NORMATIV PENTRU DIMENSIONAREA
SISTEMELOR RUTIERE SUPLE ŞI SEMIRIGIDE
(Metoda analitică )
|
INDICATIV
AND
|
1. PREVEDERI GENERALE
1.1. Prezentul normativ se referă la metoda analitică de dimensionare a sistemelor rutiere suple şi semirigide.
Domeniul de aplicare
1.2. Prevederile normativului se aplică la dimensionarea sistemelor rutiere pentru:
- construcţii de drumuri noi, drumuri expres, autostrăzi şi străzi;
- modernizări de drumuri pietruite existente;
- lucrări de reabilitare a drumurilor (lărgirea părţii carosabile, benzi suplimentare de circulaţie, variante),
la drumurile din clasele tehnice I, II şi III.
Pentru drumuri din clasele tehnice IV şi V, aplicarea prezentului normativ este facultativă. În acest caz se adoptă structuri rutiere conform Catalogului de structuri tip pentru drumuri publice, elaborat de CESTRIN.
1.3. Sistemele rutiere dimensionate conform prezentului normativ se verifică din punctul de vedere al rezistenţei la acţiunea fenomenului de îngheţ - dezgheţ, conform prevederilor STAS 1709 / 2.
1.4. Terminologie, conform STAS 4032 / 1, cu următoarele completări:
- anul modernizării drumului - anul în care se face amenajarea complexă a drumului, prin executarea şi a unui sistem rutier cu îmbrăcăminte modernă (sistem rutier suplu sau semirigid);
- fisurare reflectivă - procesul de transmitere la suprafaţa părţii carosabile a fisurilor de contracţie hidraulică sau termică din straturile alcătuite din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici. În cazul ranforsărilor drumurilor existente, acest proces se poate referi la trasmiterea la suprafaţa noii îmbrăcăminţi bituminoase a fisurilor şi/sau a crăpăturilor existente în vechea îmbrăcăminte rutieră;
Elaborat de :
SEARCH CORPORATION
|
Aprobat de:
MINISTERUL TRANSPORTURILOR ADMINISTRAŢIA NAŢIONALĂ A DRUMURILOR
cu avizul nr.
|
- perioadă de perspectivă - perioadă de timp, exprimată în ani, pentru care se stabileşte traficul de calcul al sistemului rutier;
- sector omogen - sector de drum caracterizat concomitent prin aceleaşi date privind traficul de calcul, tipul de pamânt, tipul climateric al zonei în care este situat drumul şi regimul hidrologic al complexului rutier. Sectorul omogen de drum este caracterizat prin aceeaşi alcătuire a sistemului rutier;
- temperatură echivalentă a straturilor bituminoase - temperatura pentru care suma degradărilor produse de solicitările traficului pe parcursul unui an, pentru o distribuţie dată a temperaturilor, este egală cu degradările produse de aceleaşi solicitări ale traficului, dar pentru temperatura constantă, ech( C);
- trafic de calcul - numărul de osii standard cu sarcina de 115 kN, pe banda de circulaţie cea mai solicitată, echivalent vehiculelor care vor circula pe drum pe perioada de perspectivă.
1.5. Reglementările tehnice conexe sunt date în anexa 1.
1.6. Acest normativ înlocuieşte capitolul III al Instrucţiunilor tehnice departamentale pentru dimensionarea sistemelor rutiere rigide şi nerigide, indicativ PD177.
2. PRINCIPII DE DIMENSIONARE
2.1 Dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide se bazează pe îndeplinirea concomitentă a următoarelor criterii:
- pentru sisteme rutiere suple:
- deformaţia specifică de întindere admisibilă la baza straturilor bituminoase;
- deformaţia specifică de compresiune admisibilă la nivelul patului drumului;
- pentru sisteme rutiere semirigide:
- deformaţia specifică de întindere admisibilă la baza straturilor bituminoase;
- tensiunea de întindere admisibilă la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici;
- deformaţia specifică de compresiune admisibilă la nivelul patului drumului.
