INVESTIGAREA STĂRII STRATURILOR ASFALTICE ÎN VEDEREA EXECUTĂRII

LUCRĂRILOR DE REABILITARE (PROIECTUL DE REABILITARE)

TONCIU OANA, asistent univ. drd. ing., Facultatea de Utilaj Tehnologic, U.T.C.B.

Abstract:

This paper is dealing with identyfing the main steps that have to be performed within a road

rehabilitation project.

These steps are fowlled in order to adopt a working strategy that should be applied such that the choosen

technology to be the most efficient from all point of view.

Pentru reuşita procesului de reabilitare a unui drum trebuie adoptată o strategie de lucru care

trebuie aplicată astfel încât tehnologia aleasă să fie cea mai eficientă din toate punctele de vedere [2].

Astfel, trebuie să se ţină seama de câteva principii şi anume:

- proiectarea se face pe termen scurt sau lung;

- stabilirea caracteristicilor standard sau funcţionale care trebuiesc a fi atinse: calitatea traficului

(a călătoriei cu maşina) sau rezistenţa la frânare;

- trebuie realizate suficiente investigaţii pentru a avea o imagine cât mai reală asupra modului de

comportare (stării) structurii rutiere şi a tipurilor de uzură.

Activităţile necesare a se desfăşura sunt grupate în şapte categorii, şi anume: achiziţionarea de

date, investigaţii preliminare, investigaţii detaliate, opţiunile preliminare de proiectare a procesului de

reabilitare a drumului, proiectarea în laborator a compoziţiei materialului reciclat, proiectarea finală a

procesului de reabilitare, analiza din punct de vedere economic pentru a facilita decizia corectă.

1. ACHIZIŢIONAREA DE DATE

Principalele date care se determină în această etapă sunt:

- structura originală a drumului;

- grosimea straturilor împreună cu orice modificare specificată în proiectarea drumului;

- caracteristici ale materialelor folosite la construcţia straturilor iniţiale ale drumului precum şi

orice modificare (reabilitare sau îmbunătăţire);

- originea şi calitatea materialelor disponibile în cariere şi gropi de împrumut;

- date statistice despre caracteristicile traficului;

- date geologice “prelevate” de-a lungul tronsonului de drum;

- caracteristicile meteorologice specifice zonei unde este construit drumul.

2. INVESTIGAŢII PRELIMINARE

Proiectele de reabilitare se limitează rareori la executarea unor lucrări pe porţiuni de drum reduse;

aceste proiecte se întocmesc de regulă, în scopul aducerii la nişte standarde acceptabile a unor

tronsoane lungi de drum.

Structura sistemelor rutiere nu este de regulă uniformă pe distanţe mari. Atât geologia

substraturilor precum şi caracteristicile materialelor care intră în alcătuirea fiecărui sistem variază cu

distanţa. Se fac de regulă secţiuni de lungimi diferite, fiecare cu o compoziţie şi o comportare

uniformă ca răspuns la încărcările din trafic. Aceste secţiuni sunt recunoscute drept “secţiunile

uniforme” şi pot fi scurte de ordinul a sute de metri sau lungi de ordinul mai multor kilometri.

Obiectivul investigaţiilor preliminare este definirea secţiunilor uniforme, care se face prin mai

multe metode, şi anume: metoda deflexiunii (deformaţie verticală elastică a complexului rutier sub

solicitarea produsă de sarcina osiei unui vehicul – STAS 40322 - 2000), evaluare vizuală.

Practic, în această etapă are loc identificarea tipurilor de uzuri ce apar la suprafaţa drumului.

3. INVESTIGAŢII DETALIATE

În practică se folosesc mai multe metode de determinare a compoziţiei şi stării straturilor rutiere

uzate. Aceste determinări au loc fie in situ (pe teren) fie în laboratoarele specializate.

