pentru mixturi asfaltice

Din examinarea datelor prezentate anterior se poate afirma c toate metodele de stabilire a coninutului optim de liant dau valorile necesare pentru a se putea trece la executarea epruvetelor n vederea ncercrilor de laborator. Rezultatele obinute trebuie deci

21

verificate prin ncercri de laborator, pe mixturi asfaltice preparate cu dozajele rezultate din calcul. Numai dac rezultatele atest caracteristici fizico-mecanice corespunztoare ale mixturilor asfaltice preparate n loborator se poate trece la aplicarea pe antier a dozajului verificat. Laboratorul de specialitate este singurul n msur s stabileasc dozajul mixturilor asfaltice i mai ales procentul de liant, lund n considerare i condiiile specifice n care se va exploata stratul bituminos, inndu-se seama i de urmtoarele recomandri:

n cazul cnd se prevede un trafic intens i greu pe drumul pentru care s-a proiectat mbrcmintea bituminoas, procentul de liant din mixtura asfaltic se va doza spre limita inferioar, iar vscozitatea bitumului ales va fi mai mare, pentru a se asigura stabilitatea mbrcmintei;

pentru drumurile cu trafic redus se va adopta n general un dozaj de liant mai ridicat, corectnd necesarul rezultat din calcul cu un coeficient supraunitar, n general 1,061,07;

pentru realizarea mbrcminilor bituminoase pe autostrzi se vor efectua ncercri speciale privind rugozitatea suprafeei de rulare, precum i studii detaliate asupra calitii agregatelor ce intr n compoziia mixturilor asfaltice.

Din experien rezult unele observaii interesante n legtur cu coninutul de bitum din mixturile asfaltice, dintre care se menioneaz:

mrirea coninutului de bitum cu 0,3 % conduce la o mrire a gradului de compactare cu 1 %, pentru acelai lucru mecanic;

mrirea procentului de filer cu 1 % conduce la mrirea gradului de compactare cu 0,50,7 %;

se pot folosi agregate cu o granulozitate att continnu, ct i discontinu, dar care s asigure o compactitate ridicat. Astfel, de exemplu, lipsa criblurii 38, dintr-un amestec de agregate cu dimensiuni pn la 16 mm, permite obinerea unei mixturi asfaltice compacte, dac celelalte agregate sunt bine dozate.

Literatura de specialitate i experimentrile efectuate pe drumuri n exploatare arat c nu exist soluii universal valabile pentru dozarea mixturilor asfaltice. Dozajul optim trebuie s in seama neaprat de condiiile de exploatare, n spe de trafic, de zonele climaterice, de exigenele utilizatorilor etc. Din aceast necesitate obiectiv rezult sarcina de mare rspundere a laboratoarelor rutiere, care trebuie s conlucreze cu proiectanii pentru stabilirea nu numai a grosimii straturilor bituminoase ci i a tipului de mixtur asfaltic, care s se comporte n exploatare n cele mai bune condiii.

2.3. ncercrile mixturilor asfaltice Pentru stabilirea calitii mixturilor asfaltice i a mbrcminilor bituminoase este necesar a se efectua o serie de ncercri de laborator i de teren pe epruvete din mixtur asfaltic preparate n laborator sau preluate din straturile bituminoase executate. Caracteristicile cele mai importante care se determin sunt:

coninutul de ap; compoziia mixturii asfaltice; rezistena la compresiune la 22 i 50 0C; coeficientul de termostabilitate; reducerea rezistenei la compresiune la 22 0C, dup 28 zile de pstrare n ap;

22

stabilitatea Marshall; indicele de curgere (fluaj); densitatea aparent; absorbia de ap; umflarea la 28 zile de pstrare n ap; volumul de goluri; stabilitatea prin ncercare la compresiune triaxial; rezistena la ntindere, coeziunea i unghiul de frecare intern, determinate

prin ncercarea brazilian; rezistena la rupere prin ncovoiere; rezistena la ptrundere; stabilitatea Hubbard - Field; rezistena la oboseal; comportarea la deformaii plastice cu ajutorul simulatorului de fgae.

n practica rutier pe plan mondial se efectueaz i alte ncercri pentru determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice i mbrcminilor bituminoase.

2.3.1. Prelevarea probelor i prepararea epruvetelor Epruvetele supuse ncercrilor de laborator pot fi obinute din mixtur asfaltic preparat n loborator sau prelevat, fie la ieirea din instalaiile de producere a acestora, fie la descrcarea din mijlocul de transport. De asemenea se pot prepara epruvete din carote prelevate din mbrcmintea bituminoas executat. Modul de prelevare a probelor i preparare a epruvetelor este reglementat prin standarde specifice. Forma epruvetelor poate fi cubic, cilindric sau prismatic. Epruvetele sub form cubic se folosesc pentru urmtoarele determinri:

densitatea aparent; absorbia de ap; umflarea; rezistena la compresiune i coeficientul de termostabilitate.

Epruvetele sub form cilindric se folosesc: n cadrul ncercrii Marshall la determinarea stabilitii, fluajului, densitii

aparente i absorbiei de ap; pentru ncercarea triaxial la determinarea unghiului de frecare intern i a

coeziunii; la ncercarea brazilizn pentru determinarea rezistenei la traciune i la

compresiune. Epruvetele sub form prismatic se folosesc la determinrile privind flexibilitatea i comportarea la fisurare a mixturilor asfaltice, pe baza valorilor rezistenei la rupere prin ncovoiere precum i pentru determinarea comportrii la oboseal. Pentru determinarea caracteristicilor mbrcminilor bituminoase se preleveaz probe sub form de plcue sau cilindrice, folosind carotiera. Dup prelevare, pentru meninerea umiditii reale, probele vor fi ambalate corespunztor.

2.3.2. Metode de efectuare a ncercrilor mixturilor asfaltice

23

Coninutul de ap (W) se determin pe epruvete prelevate din mbrcmintea bituminoas executat, prin uscare sau prin metoda de distilare cu solvent. Acesta se exprim n procente i reprezint cantitatea de ap raportat la masa iniial a probei. Compoziia mixturii asfaltice este dat de coninutul de bitum i de agregate naturale, respectiv de granulozitatea acestora din urm. Determinarea coninutului de liant se face prin diverse metode, principiul general fiind al extragerii bitumului din mixtura asfaltic utiliznd un solvent organic. Se utilizeaz n mod frecvent urmtoarele aparate pentru extracie:

aparate de extracie la rece de tipul centrifugelor (fig. 3 i 4); aparatul Soxhlet cu ajutorul cruia se execut extracia la cald a bitumului cu

cloroform sau benzen (fig. 5); aparatul Shell i varianta sa extractorul Kummagawa (aparate de extracie la

cald, care folosesc ca solveni benzen, toluen sau tricloretilen).

n cazul folosirii centrifugelor de extracie, cantitatea de bitum se calculeaz cu relaia:

100p

ap

m

mmb = , [%] (16)

n care: b este coninutul de bitum raportat la masa mixturii asfaltice n %; mp masa probei de mixtur asfaltic, n g;

ma masa agregatului total uscat dup extracie, n g.

Fig. 3. Centrifuga de extracie pentru Fig. 4. Centrifuga de extracie determinarea coninutului de liant. cu petrol, tip DC 2. 1 rezervor de petrol; 2 colector; 3 extractor; 4 aprtoare; 5 alimentator; 6 motor electric; 7 tub de evacuare; 8 mas; 9 balon de sticl.

24

n cazul efecturii extraciei cu aparatul Soxhlet, cantitatea de bitum se calculeaz cu relaia:

100p

cbm

mmb = , [%] (17)

n care: b este coninutul de bitum raportat la masa mixturii asfaltice, n %; mb masa capsulei cu bitum, n g; mc masa capsulei goale, n g; mp masa probei de mixtur asfaltic, n g.

Rezultatul obinut se compar cu procentul de bitum prescris i se stabilesc msuri de urmat. Determinarea granulozitii agregatului natural se face prin cernerea acestuia, dup uscare pn la mas constant. Se cntresc fraciunile rmase pe ciururi i site cu o precizie de 0,1 g i se calculeaz granulozitatea n procente, raportat la masa total a agregatului. Se calculeaz curba de granulozitate i se reprezint grafic. Se verific dac din punct de vedere al compoziiei granulometrice, mixtura asfaltic ncercat corespunde sau nu, deci dac s-a obinut o curb care s se nscrie n zonele de granulozitate recomandate de standardele sau normativele n vigoare.

Rezistena la compresiune se determin pe epruvete de form cubic sau cilindric. Epruvetele se ncearc dup 24 h de la preparare, la temperatura de 22 0C, respectiv 50 0C. Determinarea rezistenei la compresiune se efectueaz cu o pres de 50100 kN (fig.6.6). Viteza de avans a platanului presei se regleaz la 20 mm/min sub

Fig. 5. Aparat Soxhlet pentru extracia la cald. 1 refrigerent; 2 extractor; 3 balon; 4 baie de ap.

25

ncrcare, pentru mixturi asfaltice executate la cald i la 5 mm/min pentru cele executate la rece. Rezistena la compresiune este dat de relaia:

ANRc = , [N/mm2] (18)

n care: Rc este rezistena la compre-siune, n N/mm2; N ncrcarea la rupere, n N; A suprafaa pe care se aplic ncrcarea, n mm2;

n general, rezistena la compresiune pentru betoane asfaltice la 22 0C este de minimum 3,0 N/mm2. n cazul obinerii unor valori mult mai mari sau valori mai mici, se impune studiul amnunit al cauzelor care le-au determinat. De obicei valori mari se obin n cazul cnd bitumul a devenit mai dur (ardere, mbtrnire etc.). Valorile mai mici se datoresc unui bitum prea moale, unei mixturii asfaltice insuficient compactate, unui dozaj necorespunztor etc. Rezistenele la compresiune la 22 0C (Rc22) i 50 0C (Rc50) servesc pentru calcularea coeficientului de termostabilitate al mixturii asfaltice. Coeficientul de termostabilitate este dat de relaia:

c50

c22t

RRK = (19)

Coeficientul de termostabilitate d indicaii asupra modului cum se comport stratul bituminos respectiv n exploatare, la temperaturi ridicate i variaz ntre 1,5 i 3,0. Reducerea rezistenei la compresiune dup 28 zile de pstrare n ap a epruvetelor se calculeaz cu relaia:

100=cin

c28cinc28

RRRR [%] (20)

n care: Rcin este rezistena la compresiune (la 22 0C), n N/mm2; Rc28 rezistena la compresiune (la 22 0C), dup 28 zile de pstrare n ap, n N/mm2.

Se admite o scdere a rezistenei la compresiune dupa 28 zile de pstrare n ap de maximum 3035 %. Reducerea mare a rezistenei la compresiune dupa 28 zile imersare n ap indic prezena substanelor argiloase n compoziia mixturii asfaltice sau adezivitate insuficient a liantului la granula mineral.

Fig. 6. Pres pentru determinarea rezistenei la compresiune.

26

Stabilitatea Marshall servete la stabilirea compoziiei optime a mixturilor asfaltice pentru a se obine o stabilitate corespunztoare a stratului bituminos sub efectul traficului, la temperaturi ridicate. Aparatul Marshall este artat schematic n fig. 7. Pentru ncercare se folosesc epruvete tip Marshall de form cilindric avnd diametrul 100 mm i nlimea de 63,5 mm. Principiul ncercrii const n determinarea rezistenei la rupere a unei epruvete cilindrice, fora fiind aplicat pe o generatoare. ncercarea se efecueaz asupra epruvetei aezate n tipar la o temperatur de 60 0C.

Stabilitatea Marshall este ncrcarea, exprimat n kN, atins n momentul cnd se produce ruperea epruvetei.

Indicele de curgere (fluaj) este deformaia atins de diametrul vertical al epruvetei n momentul ruperii i se exprim n mm. Viteza de naintare a pistonului presei este de 50 mm/min. Stabilitatea Marshall minim, conform STAS 174-1/97, pentru mortare i betoane asfaltice cu agregat mrunt trebuie s aib valori ntre 5,0 i 9,0 kN n funcie de clasa tehnic a drmului sau categoria strzii. Pentru betonul asfaltic rugos se recomand o stabilitate Marshall de 6,59,5 kN, iar pentru betoanele asfaltice deschise i betoanele asfaltice cu agregat mare valori ntre 3,5 i 7,0 kN.

Indicele de curgere (fluaj) poate varia ntre 1,5 i 4,5 mm. n general, n cazul ncercrii Marshall mprtierea rezultatelor este destul de mare.

Fig. 7. Aparat Marshall pentru determinarea stabilitii mixturilor asfaltice.

27

Densitatea aparent este masa unitii de volum a mixturii asfaltice compactate, inclusiv golurile umplute cu aer i se exprim n g/cm3 sau kg/m3. ncercarea se poate efectua pe plcue sau carote tiate din mbrcmintea bituminoas, respectiv pe epruvete preparate n laborator. Pentru cntriri se folosete balana hidrostatic (fig.6.8).

Densitatea aparent ap se calculeaz cu relaia :

w

21

ua

mm

m

= , [g/cm3] (21)

n care: a este densitatea aparent a mixturii asfaltice, n g/cm3; mu masa epruvetei cntrit n aer n stare uscat, n g; m1 masa epruvetei cntrit n aer, dup o or de pstrare n ap, n g; m2 masa epruvetei sub ap, n g; w densitatea apei, n g/cm3, care se ia practic egal cu 1.

Densitatea aparent trebuie s aib cel puin valoarea de 2 150 kg/m3 n cazul mortarelor executate la cald i 2 250 kg/m3 n cazul betoanelor asfaltice. Densitatea aparent se utilizeaz la msurarea gradului de compactare. Gradul de compactare este raportul ntre densitatea aparent a probei luat din stratul de mbrcminte bituminoas i densitatea aparent determinat pe epruvetele cubice sau cilindrice Marshall din aceeai mixtur asfaltic. Se recomand realizarea unui grad de compactare de minimum 96 % pentru stratul de uzur i de legtur. Absorbia de ap reprezint cantitatea de ap absorbit de golurile accesibile din exterior ale unei epruvete imersate n ap, timp de trei ore la un vid de 1520 mm coloan de mercur, apoi dou ore n aceeai ap la presiunea normal. Absorbia de ap se exprim n procente din volumul sau masa epruvetei ncercate. Aparatura necesar pentru determinarea absorbiei de ap este artat n fig. 9 i const din pomp de vid, exsicator de vid i vacuumetru cu mercur. Absorbia de ap, n procente volumice, se calculeaz cu relaia:

100

=

21

3v

mm

mmA u [%] (22)

n care: Av este absorbia de ap, raportat la volumul epruvetei, n % ; m3 masa epruvetei cntrit n aer, n g, dup ce a fost meninut trei ore la presiunea atmosferic; mu masa epruvetei uscate, cntrit iniial n aer, n g; m1

masa epruvetei cntrit n aer, n g, dup ce a fost meninut timp de o or n ap; m2 masa epruvetei cntrit sub ap, n g, dup ce a fost meninut o or sub ap;

Fig. 8. Balan hidrostatic.

28

Valorile absorbiei de ap trebuie s fie de 25 % pentru mortare asfaltice executate la cald, 26 % pentru betoane asfaltice bogate n criblur, 47 % pentru betoane asfaltice rugoase i 38 % pentru betoane asfaltice deschise. O absorbie mare de ap, indic o compactare insuficent, o execuie n condiii nefavorabile sau o lips de bitum. n aceste cazuri, sectoarele respective vor fi inute sub observaie i se vor lua msuri pentru etanarea lor prin unul din procedeele consacrate. Absorbia de ap determinat pe epruvetele Marshall trebuie s aib valori ntre 25 %. Pentru drumurile i strzile din clasele tehnice II i III se recomand ca absorbia de ap s tind spre valori maxime. Umflarea se exprim prin cantitatea de ap absorbit de componenii agregatului natural sensibili la ap n timpul meninerii epruvetei din mixtur asfaltic n ap, la temperatura ambiant, timp de 28 zile (n cazuri speciale 3 zile). Scopul determinrii umfrii const n stabilirea influenei nefavorabile a unor componeni din agregate, sensibili la umflare, cum ar fi de exemplu argila. Umflarea se exprim n procente i este dat de relaia :

100V-VVU= 12 [%] (23)

n care: U este umflarea, n % ; V2 volumul epruvetei dup 28 zile de pstrare n ap, n cm3 ; V1 volumul iniial al epruvetei dup determinarea absorbiei de ap n vid, n cm3; V volumul epruvetei dup o or pstrare n ap, n cm3.

Valorile maxime admise ale umflrii sunt de 2 %. Volumul de goluri al epruvetelor cubice, cilindrice sau plcilor tiate din mbrcminte se obine prin calcul pe baza densitii i a densitii aparente determinate n prealabil. Densitatea mixturilor asfaltice se poate calcula cunoscnd compoziia mixturii asfaltice, densitatea aparent a agregatelor i densitatea bitumului, cu relaia :

Fig. 9. Aparatur pentru determinarea absorbiei de ap.

29

baba

bmbmm+b

=

+

=

+

100 [g/cm3] (24)

n care: este densitatea mixturii asfaltice, n g/cm3; m coninutul de agregate al mixturii asfaltice, n % ; b coninutul de bitum al mixturii asfaltice, n % ; 100 masa mixturii asfaltice (m + b), n g ;

a densitatea aparent a agregatelor, n g/cm3; b densitatea bitumului, n g/cm3;

Volumul de goluri se calculeaz cu relaia :

100-1= a

gV [%] (25)

n care: Vg este volumul de goluri al mixturii asfaltice compactate, n procente din volumul epruvetei;

a densitatea aparent a mixturii asfaltice compactate, n g/cm3; densitatea mixturii asfaltice, n g/cm3;

Volumul de goluri permite clasificarea mixturilor asfaltice n compacte i deschise i reprezint o caracteristic important n aprecierea calitii mbrcminilor bituminoase att din punct de vedere al rezistenei la oboseal ct i al modului de comportare la aciunea apei. Stabilitatea Hubbard Field reprezint sarcina la care o epruvet cilindric ncepe s curg printr-un orificiu calibrat cu diametrul mai mic dect al epruvetei. n fig. 6.10 se prezint schematic aparatul Hubbard - Field.

Determinarea se execut la 18 0C i 60 0C, la o vitez de deformare de 1 mm/s. Se folosesc dou tipuri de epruvete cilindrice, i anume:

Fig. 10. Aparat Hubbard - Field.

30

epruvete cu diametrul 50,9 mm i nlimea de 25,4 mm, pentru mixturi asfaltice cu dimensiunea maxim a granulelor sub 16 mm i un coninut de granule peste 2 mm, sub 35 %;

epruvete cu diametrul de 152,4 mm i nlimea de 75 mm, pentru mixturi asfaltice cu dimensiunea maxim a granulelor peste 16 mm i cu un coninut de granule peste 2 mm, mai mare de 35 %.

Pentru mortare asfaltice se recomand urmtoarele valori ale stabilitii Hubbard - Field:

la 18 0C, valori ntre 3 000 i 4 000 daN; la 60 0C, valori ntre 1 000 i 1 800 daN;

ncercarea Hubbard - Field se efectueaz din ce n ce mai rar n laboratoarele noastre. Stabilitatea prin ncercarea la compresiune triaxial este caracterizat prin unghiul de frecare interioar i coeziune. Aceste caracteristici se determin n condiii speciale de meninere a unei epruvete cilindrice la o presiune lateral constant, n timp ce se aplic o ncrcare vertical suplimentar pentru a produce ruperea epruvetei. Aparatura de ncercare este prezentat n fig. 11. La ncercarea probelor din mixtur asfaltic se disting dou faze :

fluajul, care se realizeaz prin meninerea constant timp de 2030 min sau cteva ore a presiunii laterale 3, respectiv a celei verticale 1, nregistrndu-se deformaia vertical n funcie de timp;

ruperea, care se obine prin creterea continu, cu vitez constant, a presiunii verticale n condiiile meninerii constante a presiunii laterale.

Att n cazul ncercrii la fluaj ct i a celei la rupere se calculeaz : deformaia specific :

100= hh

[%] (26)

n care: h este inlimea iniial a epruvetei, n mm ; h scurtarea epruvetei, n mm ;

treapta de deformaie specific corespunztoare unui anumit interval de timp (diferena dintre deformaia specific la timpul final, tf i deformaia specific la timpul iniial, ti):

= tf ti [%] (27)

viteza de deformaie a epruvetei v;

t

=v [s-1] (28)

nlimea modificat a epruvetei hm :

hm = h h [mm] (29)

31

aria modificat a bazei epruvetei Am, la un moment dat al ncercrii, considernd volumul epruvetei constant V:

h-hV

=Am [mm2] (30)

efortul unitar 1:

31 AGP

m

++

= [N/mm2] (31)

n care: P este fora citit pe cadranul presei, n N ; G greutatea pistonului i a capului de ncrcare, n N;

modulul de elasticitate secant Es:

=E 1

s [N/mm2] (32)

Avnd n vedere valorile 3 i 1 se poate construi cercul lui Mohr pentru o ncercare. Este nevoie de cel puin trei sau cinci epruvete ncercate n aceleai condiii de temperatur, dar cu 3 diferit, pentru a se putea obine valorile unghiului de frecare interioar , respectiv ale coeziunii C pentru mixtura asfaltic supus ncercrii.

Pentru caracterizarea comportrii mixturilor asfaltice se poate folosi diagrama din fig. 11, dat de Asphalt Institute.

Zona A cuprinde mixturile asfaltice cu o frecare interioar mic, zona B definete mixturile asfaltice la care coeziunea este insuficient, iar n zona C se ncadreaz mixturile asfaltice care sunt nesatisfctoare att din punct de vedere al frecrii interioare ct i al coeziunii. Zona D cuprinde zona mixturilor asfaltice corespunztoare a cror coeziune este peste 1,0 daN/cm2, iar unghiul de frecare interioar variaz de la 28 0 la 44 0.

a b Fig. 11. Determinarea coeziunii i a unghiului de frecare interioar:

a aparat triaxial; b diagram propus de Asphalt Institute pentru mixturi asfaltice.

32

Rezistena la oboseal a mbrcminilor bituminoase caracterizeaz modul de comportare a acestora sub efectul ncrcrilor alternative la care sunt supuse prin aciunea traficului. Determinarea rezistenei la oboseal se efectueaz n laborator prin supunerea epruvetelor la o deformaie sinusoidal nentrerupt pn n momentul ruperii.

n fig. 12 este prezentat schema ncercrii. O epruvet n form de trunchi de piramid S cu baza mare ncastrat este supus

prin intermediul bazei mici la solicitri sinusoidale prin ncovoiere cu ajutorul vibratorului V. Vibratorul este alimentat de ctre generatorul G prin intermediul unui programator P.

Se nregistreaz deformaia i fora aplicat asupra epruvetei. Parametrii ncercrii sunt : temperatura de ncercare 1030 0C ; deformaia relativ 10-5 5 x 10-4 ; frecvena 0,0550 Hz ; ncrcarea 420 daN/cm2;

S-a constatat experimental c prin intercalarea pe parcursul ncercrii a unor timpi de pauz (repaus), epruvetele au suportat un numr mai mare de cicluri de ncrcare nainte de rupere, datorit fenomenului de autoreparare.

Rezistena la oboseal este definit prin numrul de cicluri de solicitri N pe care le suport epruveta din mixtur asfaltic nainte de a se rupe. ncercarea se poate efectua la efort constant sau la deformaie constant.

Experienele efectuate n diferite laboratoare arat c legea care guverneaz fenomenul de oboseal a mixturilor asfaltice la solicitri sinusoidale prin ncovoiere se poate scrie sub forma :

n

N=K

1 (33)

n care: N este numrul de cicluri de solicitri pn la rupere; deformaia relativ; n exponent care are valoarea n jur de 6 (mai mare pentru bitum dur i mai mic pentru bitum moale);

Fig. 12. Schem pentru determinarea rezistenei la oboseal: T perioada de baz, 0,02 s; Tw timp de solicitare, 1/2 ciclu; Tr timp de repaus;

H amplitudinea efortului principal; h amplitudinea efortului secundar.

33

K coeficient global care depinde de compoziia mixturii asfaltice i de condiiile de experimentare.

n scopul studierii rezistenei la deformaii permanente a mbrcminilor bituminoase sub efectul traficului greu, deformaii care genereaz fgae, laboratoarele de specialitate au pus la punct o ncercare mai direct care s fie ct mai apropiat de condiiile reale de solicitare i n acest scop a fost creat simulatorul de fgae (fgaoscopul). Aparatul este prezentat n fig. 13. i permite testarea n laborator a comportrii mixturilor asfaltice. Probele sunt supuse efectului trecerii pneurilor, n condiii de ncrcare i presiune similare.solicitrilor provocate de vehiculele grele la temperatura de 60 0C pentru mixtura asfaltic destinat stratului de uzur i 50 0C pentru mixtura asfaltic destinat stratului de legtur, ceea ce conduce la o deformaie permanent, dup cum se vede n fig. 14.

Releveul adncimii acestei amprente, sau adncimea fgaului, n funcie de numrul de treceri permite caracterizarea mixturilor asfaltice din punct de vedere al rezistenei la formarea fgaelor. Din valorile msurate se obine curba evoluiei fgaului n funcie de numrul de cicluri, reprezentat n general printr-o relaie de forma :

NBAy lg += lg (34)

n care: y este adncimea fgaului la un numr de N cicluri; N numrul de cicluri corespunztor fgaului y; A i B sunt constante care depind de compoziia mixturilor asfaltice supuse experimentrii. n ceea ce privete mrimea fgaelor msurat pe partea carosabil a drumului, specialitii consider valabile urmtoarele concluzii:

fgaele de 56 mm adncime sunt resimite numai de traficul de mare vitez;

fgaele mai adnci de 10 mm deranjeaz circulaia; fgaele de 3040 mm adncime sunt periculoase i pentru traficul lent.

Fig. 13. Simulatorul de fgae. Fig. 14. Deformaia tip fga pe epruvet.

34

n cazul n care adncimea fgaelor depete 20 mm se consider necesar a se studia cauzele care au determinat apariia lor, n funcie de care se vor aplica msuri de remediere specifice (refacerea mbrcmintei, ranforsarea structurii rutiere). Rezistena la ntindere Rt a mixturilor asfaltice se determin prin ncercarea brazilian, pe epruvete cilindrice, conform schemei din fig. 15, la temperatura de 22 0C.

Aceasta se calculeaz cu relaia :

hdFRt

pi

2= [N/mm2] (35)

n care: F este sarcina de rupere a epruvetelor, n N ; d diametrul epruvetelor, n mm ; h nlimea epruvetelor, n mm ; Datele obinute n cadrul ncercrii braziliene permit de asemenea calculul coeziuni C i a unghiului de ferecare interioar .

tRRC c21

= , [N/mm2] (36)

tc

ic

RRRR

2=tg (37)

n care Rc este rezistena la compresiune pe cilindri, la 22 0C.

Rezistena la rupere prin ncovoiere se determin pe epruvete prismatice, la temperatura de 10 0C, prin ncrcarea acestora cu o for concentrat, plasat la mijlocul

deschiderii, pn la ruperea probei (fig.6.16). Viteza de ncrcare este de 20 mm/min. Rezistena la rupere prin ncovoiere Ri, se calculeaz cu relaia:

Nbh

lR 2i 23

= , [N/mm2] (38)

n care: N este sarcina de rupere a epru-vetelor, n N ; l distana ntre reazeme, n mm ;

a b Fig. 15. Schema ncercrii braziliene.

1 suport; 2 pies de rezemare; 3 pies de presare.

Fig. 16. Schema ncercrii la ncovoiere. 1 suport; 2 piese de rezemare; 3 poanson.

35

b limea epruvetei, n mm ; h nlimea epruvetei, n mm.

Rezistena la ptrundere se determin prin msurarea adncimii de ptrundere n masa unei epruvete cubice (preparat n laborator sau tiat din mbrcminte), a unui poanson de anumite dimensiuni, n condiii determinate de sarcin, durat i temperatur. Aceasta se determin pentru mixturi asfaltice de tipul asfaltului turnat.

2.4. Producerea, transportul i punerea n oper a mixturilor asfaltice

2.4.1. Producerea mixturilor asfaltice Mixturile asfaltice se prepar n instalaii mecanice speciale numite fabrici de asfalt sau fabrici de mixturi asfaltice, foarte diversificate ca tipuri i capacitate de producie, avnd dispozitive de predozare, uscare (pentru tehnologie la cald), dozare a materialelor componente i dispozitivul de malaxare forat. De asemenea, instalaia poate fi completat cu buncre de depozitare termoizolate pentru stocarea pe termen limitat a mixturilor asfaltice produse, nainte de a fi livrate antierelor. Productivitatea acestora se nscrie ntr-o gam foarte larg de valori, de la 7 t/h pn la 500 t/h sau chiar mai mult (1 000 t/h). Producerea mixturilor asfaltice se poate face prin tehnologii la cald sau la rece, n funcie de liantul utilizat n compoziia acestora. Procesul tehnologic de fabricare a mixturilor asfaltice la cald cuprinde urmtoarele faze: predozarea agregatelor, nclzirea lor, dozarea i amestecarea la temperaturi ridicate a agregatelor cu bitumul n malaxor. n fig. 17 este prezentat o fabric de mixturi asfaltice. n predozatoare se realizeaz predozarea agregatelor care se ridic n plnia de alimentare a usctorului cu o band transportoare. n usctor are lor nclzirea agregatelor n contracurent cu ajutorul gazelor calde de ardere produse de flacra unui injector i desprfuirea lor cu un ciclon de desprfuire; de aici, cu elevatorul pentru materiale calde, agregatele trec pe sitele vibratoare care resorteaz agregatele calde, apoi se depoziteaz pe sorturi i se cntresc. Agregatele cntrite trec ntr-un cntar-malaxor unde se adaug filerul adus cu banda transportoare din buncrul de filer i bitumul cald, din dozatorul de bitum, ambele dozate n funcie de tipul mixturii asfaltice. Din malaxor, mixtura gata preparat este ridicat cu ajutorul unui schip i depozitat n buncrul de mixtur de unde este descrcat direct n autobasculante. Predozarea agregatelor asigur alimentarea continu i regulat a instalaiei de producere a mixturii asfaltice. n cazul utilizrii mai multor sorturi de agregate diferite, care trebuie s fie amestecate n anumite proporii, predozatoarele asigur alimentarea n proporiile necesare i constante a instalaiei cu agregatele respective. n general, predozatoarele sunt constituite din buncre alimentatoare prevzute la partea inferioar cu un dispozitiv de reglare, care permite scurgerea unei cantiti constante a sortului respectiv din buncr. Transportul amestecului de agregate se efectueaz cu ajutorul benzii transportoare, n mod continuu i n cantitate constant. Predozatoarele (fig. 18) sunt prevzute cu vibratoare, care asigur debitul constant i uureaz evacuarea agregatelor fine (nisipuri) care au tendina, cnd sunt umede, s formeze o bolt n predozator. Predozatoarele se regleaz n funcie de dozajele stabilite pentru tipul de mixtur care urmeaz s fie fabricat.

36

Fig. 17. Fabric de mixturi asfaltice.

37

Predozatoarele trebuie supravegheate i controlate atent, ntruct se pot deregla foarte uor. Cauzele cele mai frecvente ale dereglrii sunt:

umiditatea nisipurilor, care conduce la variaia dozajului de nisip, datorit fenomenului de umflare. Se va verifica n a cest caz umiditatea i se va regla din nou predozatorul;

obturarea deschizturii predozatorului, datorit colmatrii cu agregate sau prin blocarea cu agregate de dimensiuni mari, ceea ce conduce la reducerea debitului de alimentare.

Uscarea, nclzirea i desprfuirea agregatelor sunt operaii deosebit de importante, ntruct pentru a realiza o bun anrobare cu bitum a acestora este necesar ca ele s aib o temperatur corespunztoare, astfel nct liantul cald la contactul cu agregatul s nu se rceasc ci s rmn fluid pentru a anroba ct mai uniform toate granulele. Din buncrul de depozitare, agregatele sunt ridicate cu elevatorul cu cupe reci i trecute n usctor (fig. 6.19).

Fig. 18. Predozatoare.

Fig. 19. Usctor pentru uscarea i nclzirea agregatelor.

38

Usctorul are o form cilindric, fiind uor nclinat (cca 6), executat din oel i prevzut cu dispozitiv pentru nclzire. Tamburul usctor se rotete continuu n jurul axului su, permind naintarea agregatelor i uniformizarea temperaturii. Usctorul este prevzut cu un injector n contracurent asigurnd astfel un schimb eficient de cldur. Agregatele se nclzesc strbtnd usctorul, n contracurent cu gazele calde de ardere. Tirajul este asigurat cu ajutorul ventilatoarelor. n interior, usctorul are palete, care permit ridicarea agregatelor pe care le las apoi s cad strbtnd curentul de gaze calde. Dimensiunile usctorului depind evident de capacitatea instalaiei. Tendinele actuale moderne tind spre mrirea diametrului usctorului i nu a lungimii lui. Rotirea usctorului este asigurat prin dispozitive adecvate. Temperatura agregatelor la ieirea din usctor trebuie s fie cuprins ntre 165 i 190 C, ntruct n malaxor se adaug filerul rece, iar temperatura dup amestecarea cu filer trebuie s aib valori ntre 150 i 170 C. Uscarea agregatelor este o operaie de importan major care are o influen preponderent asupra randamentului instalaiei i a consumului de combustibil. Factorii principali care trebuie luai n considerare n procesul de uscare i nclzire sunt:

umiditatea agregatelor; granulozitatea lor; temperatura necesar pentru anrobare.

Parametrii asupra crora se acioneaz sunt durata meninerii agregatelor n usctor, reglarea injectorului i debitul de aer. Msurtori efectuate arat c dac umiditatea agregatelor crete de la 6 % la 12 %, productivitatea usctorului scade la 50 %. n aceste condiii, consumul de combustibil variaz de asemenea n limite largi n funcie de tipul instalaiei, putnd crete de la 8 kg/t n cazul agregatelor uscate, la 16 kg/t pentru agregatele ude. n consecin, este necesar s se lucreze cu agregate cu umiditate ct mai mic, pentru a avea un consum ct mai sczut de combustibil. Gazele calde antreneaz cu ele o parte a elementelor fine din agregate. Pentru a evita poluarea, gazele trec printr-o instalaie de desprfuire. La ieirea din usctor agregatele sunt preluate de elevatorul cald i conduse la un siloz, care poate fi prevzut cu instalaii de sortare i dozare. Elevatorul cald este acoperit pentru a evita pierderile de cldur i pierderea particulelor fine. Dozarea i malaxarea se fac astfel nct s se poat realiza mixturi asfaltice ct mai omogene, respectndu-se dozajele date de laborator. Sortatoruldozator are ca scop ciuruirea agregatelor calde, separndu-se pe fraciuni i reconstituind astfel un amestec perfect dozat. Acesta este format din mai multe ciururi, care permit sortarea fraciunilor. Agregatele calde cnt-rite de ctre sortatorul-dozator sunt introduse n malaxor. Se adaug filerul rece, cutnd s se realizeze o ct mai bun omogenizare a agregatelor (cribluri, nisip) cu filerul. Apoi se adaug liantul (bitumul) fierbinte la temperatura de 150170 C i se continu amestecarea. Bitumul este livrat cald de la rafinrii i depozitat n bataluri sau n cisterne mobile (tancuri de bitum). Pentru malaxare, bitumul trebuie nclzit la temperatura de 150170 C pentru a i se asigura o vscozitate sczut. Temperaturile recomandate pentru anrobarea agregatelor sunt 150170 C pentru bitumul D80/120 i 165170 C pentru bitumul mai dur (D40/50).

39

Filerul este dozat cu ajutorul dozatorului de filer prin cntrire, iar bitumul poate fi dozat gravimetric sau volumetric. Malaxoarele cele mai rspndite sunt cele cu ax orizontal prevzut cu palete (fig. 6.20). S-au studiat formele cele mai adecvate ale cuvei malaxorului, forma i nclinarea paletelor, astfel ca s se efectueze o ct mai bun amestecare a agregatelor cu bitum. Paletele trebuie s poat fi nlocuite uor, pe msura uzrii lor. Malaxoarele cu ax vertical sunt folosite mai ales pentru amestecarea agregatelor cu dimensiuni mai mari, pn la 40 mm. Durata de malaxare depinde de tipul instalaiei i trebuie s asigure o anrobare complet i uniform a agregatelor cu bitum. O malaxare insuficient conduce la o repartiie eterogen a liantului. O malaxare prea intens nu mbuntete anrobarea, dar micoreaz randamentul instalaiei. nclzirea agregatelor i a bitumului la temperaturi foarte ridicate (peste 200 C) trebuie evitat, la fel ca i nclzirea prelungit a bitumului sau renclzirea aceleiai cantiti de bitum de mai multe ori, deoarece n asemenea situaii bitumul sufer transformri care i schimb caracteristicile, putndu-se ajunge la "arderea" bitumului, ceea ce echivaleaz cu pierderea adezivitii i mbtrnirea lui prematur. La ieirea din malaxor, mixtura asfaltic se depoziteaz provizoriu ntr-un buncr de unde este ncrcat n autobasculante i transportat la punctul de punere n oper. Temperatura mixturii asfaltice livrate de fabrica de asfalt trebuie s fie de 140170 C, n funcie de temperatura atmosferic, distana de transport, tipul acesteia etc. La fabricile de asfalt n flux continuu, malaxorul funcioneaz n permanen, att agregatele ct i bitumul fiind introduse n malaxor n permanen, pe msura necesarului. La fabricile n flux discontinuu, ncrcarea malaxorului se face succesiv, mixtura asfaltic fiind preparat n arje. Productivitatea instalaiilor de producere a mixturilor asfaltice se calculeaz cu relaia:

tkqnP = [t/h] (39)

n care: P este productivitatea fabricii, n t/h;

n numrul de arje pe or

=

tn

60;

t timpul necesar unei arje, n min; q masa unei arje, n t; kt indicele de utilizare a instalaiei, n general egal cu 0,85.

Fig. 20. Malaxor pentru mixtur asfaltic.

40

Fabricile de asfalt n flux discontinuu sunt recomandate pentru antiere unde se lucreaz cu mixturi asfaltice diferite, acolo unde uneori dozajele se schimb de dou sau mai multe ori pe zi. Fabricile de asfalt n flux continuu sunt mai robuste i se recomand mai ales pentru antiere unde se prepar acelai tip de mixtur asfaltic n cantiti mari. Fabricile de asfalt performante, aflate actualmente n dotarea societilor de drumuri sunt automatizate i informatizate, astfel c ntreg procesul tehnologic este supravegheat cu uurin, orice dereglaj al instalaiei putnd fi semnalat n vederea efecturii interveniilor necesare. n vederea realizrii unor mixturi asfaltice de bun calitate, n conformitate cu prevederile proiectului i a dozajelor elaborate de un laborator de specialitate, un rol deosebit de important revine controlului procesului tehnologic, care trebuie s urmreasc n permanen: calitatea materialelor, funcionarea instalaiilor i a utilajelor, calitatea mixturilor asfaltice. Controlul materialelor trebuie s se fac la primirea lor pe antier, n conformitate cu standardele n vigoare, de ctre laboratorul de antier. Pentru criblurile aprovizionate (sorturile 38; 816; 1625) se efectueaz urmtoarele ncercri:

determinarea granulozitii; determinarea formei granulelor; verificarea coninutului de impuriti.

Pentru nisip, pietri i balast, pe lng determinarea granulozitii, se mai verific n plus coninutul de substane humice. n cazul unor materiale livrate care nu corespund condiiilor tehnice se va proceda conform legislaiei n vigoare, urmrindu-se perseverent ca n nici un caz s nu fie introduse n procesul tehnologic, ntruct cu materiale de proast calitate nu se pot executa mixturi asfaltice corespunztoare. Filerul va fi controlat pe fiecare lot livrat determinndu-se fineea i umiditatea, lundu-se msuri pentru a fi depozitate n condiii adecvate, n magazii acoperite, ferit de ploi i alte intemperii. Bitumul este de regul controlat la rafinrii, dar totui este necesar s fie verificat pe antier fiecare lot de bitum livrat, determinndu-se penetraia i punctul de nmuiere. De asemenea, se efectueaz verificarea adezivitii lui fa de agregatele care au fost aprovizionate pe antier. Controlul materialelor aprovizionate trebuie efectuat cu deosebit exigen de ctre un personal calificat i contiincios, sub directa supraveghere a efului de antier, care rspunde moral i material de calitatea lucrrilor executate. Controlul funcionrii instalaiilor i a utilajelor trebuie s fie organizat i efectuat n cele mai bune condiii, ntruct chiar cu cele mai bune materiale nu se poate realiza o mixtur asfaltic de bun calitate, dect cu condiia funcionrii ireproabile a instalaiilor i a utilajelor. Controlul vizeaz urmtoarele obiective mai importante:

urmrirea funcionrii corecte a predozatoarelor pentru asigurarea alimentrii constante a instalaiei cu agregatele necesare;

reglarea injectorului astfel nct s se realizeze temperaturile prescrise n usctor, concomitent cu arderea complet a combustibilului. O reglare incorect a injectorului conduce la variaii de temperatur mari n usctor, putndu-se astfel obine arje de agregate cu temperaturi foarte ridicate (peste 200 C) care pot duce la arderea

41

bitumului n malaxor, sau arje de agregate cu temperaturi sczute (sub 150 C), pe care nu se realizeaz peliculizarea corect a bitumului i anrobarea n malaxor;

controlul temperaturii agregatelor la ieirea din usctor se face prin msurarea direct cu termometrul a temperaturii agregatelor, sau cu ajutorul logometrelor, care permit citirea continu a temperaturilor realizate;

controlul granulozitii agregatelor la ieirea din usctor se efectueaz de ctre laboratorul de antier, verificndu-se dac predozatoarele funcioneaz corect i dac se respect dozajul recomandat de laborator;

temperatura bitumului se msoar fie cu termometrul, fie cu ajutorul logometrelor. Se controleaz de asemenea etaneitatea circuitului bitumului evitndu-se orice pierderi de cldur pe conducte sau eventuale scurgeri de bitum;

controlul funcionrii cntarelor trebuie s asigure dozarea corect a agregatelor, filerului i bitumului. Aceste verificri se fac zilnic, urmrindu-se astfel o dozare ct mai corect a tuturor