2.2. Metoda analitică de dimensionare se bazează pe stabilirea unei alcătuiri a sistemului rutier, în conformitate cu prevederile prescripţiilor tehnice în vigoare şi verificarea stării de solicitare a acestuia, sub acţiunea traficului de calcul, astfel încât să îndeplinească criteriile de dimensionare menţionate la punctul 2.1.
2.3. Pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide este necesar să se efectueze în prealabil studii, în vederea obţinerii următoarelor date:
- compoziţia şi intensitatea traficului şi evoluţia în perspectivă a acestuia;
- caracteristicile geotehnice ale pământului de fundare;
- regimul hidrologic al complexului rutier (tipul profilului transversal, modul de asigurare a scurgerii apelor de suprafaţă, posibilităţile de drenare, nivelul apei freatice).
2.4. Dimensionarea sistemului rutier comportă următoarele etape:
- stabilirea traficului de calcul, conform capitolului 3;
- stabilirea capacităţii portante la nivelul patului drumului, conform capitolului 4;
- alegerea unei alcătuiri a sistemului rutier, conform capitolului 5;
- analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard, conform capitolului 6;
- stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier, conform capitolului 7.
3. STABILIREA TRAFICULUI DE CALCUL
3.1. La dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide se ia in considerare traficul de calcul corespunzător perioadei de perspectivă, exprimat în osii standard de 115 kN, echivalent vehiculelor care vor circula pe drum.
3.2. 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 - drum: 0,171 m
3.3. Perioada de perspectivă
3.3.1. Perioada de perspectivă va fi indicată de beneficiarul lucrării. Ea se stabileşte în cadrul primei faze de proiectare, avându-se în vedere atât traficul actual cât şi evoluţia în perspectivă a acestuia.
3.3.2. Se recomandă adoptarea unei perioade de perspectivă de minimum 15 ani în cazul construcţiilor de autostrăzi, de drumuri expres, de drumuri europene şi celorlaltor categorii de drumuri din clasele tehnice I şi II şi de minimum 10 ani în cazul drumurilor din clasele tehnice III, IV şi V.
3.3.3. În cazul dimensionării sistemelor rutiere de pe benzile de lărgire a părţii carosabile a drumurilor existente, la lucrări de reabilitare a acestora, perioada de perspectivă va fi aceeaşi ca cea care se ia în considerare la dimensionarea straturilor de ranforsare ale sistemului rutier existent.
3.4. Compoziţia şi intensitatea traficului.
3.4.1. Compoziţia şi intensitatea traficului corespunzătoare unui post de recensământ se aplică pe sectorul de drum aferent acelui post conform sectorizării reţelei făcută cu ocazia ultimului recensământ general al circulaţiei.
3.4.2. La lucrările rutiere importante, cum sunt construcţiile de drumuri noi, de drumuri expres şi de autostrăzi, amenajări de noduri rutiere etc., care impun cunoaşterea curenţilor de circulaţie pe ansamblul unei reţele de drumuri, datele din recensământul de circulaţie vor fi completate, după necesităţi, prin anchete de circulaţie, efectuate şi prelucrate în cadrul unui studiu de trafic prin care se va simula traficul atât pe drumurile noi cât şi pe reţeaua existentă.
3.4.3. Pentru modernizări de drumuri existente se va lua în considerare posibilitatea de atragere a unei părţi din traficul de pe drumurile existente în zonă, precum şi de pe alte căi de comunicaţie, ca urmare a creării unor condiţii mai avantajoase de circulaţie (scurtarea duratei de parcurs, reducerea cheltuielilor de transport, creşterea confortului şi siguranţei circulaţiei).
Aceste redistribuiri ale circulaţiei sunt rezultate dintr-un studiu de trafic pentru reţeaua/sectoarele de drumuri din zona în cauză.
3.4.4. În cazul străzilor şi în cel al drumurilor judeţene, comunale şi vicinale, în situaţia în care pe tronsonul de drum supus modernizării nu a funcţionat nici un post de recenzare sau se anticipează redistribuiri de trafic, este recomandabil să se efectueze un studiu de trafic pentru stabilirea intensităţii medii zilnice anuale actuale şi de perspectivă a traficului şi a compoziţiei acestuia.
3.5. Evoluţia în perspectivă a traficului rutier
3.5.1. Coeficienţii minimali de evoluţie, stabiliţi pe baza ultimului recensământ general de circulaţie pentru perioada 1995…2015, pe grupe de vehicule sunt daţi în anexa 2. Valorile acestor coeficienţi de evoluţie vor fi reactualizate după fiecare recensământ general de circulaţie de către Administraţia Naţională a Drumurilor (AND).
3.5.2. La proiectarea lucrărilor importante de drumuri de clasă tehnică I, II şi după caz III se impune stabilirea evoluţiei în perspectivă a traficului în cadrul unui studiu de trafic. Acest studiu necesită determinarea evoluţiei acestuia pe tipuri de trafic: local, de origine, de destinaţie şi de tranzit, prin examinarea surselor generatoare ale acestora.
Odată estimat prin anchetă de circulaţie origine-destinaţie (O/D) traficul generat/atras către fiecare zonă de trafic din teritoriul de influenţă al drumului prin procedee specifice de modelare matematică a traficului se pun în evidenţă curenţii de circulaţie (matricele de trafic O/D) şi se afectează traficul pe reţeaua rutieră actuală şi de viitor.
Înlocuind în modelul de trafic calat pentru situaţia actuală potenţialele de trafic actual generat/atras de fiecare zonă cu cele de prognoză şi modelând reţeaua rutieră de perspectivă prin introducerea tronsoanelor de drumuri noi se vor obţine valorile fluxurilor de trafic de perspectivă prin proceduri specifice de afectare a traficului pe reţea.
La stabilirea traficului de calcul de perspectivă se vor avea în vedere atât compoziţia traficului cât şi variaţia acestuia în timp explicitându-se în final valorile de trafic pe categorii de vehicule la nivelul traficului mediu zilnic anual (MZA) pentru diferite orizonturi de timp.
3.5.3. Studiile de trafic pentru drumurile europene supuse modernizării sau pe alte drumuri deschise traficului greu trebuie să ia în considerare prezenţa în compoziţia traficului a autovehiculelor cu sarcină pe osie cuprinsă între 100 kN şi 115 kN, ca urmare a creşterii limitei maxime a tonajelor pe osia simplă de la 10,0 t la 11,0 t, în cazul autovehiculelor cu suspensie pneumatică care vor circula pe aceste drumuri, în conformitate cu Ordonanţa Guvernului nr. 43 / 1997 privind regimul drumurilor, aprobată prin Legea nr. 82/1998.
3.6. Coeficienţii de echivalare în osii standard a diferitelor tipuri de autovehicule.
3.6.1. Coeficienţii de echivalare în osii standard de 115 kN stabiliţi pe baza rezultatelor ultimului recensământ general de circulaţie sunt prezentaţi în tabelul 2 din anexa 2.
3.6.2. Valorile acestor coeficienţi vor fi reactualizate de către AND după fiecare recensământ general de circulaţie sau ca urmare a studiilor de trafic efectuate.
3.7. Stabilirea traficului de calcul
3.7.1. 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:
5 pkR + pkF
Nc = 365 10-6 pp crt nki fek (m.o.s.) 
k=1 2
Formula 1/pag. 5
în care:
Nc este traficul de calcul;
- 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 două şi trei benzi de circulaţie crt = 0,50;
- pentru drumuri cu patru sau mai multe benzi de circulaţie crt = 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 sfârşitului perioadei de perspectivă luată în consideraţie (anul F), stabilit prin interpolare;
fek coeficientul de echivalare al vehiculelor din grupa k in osii standard de 115 kN, conform anexei 2, tabelul 1;
3.7.2. In cazul în care se dispune de date privind intensitatea traficului mediu zilnic anual în osii standard de 115 kN, actual şi de perspectivă, traficul de calcul se stabileşte cu relaţia:
no.s.115R + no.s.115F
Nc = 365 10-6 pp crt (m.o.s) 
2
Formula 2/pag. 5
în care:
365, pp si crt au semnificaţiile de mai sus;
no.s.115R numărul de osii standard de 115 kN, corespunzător anului de dare în exploatare a drumului (anul R), stabilit prin interpolare;
no.s.115F numărul de osii standard de 115 kN, corespunzător sfârşitului perioadei de perspectivă luată în considerare (anul F), stabilit prin interpolare.
3.7.3. În cazul drumurilor pe care recensământul de circulaţie s-a efectuat pe fiecare bandă de circulaţie, pentru stabilirea traficului de calcul se vor lua în considerare rezultatele recensământului de pe banda cea mai solicitată. În acest caz, coeficientul de repartiţie transversală este crt = 1.
3.7.4. Modificarea perioadei de perspectivă, în vederea corelării acesteia cu data dării în exploatare a drumului, implică recalcularea traficului de calcul şi în consecinţă, redimensionarea sistemului rutier.
4. STABILIREA CAPACITĂŢII PORTANTE LA NIVELUL PATULUI DRUMULUI
4.1. Suportul sistemului rutier este constituit din terasamente alcătuite din pământuri de fundare, în conformitate cu prevederile STAS 2914 şi eventual dintr-un strat de formă, în conformitate cu prevederile STAS 12253 şi este caracterizat în vederea dimensionării prin caracteristicile de deformabilitate: modulul de elasticitate dinamic şi coeficientul lui Poisson.
4.2. Caracteristicile de deformabilitate ale pământului de fundare se stabilesc în funcţie de tipul pământului, de tipul climateric al zonei în care este situat drumul şi de regimul hidrologic al complexului rutier.
4.2.1. Tipurile de pământ, în conformitate cu STAS 1243, sunt prezentate în tabelul 1.
Tipurile de pământ pe baza clasificării pământurilor
conform STAS 1243
Tabelul 1
Categoria pământului
|
Tipul de pământ
|
Clasificarea pământurilor conform
STAS 1243
|
Indicele de plasticitate
Ip
%
|
Granulozitatea
| ||
Argilă
%
|
Praf
%
|
Nisip
%
| ||||
Necoezive
|
P1
|
Pietriş cu nisip
|
sub 10
|
cu sau fără fracţiuni sub 0,5 mm
| ||
P2
|
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
|
4.2.2. Repartiţia tipurilor climaterice pe teritoriul ţării este arătată în harta din figura 1.
4.2.3. Regimul hidrologic se diferenţiază astfel:
- regimul hidrologic 1, corespunzător condiţiilor hidrologice FAVORABILE, conform STAS 1709/2;
- regimul hidrologic 2, corespunzător condiţiilor hidrologice MEDIOCRE şi DEFAVORABILE, conform STAS 1709/2, notat:
2a: pentru sectoare de drum situate în rambleu, cu înălţimea minimă de 1,00 m;
2b: pentru sectoare de drum situate:
- în rambleu cu înălţimea sub 1,00 m,
- la nivelul terenului,
- în profil mixt,
- debleu.
Figura 1 – Harta cu repartiţia tipurilor climaterice pe teritoriul României – pag. 7
4.2.4. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic sunt prezentate în tabelul 2.
Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic
al pământului de fundare
Tabelul 2
Tipul
climateric
|
Regimul
hidrologic
|
Tipul pământului
| ||||
P1
|
P2
|
P3
|
P4
|
P5
| ||
Ep, MPa
| ||||||
I
|
1
|
100
|
90
|
70
|
80
|
80
|
2a
|
65
|
75
| ||||
2b
|
70
|
70
| ||||
II
|
1
|
65
|
80
|
80
| ||
2a
|
70
| |||||
2b
|
80
|
70
| ||||
III
|
1
|
90
|
60
|
55
|
80
| |
2a
|
80
|
50
|
65
| |||
2b
|
4.2.5. Valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson se stabileşte în funcţie de tipul pământului, conform tabelului 3.
Valorile de calcul ale coeficientului lui Poisson pentru pământuri
Tabelul 3
Tipul de pământ
|
P1
|
P2
|
P3
|
P4
|
P5
|
Coeficientul lui Poisson
|
0,27
|
0,30
|
0,30
|
0,35
|
0,42
|
4.3. 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 = 0,27
- cenuşă de termocentrală Ep = 50 MPa = 0,42
Pe sectoarele de drum în exploatare pe care rambleurile au fost realizate din aceste materiale se recomandă stabilirea valorilor de calcul ale modulului de elasticitate dinamic pe baza rezultatelor măsurărilor de deformabilitate cu deflectometre cu sarcină dinamică.
4.4. Îmbunătăţirea capacităţii portante la nivelul patului drumului se poate face prin prevederea unui strat de formă, în conformitate cu prevederile STAS 12253.
4.4.1. Straturile de formă pot fi alcătuite din:
- materiale necoezive:
- pământuri necoezive;
- materiale granulare din pietruiri existente;
- deşeuri de carieră;
- zgura brută de furnal înalt;
- materiale coezive:
- pământuri coezive tratate cu var;
- pământuri stabilizate cu zgură granulată şi var;
- pământuri stabilizate cu ciment;
- agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici.
4.4.2. Modul de alcătuire a stratului de formă se stabileşte pe bază de calcule tehnico-economice, în funcţie de materialele care alcătuiesc terasamentele, de materialele disponibile în zona drumului şi de funcţiile stratului de formă, atât în perioada de execuţie a drumului, cât şi în cea de exploatare a acestuia.
4.4.3. Caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din stratul de formă sunt în funcţie de tipul acestora, şi anume:
- pentru materialele necoezive:
- valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic (Es.f.) este în funcţie de cea a materialelor din stratul suport (Ep) şi se calculează cu următoarea relaţie:
Es.f.= 0,20 x hs.f.0,45 x Ep (MPa)
Formula 3/pag. 9
în care hs.f. este grosimea stratului de formă, în mm;
- coeficientul lui Poisson are valoarea 0,27.
- pentru materialele coezive, în conformitate cu tabelul 4.
Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate
pentru materialele coezive din stratul de formă
Tabelul 4
Denumirea materialului
|
Modulul de elasticitate
dinamic,
E s.f., MPa
|
Coeficientul lui Poisson
|
Pământuri coezive tratate cu var:
- tip P3 şi P4
- tip P5
|
150
250
|
0,35
0,35
|
Pământuri coezive stabilizate cu zgură granulată
şi var
|
200
|
0,30
|
Pământuri stabilizate cu ciment
|
300
|
0,27
|
Agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici:
- zgură granulată
- cenuşă de termocentrală
- tuf vulcanic
|
400
500
400
|
0,27
0,27
0,27
|
4.4.4. Pentru folosirea raţională a agregatelor naturale în straturile de fundaţie se recomandă să se asigure la nivelul patului drumului o capacitate portantă minimă, caracterizată prin valoarea modulului de elasticitate dinamic echivalent al sistemului bistrat (strat de formă - pământ de fundare) de min. 80 MPa. Grosimea stratului de formă necesară realizării acestei capacităţi portante se stabileşte cu ajutorul diagramei din figura 2 pentru straturile de formă din materiale necoezive şi cu cea din figurile 3, 4, 5 şi 6 pentru straturile de formă din materiale coezive, în funcţie de modulul de elasticitate dinamic al materialului respectiv.
Figura 2 – Strat de formă din materiale necoezive – pag. 10
Figura 3a – Strat de formă din pământuri coezive tip P3 şi P4 tratate cu var – pag. 11
Figura 3b – Strat de formă din pământuri coezive tip P5 tratate cu var – pag. 12
Figura 4 – Strat de formă din pământuri coezive stabilizate cu zgură granulată şi var – pag. 13
Figura 5 – Strat de formă din pământuri stabilizate cu ciment - pag. 14
Figura 6a – Strat de formă din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici – zgură granulată şi tuf vulcanic – pag. 15
Figura 6b – Strat de formă din agregate naturale stabilizate cu liant puzzolanic – cenuşă de centrală termoelectrică – pag. 16
5. ALEGEREA ALCