RANFORSAREA COMPLEXELOR RUTIERE

Prin noţiunea de ranforsare a complexelor rutiere existente se înţeleg totalitatea lucrărilor necesare pentru ridicarea capacităţii portante a drumului (străzii) la nivelul solicitărilor generate de creşterea traficului rutier.

Sub influenţa traficului, a factorilor climaterici, a modului de alcătuire şi construcţie a sistemului rutier precum şi a întreţinerii ulterioare, sistemele rutiere existente îşi pierd durabilitatea şi se degradează în timp sub acţiunea solicitărilor, aşa cum se observă din figura 3.1.

Fig.3.1. Factorii care afectează performanţele sistemelor rutiere

Pentru readucerea la valori acceptabile a valorilor parametrilor tehnici ai drumurilor (străzilor) este necesară realizarea unor lucrări de întreţinere şi reparaţii a căror eşalonare în timp depinde de alura curbei degradărilor – fig.3.2.

Fig.3.2. Variaţia în timp a valorilor parametrilor tehnici ai drumurilor

Concomitent cu realizarea ranforsării sistemelor rutiere se recomandă proiectarea şi executarea şi a unor lucrări pentru sistematizarea elementelor geometrice ale drumului precum şi a altor lucrări (asanarea corpului drumului, colectarea şi evacuarea apelor de suprafaţă, amenajarea intersecţiilor la nivel, a locurilor de staţionare, etc.).

3.1. Metode de calcul ale ranforsării complexelor rutiere existente

În ţara noastră se aplică, în prezent, următoarele metode de calcul :1. Metoda analitică de dimensionare a straturilor bituminoase de ranforsare a sistemelor

rutiere suple şi semirigide – AND 550/1999.2. Dimensionarea ranforsărilor cu stratul din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici

ale structurilor rutiere suple şi semirigide CD 152-2001.3. Dimensionarea ranforsărilor cu beton de ciment ale structurilor rutiere rigide, suple şi

semirigide PD 124-2001.

3.1.1. Metoda analitică de dimensionare a straturilor bituminoase de ranforsare a sistemelor rutiere suple şi semirigide – AND 550/1999.

Dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare se bazează pe îndeplinirea concomitentă a următoarelor criterii :

- deformaţia specifică de întindere admisibilă, determinată la baza straturilor bituminoase;- deformaţia specifică de compresiune admisibilă, determinată la nivelul pământului de

fundare.Metoda impune ca straturile bituminoase să fie alcătuite din :- îmbrăcăminte bituminoasă în două straturi, cu grosime minimă de 8 cm şi maximă de 13

cm;- îmbrăcăminte bituminoasă în două straturi şi strat de bază din mixtură asfaltică cu grosime

totală egală sau mai mare de 13 cm.Etapele de calcul ale acestei metode sunt:

I . Stabilirea traficului de calcul; II. Analiza sistemului rutier ranforsat la solicitarea osiei standard ;

III. Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier existent ranforsat.

I. Stabilirea traficului de calcul. La ranforsarea structurilor rutiere suple şi semirigide se ia în considerare traficul de calcul corespunzător perioadei de perspectivă, exprimat în osii standard de 115 kN, echivalent vehiculelor care vor circula pe drum.

Osia standard de 115 kN (o.s. 115 ) prezintă următoarele caracteristici :- sarcina pe roţile duble : 57,5 kN ;- presiunea de contact : 0,625 MPa ;- raza suprafeţei circulare echivalente suprafeţei

de contact pneu – suprafaţa de rulare : 0,171 m. Se recomandă adoptarea unei perioade de perspectivă de minimum 15 ani în cazul drumurilor din clasele tehnice I şi II şi de minimum 10 ani în cazul drumurilor din clasele tehnice III,IV şi V. Traficul de calcul se exprimă în milioane de osii standard de 115 kN (m.o.s.) şi se stabileşte pe baza structurii traficului mediu zilnic anual în posturile de recenzare aferente sectorului de drum , cu relaţia :

Nc = (m.o.s.) (3.1)

unde :Nc - traficul de calcul (m.o.s.) ;365 - numărul de zile calendaristice dintr-un an ;

pp - perioada de perspectivă, în ani ;crt - coeficientul de repartiţie transversală, pe benzi de circulaţie şi anume :

- pentru drumuri cu o bandă de circulaţie = 1,00 ; - pentru drumuri cu 2 şi 3 benzi de circulaţie = 0,50 ; - pentru drumuri cu patru sau mai multe benzi de circulaţie = 0,45 ;

nki - intensitatea medie zilnică anuală a vehiculelor din grupa k, conform rezultatelor recensământului de circulaţie ;pkR - coeficientul de evoluţie al vehiculelor din grupa k, corespunzător anului de dare în exploatare a drumului, anul R, stabilit prin interpolare ;pkF - coeficientul de evoluţie al vehiculelor din grupa k, corespunzător sfârşi- tului perioadei de perspectivă luată în consideraţie (anul F), stabilit pin interpolare ;f ek - coeficientul de echivalare al vehiculelor din grupa k în osii standard de 115 kN.

II. Analiza sistemului rutier ranforsat la solicitarea osiei standard

Soluţia de ranforsare a sistemului rutier existent se stabileşte pentru sectoare omogene de drum (conform pct.3.1.1.)

Sistemul rutier existent este caracterizat, pentru fiecare sector omogen de drum, prin grosimea fiecărui strat rutier şi prin caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din straturile rutiere şi ale pământului de fundare (modulul de elasticitate dinamic, E, în MPa şi coeficientul lui Poisson, µ).

Modul de alcătuire al sistemului rutier existent se stabileşte atât pe baza documentaţiilor existente şi a istoriei lucrărilor de întreţinere, cât şi pe baza de sondaje. În calcule se adoptă grosimile medii ale straturilor rutiere pentru fiecare sector omogen de drum .

Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic pentru tipurile de pământ sunt prezentate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1.

Tipul climateric

Regimul hidrologic

Tipul pământuluiP1 P2 P3 P4 P5

Ep, MPa

I1

100

90

7080

802a

6575

2b 70 70II 1

6580

802a

702b 80 70

III 1 9060

55 802a

80 50 652b

Coeficientul lui Poisson 0,27 0,30 0,30 0,35 0,42

Tipurile de pământ, conform STAS 1243/88, sunt prezentate în tabelul 3.2.

Categoria pământului

Tipul de pământ

Clasificarea pământurilor

conform STAS 1243

Indicile de plasticitate Ip

%

Compoziţia granulometrică

Argilă%

Praf%

Nisip%

Necoezive P1 Pietriş cu nisip Sub 10 Cu sau fara fractiuni sub 0,5 mmP2 10...20 Cu fracţiuni sub 0,5 mm

Coezive P3 Nisip prăfos, Nisip argilos,

0...20 0...30 0...50 35...100

P4 Praf, praf nisipos, praf argilos, praf

argilos nisipos

0...25 0...30 35...100 0...50

P5 Argilă, argilă prăfoasă, argilă

nisipoasă, argilă prăfoasă

nisipoasă

Peste 15 30...100 0...70 0...70

Tipul climateric al zonei se alege din figura 3.1.

Fig.3.1. Harta cu repartiţia tipurilor climaterice pe teritoriul României.

Regimul hidrologic se diferenţiază astfel:- regim hidrologic 1, corespunzător condiţiilor hidrologice favorabile – (STAS 1709/2-1990).- regim hidrologic 2, corespunzător condiţiilor hidrologice defavorabile notat cu :

a) pentru sectoare de drum situate în rambleu cu înălţimea minimă de 1,00 m;b) pentru sectoare de drum situate în rambleu cu înălţimea sub 1 m, la nivelul

terenului, în profil mixt sau debleu.Valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al balastului (Eb) se stabileşte cu relaţia :

Eb = 0,20 (MPa) (3.1.)Unde : hb - grosimea stratului de balast, în mm;

E0 - modulul de elasticitate dinamic al pământului de fundare, în MPa.Coeficientul lui Poisson pentru balast este de 0,27.

Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic şi ale coeficientului lui Poisson pentru materialele din straturile de bază şi de fundaţie existente se stabilesc conform tabelului 3.3.

Tabelul 3.3. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate pentru straturile de bază şi de fundaţie.

Denumirea materialului E, MPa µMacadam penetrat 1000 0,27Macadam 600 0,27Agregate naturale stabilizate cu ciment 600 0,25Agregate cu lianţi puzzolanici 700 0,25Piatră spartă cilindrată 400* 0,27Pavaje 350 0,27Bolovani 200 0,27

* În cazul în care piatra spartă constituie un strat inferior de fundaţie, modulul de elasticitate dinamic se stabileşte cu relaţia (3.1).

Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice din straturile bituminoase existente sunt cele din tabelul 3.4.

Tabelul 3.4. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al mixturii asfaltice

Parametrul de degradare al îmbrăcămintei bituminoase, conform instrucţiunilor

indicativ CD 155

Indicele global de degradare, conform normativului AND

540-98

Tip climateric

I+II IIIE, MPa

Sub 0,10 Peste 85 3300 47000,10 - 0,30 65 - 85 3000 3800Peste 0,30 Sub 65 2500 3000

Valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este 0,35.Deoarece ranforsarea structurii rutiere presupune în general prevederea mai multor straturi bituminoase, în calcule se adoptă grosimea totală a acestora şi valoarea modulului de elsticitate dinamic mediu ponderat (Em, MPa) calculat cu relaţia.

Em = , MPa (3.2.)

Unde :Ei - modulul de elasticitate dinamic al mixturii asfaltice din stratul i, în MPa;Hi - grosimea stratului i, în cm.

Tabelul 3.5.Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale mixturilor asfaltice , straturi noi.

Tipul mixturii asfalticeTipul

stratului

Tip climateric I şi II

Tip climateric III

Coeficientul Poisson (µ)

E, MPaMixturi asfaltice (SR 174/1-97)

uzură 3600 4200

0,35

legătură 3000 3600bază 5000 5600

Mixturi asfaltice cu bitum modificat (AND 549-99)

uzură 4000 4500

legătură3500 4000

Mixturi asfaltice stabilizate cu fibre (AND 539-99)

- tip MASF 16- tip MASF 8

uzură33003000

40003600

Analiza structurii rutiere ranforsate la solicitarea osiei standard comportă calculul cu programul CALDEROM 1998 al următoarelor componente ale deformaţiei:- deformaţia specifică orizontală de întindere la baza straturilor bituminoase (ε r), în

microdeformaţii ;- deformaţia specifică verticală de compresiune, la nivelul patului drumului (ε7), în

microdeformaţii.Calculele se efectuează în următoarele puncte:

- pentru εr : r = 0 (cm); z1 = , (cm) (3.3)

unde :hima - grosimea fiecărui strat bituminos existent şi a straturilor de ranforsare, în cm;- pentru εz : r = 0 (cm); z2 = H + hSR , (cm) (3.4)unde :H - grosimea totală a sistemului rutier existent, în cm;HSR - grosimea totală a straturilor bituminoase de ranforsare, în cm.

III. Stabilirea comportării sub trafic al sistemului rutier existent ranforsat

Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier ranforsat are drept scop calcularea grosimii straturilor bituminoase de ranforsare pentru care sunt respectate criteriile de dimensionare.

Criteriul deformaţiei specifice de întindere admisibil la baza straturilor bituminoase este respectat dacă rata de degradare prin oboseală (RDO) are o valoare mai mică sau egală cu RDO admisibilă.

Rata de degradare prin oboseală se calculează cu relaţia:RDO = Nc / Nadm (3.5.)

Unde :Nc - traficul de calcul, în osii standard de 115 kN, în m.o.s.;Nadm - numărul de solicitări admisibil, în m.o.s. care poate fi preluat de straturile bituminoase,

corespunzător stării de deformaţie la baza acestora.Numărul de solicitări admisibil, care poate să fie preluat de straturile bituminoase, se stabileşte

cu ajutorul legilor de oboseală a mixturii asfaltice, în funcţie de categoria drumului sau a străzii, şi de traficul de calcul, cu relaţiile:

a) autostrăzi şi drumuri expres; drumuri naţionale europene; drumuri şi străzi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s. (1 106 o.s. 115 kN);Nadm = 4,27 108 εr

-3,97 (m.o.s.) (3.6)

b) drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. ( o.s. 115 kN):Nadm = 24,5 108 εr

-3,97 (m.o.s.) (3.7)Numărul de solicitări admisibil al osiei standard de 115 kN poate să fie stabilit şi cu

ajutorul diagramei din figura 3.2.

Fig.3.2. Diagrama de stabilire a numărului de solicitări admisibil în funcţie de deformaţia specifică radială de întindere la baza straturilor bituminoase.

Grosimea necesară a straturilor bituminoase de ranforsare este cea pentru care se respectă condiţia :

RDO < RDOadm (3.8)

În care RDO admisibil are următoarele valori:- max 0,80 pentru autostrăzi şi drumuri expres;- max 0,85 pentru drumuri naţionale europene;- max 0,90 pentru drumuri naţionale principale şi străzi;- max 0,95 pentru drumuri naţionale secundare;- max 1,00 pentru drumuri judeţene, comunale şi vicinale.In cazul în care condiţia (3.8) nu este satisfăcută se repetă calculul ratei de degradare prin

oboseală pentru o grosime mai mare a straturilor bituminoase de ranforsare, grosimea necesară rezultând prin interpolare.

Criteriul deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul pământului de fundare este respectat, dacă este îndeplinită condiţia:

ε z ≤ ε zadm (3.9)unde :ε z - deformaţia specifică verticală de compresiune la nivelul pământului de fundare, în

microdeformaţii, calculată cu programul CALDEROM; (etapa II).ε zadm - deformaţia specifică verticală admisibilă se calculează cu următoarele relaţii:a)

- autostrăzi şi drumuri expres;- drumuri naţionale europene;

- drumuri şi străzi cu trafic mai mare de 1 m.o.s. (1 106 o.s. 115 kN);ε zadm = 329Nc

-0,27 (microdef) (3.10)

b) drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. (1 106 o.s. 115 kN);ε zadm = 600Nc

-0,28 (microdef) (3.11)Deformaţia specifică verticală admisibilă se poate stabili şi cu ajutorul diagramei din figura 3.3.

Fig. 3.3. Diagrama de stabilire a deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul pământului de fundare în funcţie de traficul de calcul.

Dacă condiţia (3.9) nu este îndeplinită, se repetă calculul deformaţiei specifice verticale, pentru o grosime mai mare a starturilor bituminoase de ranforsare.

3.1.2. Dimensionarea ranforsărilor cu strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici ale structurilor rutiere suple şi semirigide CD 152-2001

Dimensionarea ranforsărilor sistemelor rutiere suple şi semirigide cu strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici se bazează pe îndeplinirea concomitentă a următoarelor criterii :

- deformaţia specifică de întindere admisibilă la baza straturilor bituminoase :- tensiunea de întindere admisibilă la baza stratului/straturilor din agregate naturale

stabilizate cu lianţi puzzolanici;- deformaţia specifică de compresiune admisibilă la nivelul patului drumului.

Metoda de dimensionare comportă următoarele etape:I. Stabilirea traficului de calcul;II. Stabilirea capacităţii portante a structurii rutiere existente;III. Alegerea alcătuirii sistemului rutier;IV. Analiza sistemului rutier ranforsat la solicitarea osiei standard;V. Stabilirea comportării sub trafic a structurii rutiere.

I. Stabilirea traficului de calcul

Se ia în considerare traficul de calcul corespunzător perioadei de perspectivă. Se recomandă adoptarea unei perioade de perspectivă de minimum 15 ani în cazul drumurilor din clasele tehnice I şi II şi de minimum 10 ani în cazul drumurilor din clasele tehnice III, IV şi V.

Traficul de calcul se exprimă în milioane de osii standard de 115 kN (m.o.s.) şi se stabileşte pe baza structurii traficului mediu zilnic anual în posturile de recenzare aferente sectorului de drum, cu relaţia:

Nc = (m.o.s.) (3.12)

Unde :Nc - traficul de calcul (m.o.s.- milioane osii standard);365 – numărul de zile calendaristice dintr-un an;pp - perioada de perspectivă, în ani;crt – coeficientul de repartiţie transversală, pe benzi de circulaţie şi anume:- pentru drumuri cu 2 şi 3 benzi de circulaţie crt= 0,50;- pentru drumuri cu 4 sau mai multe benzi de circulaţie crt = 0,45;nkl – intensitatea medie zilnică anuală a vehiculelor din grupa k, conform rezultatelor recensământului de circulaţie;pkR – coeficientul de evoluţie al vehiculelor din grupa k, corespunzător anului de dare în exploatare a drumului, anul R, stabilit prin interpolare;pkF – coeficientul de evoluţie al vehiculelor din grupa k, corespunzător sfârşitului perioadei de perspectivă luată în consideraţie (anul F), stabilit prin interpolare;fek – coeficientul de echivalare al vehiculelor din grupa k în osii standard de 115 kN.

II. Stabilirea capacităţii portante a structurii rutiere existente

Suportul sistemului rutier este constituit din terasamente alcătuite din pământuri şi eventual dintr-un strat de formă şi este caracterizat în vederea dimensionării prin caracteristicile de deformabilitate : modului de elasticitate dinamic şi coeficientul lui Poisson.

Valorile acestor caracteristici se stabilesc conform punctului 3.1.1.În cazul terasamentelor executate din deşeuri de carieră sau din cenuşă de termocentrală se

recomandă următoarele valori ale caracteristicilor de deformabilitate:- deşeuri de carieră: Ep= 100 MPa; μ = 0,27;- cenuşă de termocentrală : Ep = 50 MPa; μ = 0,42.Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate pentru materialele coezive din stratul de formă sunt prezentate în tabelul 3.6.

Tabelul 3.6. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate pentru materialele coezive din stratul de formă

Denumirea materialuluiModulul de elasticitate

dinamic, Es.f., MPaCoeficientul lui

Poisson, μPământuri coezive tratate cu var:

- tip P3 şi P4

- tip P5

150250

0,350,35

Pământuri coezive stabilizate cu zgură granulată şi var

200 0,30

Pământuri stabilizate cu ciment 300 0,27Agregate naturale stabilizate cu lianţi

puzzolanici:- zgură granulată;- cenuşă de termocentrală;- tuf vulcanic

400500400

0,270,270,27

III. Alegerea alcătuirii sistemului rutier

Sistemele rutiere suple ranforsate cu cel puţin un strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici devin sisteme rutiere semirigide.

Straturile rutiere pentru ranforsarea unor structuri rutiere suple sau semirigide existente vor avea următoarea alcătuire :

a) strat de rulare realizat din :- tratament bituminos dublu de suprafaţă pentru clasele de trafic MEDIU (0,10... 0,30

m.o.s.), UŞOR (0,03...0,10 m.o.s.) şi FOARTE UŞOR (sub 0,03 m.o.s.) ;- îmbrăcăminte bituminoasă în două straturi în grosime minimă de 8 cm sau într-un strat din

beton asfaltic în grosime de minim 6 cm pentru clasele de trafic MEDIU (0,10...0,30 m.o.s.) şi GREU (0,30...10 m.o.s.);

b) strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici (minim 18 cm pentru trafic MEDIU, UŞOR şi FOARTE UŞOR şi 20 cm pentru trafic GREU).

IV. Analiza structurii rutiere ranforsate la solicitarea osiei standard

Structura rutieră supusă analizei este caracterizată prin grosimea fiecărui strat rutier şi prin caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din straturile rutiere şi ale terenului de fundare (modulul de elasticitate dinamic, E, în MPa şi coeficientul lui Poisson, μ).

Valorile de calcul ale acestor caracteristici se stabilesc conform tabelului 3.5. şi 3.7.Tabelul 3.7. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate pentru agregate naturale

stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici (straturi noi la benzile de lărgire).

Denumirea materialuluiModulul de elasticitate

dinamic (E), MPa

Coeficientul lui Poisson

(μ)Agregate naturale stabilizate cu ciment:

- strat de bază- strat de fundaţie

12001000

0,25

Agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici: zgură granulată :

- strat de bază- strat de fundaţie

cenuşă de termocentrală :- strat de bază- strat de fundaţie

tuf vulcanic :- strat de bază- strat de fundaţie

1200700

18001100

1200750

În cazurile în care sistemul rutier are mai mult de patru starturi rutiere, două sau trei staturi rutiere, alcătuite din acelaşi tip de materiale (mixtură asfaltică, piatră spartă sau balast) acestea vor fi caracterizate prin :

- grosimea totală a pachetului de straturi, hi, în cm;- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat (Em) al pachetului respectiv de straturi

rutiere, care se calculează cu relaţia:

Em = (MPa) (3.13)

Unde :

Ei - modulul de elasticitate dinamic al materialului din stratul i, în MPa;hi - grosimea stratului i, în cm.În mod obişnuit straturile bituminoase sunt caracterizate prin modulul de elasticitate dinamic

mediu ponderat.Analiza sistemului rutier semirigid la solicitarea osiei standard comportă calculul deformaţiilor

specifice şi tensiunilor în punctele critice ale complexului rutier, carcaterizate printr-o stare de solicitare maximă.

În cazul sistemelor rutiere semirigide se calculează următoarele:- deformaţia specifică orizontală de întindere (εr) la baza straturilor bituminoase, în

microdeformaţii;- tensiune orizontală de întindere (σr) la baza stratului/straturilor de agregate naturale

stabilizate cu lianţi puzzolanici în MPa;- deformaţia specifică verticală de cmpresiune (εz ) la nivelul patului drumului, în

microdeformaţii.Claculele se efectuează cu programul CALDEROM 2000 în următoarele puncte :- pentru εr : la baza straturilor bituminoase

z1 = (cm) (3.14)

unde :

z1 - adăugarea de la suprafaţa îmbrăcămintei unde se determină deformaţia , în cm;hima - grosimea fiecărui strat bituminos, în cm.

- pentru σr : la baza straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici :

z2 = z1 + (cm) (3.15)

unde :

hibs - grosimea fiecărui strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici în cm;- pentru εz: la nivelul patului drumului

z3 = z1 + z2 + H (cm) (3.16)unde:H - grosimea sistemului rutier existent (neranforsat) , în cm.

V. Stabilirea comportării sub trafic a structurii rutiere

Stabilirea comportării sub trafic a structurii rutiere după ranforsare are drept scop compararea valorilor deformaţiilor specifice şi tensiunilor calculate anterior cu cele admisibile, stabilite pe baza proprietăţilor de comportare ale materialelor.

Se consideră că o structură rutieră poate prelua solicitările traficului, corespunzătoare perioadei de perspectivă luată în considerare, dacă sunt respectate concomitent, toate criteriile de dimensionare prevăzute la punctul 3.1.2.

Criteriul deformaţiei specifice de întindere admisibile la baza straturilor bituminoase este respectat dacă rata de degradare prin oboseală (RDO) are o valoare mai mică sau egală cu RDO admisibil.

Ea se calculează cu relaţia 3.5.îNumărul de solicitări admisibil, care poate fi preluat de straturile bituminoase, se stabileşte cu

ajutorul legilor de oboseală a mixturii asfaltice cu relaţiile (3.6) şi (3.7) funcţie de valorile traficului de calcul.

Grosimea necesară a straturilor bituminoase este cea pentru care se respectă condiţia (3.8.) în care RDO admisibil are următoarele valori:

- max. 0,90 pentru drumuri naţionale principale şi străzi;- max. 0,95 pentru drumuri naţionale secundare;- max. 1,00 pentru drumuri judeţene şi comunale.

În cazul în care această condiţie nu este satisfăcută se repetă calculul ratei de degradare prin oboseală pentru o grosime mai mare a straturilor bituminoase.

Criteriul tensiunii de întindere admisibilă la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici este respectat, dacă este îndeplinită condiţia:

σr = σr adm (3.17)unde:σr - tensiunea orizontală de întindere la baza stratului/straturilor din agregate naturale

stabilizate cu lianţi puzzolanici, în MPa;σr adm - tensiunea de întindere admisibilă, în MPa.Tensiunea de întindere admisibilă se calculează cu relaţia:

σr adm = Rt (3.18)unde:Rt - rezistenţa la întidere a agregatelor naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici,

în MPa, prezentată în tabelul 3.8;Nc - traficul de calcul în milionimi osii standard de 115 kN.Tabelul 3.8. Rezistenţa la întindere a agregatelor stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici

(la 360 zile de la confecţionare).Tipul liantului şi al stratului Rt , MPa

A. Ciment:- strat de bază- strat de fundaţie

0,400,35

B. Lianţi puzzolanici zgură granulată- strat de bază- strat de fundaţie cenuşă de termocentrală- strat de bază- strat de fundaţie tuf vulcanic- strat de bază- strat de fundaţie

0,350,20

0,500,30

0,550,35

În cazul în care sistemul rutier nu satisface acest criteriu, se reface calculul pentru o grosime mai mare a stratului stabilizat.

Criteriul deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul pământului de fundare este respectat dacă este îndeplinită condiţia (3.9).

Deformaţia specifică verticală admisibilă se calculează cu relaţia (3.10) sau (3.11) funcţie de traficul de calcul.

Şi în cazul în care această ultimă condiţie nu este îndeplinită se modifică alcătuirea sistemului rutier. Se recomandă îngroşarea stratului de fundaţie din balast până la grosimea de 30 cm – pentru benzile de lărgire – iar pentru ranforsare – se majorează grosimea straturilor bituminoase şi a stratului din agregate stabilizate.

3.1.3. Dimensionarea ranforsărilor cu beton de ciment ale structurilor rutiere rigide, suple şi semirigide PD 124-2001

Ranforsările cu beton de ciment sunt bazate pe execuţia de dale din beton peste structurile rutiere existente a căror

rigiditate este foarte mare în comparaţie cu aceea a strcturilor rutiere care se ranforsează.

A. Dimensionarea structurilor rutiere rigide pentru ranforsarea sistemelor suple şi semirigide se bazează pe criteriul tensiunii admisibile la întindere din încovoiere a betonului de ciment rutier (σt adm) .

B. Dimensionarea grosimii dalelor noi din beton de ciment, ale căror rosturi trebuie să se suprapună peste rosturile din structura rutieră rigidă existentă, se bazează pe relaţii de calcul care ţin seama de aderenţa dintre îmbrăcămintea veche din beton de ciment şi cea nouă.

A. 6. Dimensionarea ranforsărilor cu beton de ciment ale structurilor rutiere suple şi semirigide

Metoda are următoarele etape de calcul:I. Stabilirea traficului de calcul;II. Stabilirea capacităţii portante a terenului de fundare;III. Stabilirea capacităţii portante a structurii rutiere

existente;IV. Calculul grosimii dalei din beton de cimentSchema de calcul din cadrul metodei de dimensionare

este modelul cu element finit realizat prin procedeul multistrat alcătuit din: dala din beton de ciment şi startul echivalent strraturilor reale subadiacente (strat de bază/strat de fundaţie /strat de formă şi teren de fundare) în condiţiile următoarelor ipoteze:

- încărcare din trafic cu osia de 115 kN;- încărcarea de calcul din trafic este încărcarea pe roţile

duble a osiei standard de 115 kN sporită cu coeficientul de import şi transmisă print-o amprentă dreptunghiulară tangentă la marginea dalei,

echivalentă amprentei eliptice reale, având dimensiunile în plan: l L = 25 37 (cm);

- încărcarea din variaţii zilnice din temperatură este datorată gradientului zilnic de temperatură constant, egal cu 0,67 din grosimea dalei pentru mijlocul şi marginea dalei şi cu 0,4 pentru colţul dalei;

- dala reazemă uniform pe structura rutieră existentă;- deplasările la contactul dintre dala şi stratul echivalent

straturilor reale subadiacente sunt definite prin modulul de reacţie la suprafaţa stratului de rezemare.

I. Stabilirea traficului de calcul

Traficul de calcul pe perioada de perspectivă Nc se exprimă în mii osii standard (m.o.s.) şi se stabileşte pe baza structurii traficului mediu zilnic anual corespunzător postului de recenzare aferent sectorului de drum sau studiului de trafic, cu relaţia:

Nc = (m.o.s.)

(3.19)În care:

365 - este numărul de zile calendaristice dintr-un an;n - perioada de perspectivă, este egală cu 30 de ani;crt - coeficientul de repartiţie transversală a traficului pe o bandă de circulaţie, a cărui valoare este dată în cap. 3.1.1;MZAk- traficul mediu zilnic anual al vehiculelor fizice din grupa k, conform rezultatelor recensământului general al circulaţiei sau studiului de trafic;Pk - coeficientul de evoluţie al vehiculelor fizice din grupa k, în anul de la mijlocul perioadei de perspectivă, stabilit prin interpolare, conform reglementărilor tehnice elaborate de AND;

fek - coeficientul de echivalare a vehiculelor fizice din grupa k în osii standard, conform reglementării tehnice elaborate de AND.

II. Stabilirea capacităţii portante a terenului de fundare

Suportul structurii rapide va fi alcătuit din structura rutieră ce se ranforsează inclusiv terenul de fundare din zonă.

Caracteristica de deformabilitate ce caracterizează capacitatea portantă a terenului de fundare este modulul de reacţie (coeficientul de pat) al terenului de fundare, k0

(MN/m3).Valoarea modulului de reacţie al terenului de fundare k0

se stabileşte, de regulă, prin încercări cu placa „in situ”, sau prin corelarea cu rezultatele altor încercări de determinare a capacităţii portante a terenului de fundare şi anume: modulul de elasticitate dinamic al terenului de fundare, Ep (MPa) conform tabelului 3.9.

Tabelul 3.9. Valorile modulului de reacţie al terenului de fundare, k0 (MN/m3)

Tip climateric

Regim hidrologic

Tip de pământP1 P2 P3 P4 P5

I1 56

53

4650

502a

44

482b 46 46

II1

5050

2a46

2b 50 46III 1 53 42 39 50

2a 50 37 44

2b

Valorile modulului de reacţie al terenului de fundare, k0

din tabelul 3.9. se stabilesc în funcţie de:- tipul climateric al zonei în care este situat drumul,

prezentat în figura 3.1. (cap.3.1.1);- regimul hidrologic al complexului rutier (detaliat în

cap. 3.1.1);- tipul de pământ – tabelul 3.2. (cap. 3.1.1)Straturile de formă pot fi alcătuite din:- materiale necoezive, materiale granulare din pietriri

existente, deşeuri de carieră, zgură brută de furnal înalt;

- materiale coezive : pământuri coezive tratate cu var, pământuri stabilizate cu zgură sau var, pământuri stabilizate cu ciment , agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici.

Grosimea stratului de formă se ia în consideraţie la calculul grosimii echivalente a stratului de formă/fundaţiei de bază.

III. Stabilirea capacităţii portante a structurii rutiere existente

Capacitatea portantă a structurii rutiere ce se ranforsează reprezintă modulul de reacţie la suprafaţa structurii rutiere existente –k- şi se determină în funcţie de:

- valoarea modulului de reacţie al terenului de fundare, k0;

- grosimea echivalentă a straturilor din structura rutieră existentă, H ech.

Grosimea echivalentă a structurii rutiere existente, Hech , reprezintă suma grosimilor echivalente ale structurilor, conform relaţiei:

Hech= (cm) (3.20)

Unde:n - numărul de straturi;hi - grosimea efectivă a startului „i” exprimată în cm;ai - coeficientul de echivalare a stratului „i” determinat

cu relaţia :ai = (3.21)

în care :Ei - modulul de elasticitate dinamic al stratului „i”

determinat conform „Normativ pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide”. 500 - valoarea modulului de elasticitate al stratului etalon (din piatră spartă).

Pentru cazuri particulare valoarea coeficientului de echivalare „ai” se determină din tabelul 3.10.

Tabelul 3.10. Valorile coeficientului de echivalare a straturilor

Alcătuirea coeficientului de echivalare a straturilor

ai

Mixtură asfaltică 1,5Balast stabilizat cu lianţi hidraulici (ciment)/lianţi puzzolanici (zgură granulată, cenuşă de termocentrală)

1,5

Piatră spartă (granulozitate asigură compatibilitatea necesară)

1,0

Nisip stabilizat cu lianţi hidraulici (ciment)/lianţi puzzolanici (zgură granulată, cenuşă de termocentrală)

1,0

Balast 0,75Nisip 0,50

Valoarea modulului de reacţie la suprafaţa structurii rutiere existente k se obţine:

- pentru valorile de reacţie a terenului de fundare, k0

cuprinse între 20 MN/m3 şi 100 MN/m3 şi valoarea grosimii echivalente a straturilor existente, Hech, obţinută cu relaţia (3.21), folosind diagrama din figura 3.4 (extrapolată pe intervalul He = 60...110 cm).

Pentru valorile modulului de reacţie al terenului de fundare, k0 mai mici de 20 MN/m3 şi valoarea grosimii efective a stratului de formă (fundaţie/bază, h1 folosind diagramele din figurile 3.5 şi 3.6.

Suprafaţa structurii rutiere vechi trebuie pregătită pentru a asigura o rezmare uniformă a dalelor.

Crăpăturile şi fisurile asfaltului vechi trebuie colmatate. Gropile şi denivelările importante din asfaltul existent trebuie eliminate prin plombări cu beton asfaltic sau mortar asfaltic astefl ca suprafaţa obţinută să asigure mişcările de dilataţie sau contracţie ale dalelor din beton.

Fig. 3.4. Modulul de reacţie la suprafaţa stratului de fundaţie/bază (la suprafaţa sistemului rutier care trebuie ranforsat).

Fig. 3.5. Modulul de reacţie la suprafaţa stratului de fundaţie/bază în funcţie de grosimea efectivă, h a straturilor din materiale granulare.

Fig. 3.6. Modulul de reacţie la suprafaţa straturilor de fundaţie/bază în funcţie de grosimea efectivă, h, a straturilor din materiale granulare stabilizate cu ciment.

IV. Calculul grosimii dalei din beton de ciment

Dimensionarea structurilor rutiere rigide pentru ranforsarea sistemelor suple şi semirigide se bazează pe criteriul tensiunii admisibile la întindere din încovoiere a betonului de ciment rutier (σt adm).

Caracteristicile betonului de ciment rutier sunt următoarele :

- rezistenţa caracteristică la încovoiere, se stabileşte în funcţie de clasa betonului, conform SR 183-1/1995, iar valorile ei sunt prezentate în tabelul 3.11.

Tabelul 3.11. Valorile rezistenţei caracteristice la încovoiere a betonului rutierClasa

betonului rutier

BcR 3,5 BcR 4,0 BcR 4,5 BcR 5,0

(MPa) 3,5 4,0 4,5 5,0

- tensiunea la întindere din încovoiere admisibilă, σt adm

se determină cu relaţia:σt adm = R (MPa)

(3.22), în care:

- rezistenţa caracteristică la încovoiere a betonului, la 28 zile de la confecţionarea epruvetei;α - coeficientul de creştere a rezistenţei betonului în intervalul 28...90 zile, egal cu 1,1;Nc - traficul de calcul pe perioada de perspectivă determinat conform relaţiei (3.19) exprimat în milioane osii 115 kN;γ - coeficient, egal cu 0,05;

- legea de oboseală.Criteriul de dimensionare se exprimă prin relaţia:

σ ≤ σt adm (3.23)în care:

σ - tensiunea la întindere din încovoiere a betonului din dale, datorată încărcării combinate (încărcările din trafic şi din gradientul de temperatură zilnic);σt adm - tensiunea admisibilă la întindere din încovoiere a betonului de ciment din dale (dacă dalele sunt realizate din două straturi, σt adm se referă la betonul din stratul de rezistenţă).

Ipotezele de dimensionare a structurilor rutiere rigide se consideră în funcţie de clasa tehnică a drumului şi condiţiile climaterice, pe baza încărcării combinate (încărcare de calcul din trafic şi încărcarea din gradientul de temperatură zilnic) sau numai a încărcării de calcul din trafic.

In funcţie de clasa tehnică a drumului ipotezele de dimensionare sunt următoarele:

- drumuri de clasă tehnică I şi II:Ipoteza 1 : σ = σt+ 0,8 σtΔt ≤ σt adm (3.24)- Drumuri de clasă tehnică III şi IV:Ipoteza 2: σ = σt+ 0,8 0,65σtΔt ≤ σt adm

(3.25)- Drumuri de clasă tehnică V;Ipoteza 3: σ = σt ≤ σt adm (3.26)În care:

σt - tensiunea la întindere din încovoiere datorată încărcării de calcul din trafic;σtΔt- tensiunea la întindere din încovoiere din datorată gradientului de temperatură zilnic.

Grosimea dalei din beton de ciment, H, se va determina din diagramele din figurile: 3.7; 3.8 şi 3.9 în funcţie de ipoteza de dimensionare. Stabilirea grosimii dalei în aceste diagrame se va face pe baza valorii modulului de reacţie la suprafaţa structurii rutiere existente, k şi a tensiunii admisibile la întindere din încovoiere a betonului de ciment rutier, σt adm, prin interpolare liniară.

Grosimea minimă a dalei din beton de ciment va fi de 18 cm.

Pentru a evita apariţia fisurilor şi crăpăturilor datorită variaţiilor de temperatură şi umiditate, dalele din beton vor fi delimitate cu rosturi transversale şi longitudinale.

B. Dimensionarea ranforsărilor cu beton de ciment ale structurilor rutiere rigide

Dimensionarea grosimii dalelor noi din beton, ale căror rosturi trebuie să se suprapună peste rosturile din îmbrăcămintea veche şi cea nouă.

Calculele pentru stabilirea grosimii ranforsării cu beton de ciment a structurilor rutiere rigide se fac pe baza următoarelor relaţii:

a) în cazurile în care între îmbrăcămintea veche şi cea nouă din beton de ciment se interpune un element intermediar, pentru a separa cele două dale (hârtie rezistentă, folie de polietilenă, carton asfaltat, mortar sau mixtură bituminoasă, etc.) efectul grosimii dalei existente este redus, dalele sunt neaderente. În acest caz se aplică relaţia:

HR = (3.27)b) în cazurile în care îmbrăcămintea nouă

din beton de ciment se execută direct pe betonul vechi, curăţat, fără element de separaţie, dalele sunt parţial ederente. În acest caz se aplică relaţia:

HR = (3.28)c) în cazurile în care la executarea

îmbrăcăminţii noi din beton de ciment se iau măsuri pentru asigurarea unei

aderenţe perfecte între dalele vechi şi cele noi, răşini epoxidice, lapte de ciment, buloane de scelment etc. dalele sunt aderente. În acest caz se aplică relaţia:

HR = (3.29)În care:

HR – grosimea ranforsării (dalei noi), în cm;H – grosimea echivalentă a unei îmbrăcăminţi noi din

beton de ciment determinată cu „Normativul de dimensionare a structurilor rutiere rigide – 2001” pentru traficul de calcul stabilit pentru ranforsare;

H0 – grosimea îmbrăcăminţii din beton de ciment existente (dală existentă), în cm;

C – factor care ţine seama de starea de fisurare a îmbrăcăminţii existente.

Pentru ranforsarea cu beton de ciment a unei structuri rutiere rigide, este necesar a se efectua, în prealabil un studiu preliminar din care să rezulte:

- intensitatea traficului de calcul ;- grosimea betonului din structura existentă, determinată

pe carote sau sondaje;- starea de fisurare a dalelor existente, pentru stabilirea

factorului „c”;- caracteristicile pământului de fundare.În relaţiile de mai sus, factorul „c” indică comportarea

structurii rutiere existente, în funcţie de starea de fisurare a îmbrăcăminţii vechi din beton de ciment.

Factorul „c” care ţine seama de starea îmbrăcăminţii existente are are următoarele valori:

c = 1,00 – îmbrăcămintea existentă este în stare bună, fără crăpături structurale (sau foarte puţine);

c = 0,75 - îmbrăcămintea existentă prezintă fisuri, însă fără degradări generalizate, dale cu colţuri rupte sau unele crăpături structurale;

c = 0,35 - îmbrăcămintea existentă este în stare rea, foarte fisurată sau distrusă.

Pentru cazuri intermediare, valoarea coeficientului „c” se determină prin interpolare.

Grosimea „H” a unei îmbrăcăminţi noi din beton, care se introduce în relaţiile 3.27, 3.28, 3.29 de mai sus poate fi stabilită prin dimensionarea unei structuri rutiere rigide noi pentru traficul de calcul stabilit pentru ranforsarea sectorului de drum luat în considerare.

În cazul în care grosimile ranforsării (HR) calculate cu relaţiile 3.27, 3.28, 3.29 sunt mai mici de 18 cm, atunci se adoptă pentru îmbrăcămintea din beton de ciment grosimea de 18 cm.

Calculul grosimii dalei pentru ranforsări comportă următoarele operaţii de calcul:

a) se calculează grosimea ranforsării (HR), ţinând seama de aderenţa dintre dalele îmbrăcăminţii vechi şi noi;

b)grosimea ranforsării (HR), va fi cea rezultată din calcule (rotunjită în plus la centimetri întregi), dar nu mai mică de 18 cm;

c)verificarea la acţiunea îngheţ-dezgheţului STAS 1709/2-90.

Parametrii de calcul sunt :a) traficul de calcul;b)grosimea îmbrăcăminţii vechi de beton de ciment (H0),

(pe carote, sondaje, etc.);c) caracteristicile betonului ranforsării (tensiunea

admisibilă la întindere din încovoiere);d)valoarea factorului „c”;

e)grosimea echivalentă a unei îmbrăcăminţi noi din beton de ciment (H), determinată conform „Normativului de dimensionare a structurilor rutiere rigide” – 2001.

Dalele noi vor avea rosturile suprapuse peste rosturile din dalele vechi.