3.1. Determinări in situ – se desfăşoară pe amplasament şi se referă de regulă la caracteristicile

de rezistenţă a straturilor asfaltice uzate precum şi la dimensiunile geometrice ale unor degradări,

informaţii ce sugerează ulterior alternativele de reabilitare.

Aceste determinări constau în:

a) Măsurători ale adâncimii făgaşelor Primul scop al măsurării făgaşelor este acela de a evalua calitatea funcţională a drumului.

Adâncimea făgaşelor se măsoară de regulă manual folosind o riglă dreaptă de 2 m poziţionată

transversal peste calea de rulare, pe fiecare bandă de circulaţie. Adâncimea maximă a făgaşului este

înregistrată. Adâncimile făgaşului pot fi măsurate şi folosind echipamente sofisticate mobile de

măsurare, ce folosesc tehnologii laser. Oricum, atâta timp cât protocolul de măsurare influenţează

măsurătorile actuale, este important să se stabilească ce metodă a fost folosită.

Lăţimea făgaşelor indică sursa deformărilor din structura drumului; făgaşele înguste

indică o detensionare în structura superioară a drumului, în timp ce făgaşele late indică o calitate

slabă a straturilor mai adânci (de dedesubt). Corelarea adâncimii făgaşelor şi a deflexiunii măsurate

în acelaşi punct ajută deasemenea la determinarea zonei în care s-a produs deformarea (joasă sau înaltă)

şi indică ce acţiuni sunt necesare.

b) Indicarea rezistenţei materialului (in-situ) din diferitele straturi ale drumului

Aparatul cu care se măsoară acest parametru este DCP-ul (Dynamic Cone Penetrometer –

Penetrometrul dinamic cu con), care constă într-o tijă de oţel cu un cap conic dintr-un oţel mai dur.

Acesta este înfipt în straturile drumului folosind un ciocan standard (conform figurii 1).

Viteza (ritmul) de penetrare, măsurată în mm/lovitură, indică rezistenţa materialului (in-situ) din

diferitele straturi ale drumului.

Testele cu ajutorul DCP se fac de regulă la o adâncime de 800 mm, sau mai adânci pentru

straturile drumurilor cu trafic greu. Aceasta permite desenarea profilului indicând proprietăţile in-situ

în legătură cu adâncimea (fig. 2).

Fig. 1.

Măsurătorile DCP sunt bine corelate cu factorul de portanţă în materialele nisipoase (şi destul

de bine corelate pentru materialele granulare aspre) la densitatea in-situ şi conţinutul de umiditate.

Rezultatele DCP pot fi utilizate şi ca un ghid al rugozităţii pentru modulul elastic în structura drumului

în condiţiile in-situ.

Evaluarea rezultatelor DCP este utilă pentru a indica grosimea straturilor de rezistenţă uniformă

din cadrul structurii drumului. Există programe computerizate pentru analiza datelor penetrărilor,

pentru a indica factorul de portanţă (California Bearing Ratio CBR) in-situ, grosimea straturilor şi

modulul elastic ca în figura 2.

Fig. 2.

3.2. Determinări în laborator – se desfăşoară propriu – zis în două etape, şi anume:

a) Prelevarea de probe – care se poate face fie prin excavarea unor puţuri de testare,

fie prin carotarea epruvetelor.

Puţurile de testare sunt necesare pentru determinarea:

a) grosimii fiecărui strat în parte;

b) gradului de umiditate locală;

c) gradului de compactare a fiecărui strat;

d) stării diferitelor straturi (grad de fisurare, existenţa unor straturi stabilizate anterior etc.).

Puţurile au de regulă 1,2 m lungime, 1 m lăţime şi 1 m adâncime. Procesul de excavare se

execută într-o ordine riguroasă astfel încât să se separe cu atenţie fiecare strat de material diferit. Pe

măsură ce săparea avansează, testele de densitate pot fi făcute pentru fiecare substrat în parte, urmând

ca eşantioane din aceste materiale să fie plasate în containere etanşe în vederea determinării

coeficientului de umiditate.

Aceste probe sunt testate pentru a aprecia calitatea materialelor ce alcătuiesc structura rutieră

existentă şi pentru a analiza materialul în vederea proiectării amestecului.

O dată terminată excavarea, profilul drumului arată în detaliu ca în figura 3.

Fig. 3.

b) Testele de laborator

Probele prelevate din puţurile executate sunt supuse în laborator la diferite teste pentru a fi

stabilită calitatea materialelor din straturile componente ale structurii rutiere. Agregatele care urmează

a fi folosite în amestecul reciclat extrase din gropi de împrumut şi cariere sunt de asemenea testate.

Testele fizice se referă la: analiza granulometriei şi la găsirea unor relaţii referitoare la

coeficientul de umiditate şi la densitate. Rezultatele sunt folosite în primul rând la clasificarea

materialelor care “furnizează” o indicaţie referitoare la anumiţi parametrii (ex: modulul de elasticitate a

structurii). De asemenea, aceste rezultate sunt utilizate la selectarea celor mai corecte măsuri de

reabilitare, cum este compatibilitatea cu diferiţi agenţi stabilizatori.

Faza investigării detaliate culminează cu realizarea unui tabel de sinteză (fig. 4.) cu toate datele

relevante a unei anume secţiuni uniforme.Testele şi rezultatele sunt tipice pentru o investigaţie

cuprinzătoare ce include toate detaliile compoziţiei drumului şi caracteristicile materialelor. Durata

structurală de viaţă rămasă a acestui drum se poate determina din această informaţie şi se poate

identifica stratul critic cu cea mai scăzută capacitate structurală. Când se citeşte acest tabel şi se

completează cu o evaluare vizuală, pot fi identificate modul de rupere şi zonele cu probleme ale

structurii drumului.

Aceasta permite proiectantului să se concentreze asupra măsurilor de reabilitare în zonele slabe şi

cu probleme, după cum se prezintă în continuare.

Fig. 4

4. OPŢIUNILE PRELIMINARE PRIVIND PROIECTAREA REABILITĂRII UNUI

TRONSON DE DRUM

Având toate etapele anterioare parcurse, figurile de mai jos se pot constitui într-un ghid simplu de

determinare a soluţiilor alternative de reabilitare.

► Opţiuni de reabilitare pentru deformări ale suprafeţei de rulare şi defecţiuni ale stratului

de rulare (cu adâncimi de până la 100 mm) - ca în figura 5.

Fig. 5.

► Opţiuni de reabilitare pentru defecţiuni ale îmbrăcăminţii rutiere (cu adâncimi de până la 300

mm) – ca în figura 6.

Fig. 6.

► Opţiuni de reabilitare pentru defecţiuni ale complexului rutier (cu adâncimi de până la 600

mm) – ca în figura 7.

Fig. 7.

Legendă:

- îmbrăcăminte asfaltică (strat de uzură şi strat de legătură)

- agregate naturale stabilizate (strat de bază)

- agregate naturale (strat de fundaţie)

- patul drumului (nisip)

Acest ghid împarte practic soluţiile de reabilitare în trei categorii distincte, alte situaţii existente fiind

asimilate.

Pentru exemplificare se prezintă în continuare opţiunile de reabilitare ce pot fi adoptate în cazul

reciclării la rece [ 2].

Figura 8 ilustrează un proces tipic de reciclare în două părţi cu adaos de material sau folosind

materialul de la faţa locului.

Opţiunea 1 de reciclare, „în două părţi” cu adaos de material, constă în reciclarea in – situ a

îmbrăcăminţii asfaltice cu o parte din stratul suport, care devine un nou strat suport. Peste acest strat se

aşterne un strat de materiale stabilizate pe loc sau în staţii fixe şi un nou strat de uzură din mixtură

asfaltică.

Opţiunea 2 de reciclare, „în două părţi” fără adaos de material, se aplică atunci când structura

rutieră cuprinde un substrat slab. Aceasta se realizează în urmatoarele etape:

● frezarea stratului superior şi depozitarea temporară a materialului rezultat în urma acestei

activităţi;

● reciclarea pe loc/stabilizarea stratului de material rămas;

● aşternerea peste stratul reciclat anterior a materialului frezat şi depozitat, urmată de o nouă

reciclare a ambelor straturi sau executarea unei stabilizări exterioare a materialului frezat care se

aşterne peste stratul reciclat anterior.

● aplicarea stratului de uzură.

5. PROIECTAREA ÎN LABORATOR A COMPOZIŢIEI MATERIALULUI RECICLAT

Proiectarea amestecului are rolul de a verifica compatibilitatea materialelor selectate pentru

tratament cu aditivii.

Ca atare, proiectarea amestecului este o parte fundamentală a investigării drumului şi a

procedurilor de proiectare, având ca sop stabilirea celei mai eficiente metode de tratament a

materialelor din straturile ce urmează a fi reciclate.

Probele reprezentative prelevate din straturile de reciclat sunt supuse testării. Probele trebuie

astfel pregătite încât să simuleze cât mai fidel posibil proporţiile şi gradaţia materialelor ce se vor

obţine în urma procesului de reciclare. Acolo unde este posibil, o freză rutieră trebuie folosită pentru a

freza eşantioanele extrase din structura drumului.

În unele cazuri, va fi necesar să se amestece aceste materiale cu agregate de adaos, , în funcţie de

calitatea materialului de reciclat, pentru a obţine proprietăţile cerute la finalul procesului de reciclare.

Proiectarea amestecului de materiale în vederea reciclării este prevăzută în diverse ghiduri de

specialitate, etapele principale fiind:

Etapa 1: Selecţia iniţială a agenţilor stabilizatori, luînd în considerare:

- Compatibilitatea în relaţia cu tipul şi calitatea materialelor de reciclat. Selecţia iniţială a

agenţilor stabilizatori potriviţi se bazează pe rezultatele testelor de laborator obţinute în etapa de

investigare.

- Proprietăţile inginereşti cerute pentru amestecul de material reciclat, în legătură cu datele de

proiectare;

- Aprovizionarea cu suficiente materiale zilnic, astfel încât să se asigure o calitate constantă a

agenţilor stabilizatori care sunt furnizaţi;

- Costul aproximativ al diferiţilor agenţi stabilizatori.

Fig. 8.

Legendă:

- îmbrăcăminte asfaltică degradată

- strat de legătură înainte de reciclare

- strat de fundaţie (agregate naturale)

- strat de bază (agregate naturale stabilizate)

- strat de legătură (mixtură asfaltică)

- strat de uzură (asfalt)

Etapa 2: Există un program de optimizare pentru prepararea câtorva părţi identice de probe şi

amestecarea fiecăreia cu diferite cantităţi de agenţi stabilizatori. Simultan, este adăugată suficientă apă

pentru a aduce mixtura la gradul optim de umiditate (pentru compactare). În general, se prepară patru

mostre de mixturi, fiecare cu un conţinut diferit de agent stabilizator.

Etapa 3: Mostrele sunt fabricate folosind procedeul de fabricare standard.

Etapa 4: Mostrele sunt realizate în aşa fel încât să simuleze condiţiile din teren.

Etapa 5. După tratament, mostrele sunt supuse mai multor teste pentru a evalua proprietăţile

inginereşti atinse.

Conţinutul de stabilizator de la fiecare amestec care corespunde cel mai bine proprietăţilor dorite,

se ia în consideraţie ca un conţinut optim de agent de stabilizare.

6. PROIECTAREA FINALĂ A PROCESULUI DE REABILITARE

Opţiunile iniţiale de proiectare descrise anterior s-au bazat pe estimări privind proprietăţile

materialelor stabilizate în orice nou strat prevăzut în reabilitare.

Aceste proprietăţi sunt apoi determinate urmând procedurile descrise în paragraful anterior. Dacă

proprietăţile actuale nu satisfac estimările, proiectul iniţial precum şi modul de utilizare a materialelor

trebuie revizuite.

Acolo unde stratul este reciclat există următoarele opţiuni posibile:

- Creşterea grosimii stratului. Aceasta constă într-o dezagregare pe o adâncime mai mare, astfel

încât să se poată ajunge la materiale (în general de slabă calitate) din straturile inferioare.

- Amestecarea materialului reciclat cu agregate noi. Acolo unde se observă că reciclarea de

adâncime nu determină o îmbunătăţire substanţială a proprietăţilor materialului, amestecul cu agregate

de adaos de bună calitate este o soluţie plauzibilă (pertinentă).

- Luarea în considerare a folosirii unui alt agent de stabilizare sau mixarea mai multor agenţi

stabilizatori. De exemplu, prin combinarea varului hidratat pentru ciment cu spuma de bitum s-a

obţinut îmbunătăţirea proprietăţilor unor materiale, suficient cât să se apropie de cerinţele de proiectare.

Pasul final este de a introduce parametrii măsuraţi în procedura de proiectare şi confirmarea

faptului că grosimea stratului stabilizator corespunde cerinţelor capacităţii structurale.

7. ANALIZA DIN PUNCT DE VEDERE ECONOMIC

O analiză de cost este foarte importantă pentru luarea raţională a deciziilor, atunci când se

selectează opţiunile potrivite (convenabile) de reabilitare. Proiectele de reabilitare nu pot fi comparate

doar după criteriul costului de realizare. Măsurile de întreţinere ce sunt necesare pe toată durata de

viaţă a drumului, care sunt dependente de tipul drumului, structură, materiale etc. trebuie integrate într-

o analiză economică.

Una dintre tehnicile folosite pentru analiza economică este metoda PWoC (Valoarea de cost

actuală). Aceasta se bazează pe o însumare a costurilor de construcţie, întreţinere şi a celor de

reabilitare pe perioada analizată, ajungându-se la o eroare a estimării de cost cât mai mică. O rată de

reducere reală este folosită pentru a controla creşterea în timp a costului total pentru eventualelele

operaţiuni de mentenenţă şi reabilitare.

Este deseori destul de dificil să se estimeze costuri exacte şi să se prevadă măsuri de întreţinere

exacte. Caracteristicile materialului, comportarea mediului precum şi a structurii rutiere vor contribui la

determinarea realistă a măsurilor de întreţinere şi reabilitare precum şi a timpului de realizare a

acestora.

Astfel, atunci când se realizează o analiză economică corectă bazată pe opţiunile comparative de

reabilitare, reciclarea la rece se dovedeşte a fi alternativa ideală în principal datorită refolosirii

materialelor din structura rutieră existentă.

4. BIBLIOGRAFIE

[1]. Zafiu Gh. P., Tonciu O. “Concept privind recuperarea şi reciclarea materialelor provenite din sistemele rutiere”,

Comunicare la Simpozionul Naţional de Utilaje pentru Construcţii, decembrie 2006;

[2]. “Cold Recycling Manual. Wirtgen”, 2001

[3]. “Rehabilitation of a heavily trafficked road”, broșură editată de firma Wirtgen

[4]. “Szemle”, Revue Of Civil Engineering, ianuarie, 2006, Budapesta;

[5]. Tonciu O. – „Nivelul tehnologic actual al procedeelor de reciclare a materialelor asfaltice” – raport de cercetare

doctorală, nr.1, 2007;

[6]. Site-uri de specialitate: www. recyclingtoday.com

www. aggregain.org.uk.

www. forconstructionpros.com

www. edpconsultants.com

www. arra.org

www. asphaltrecyclingsystems.com

www. betterroads.com

www. pyropaver.com

www. fhwa.dot.gov.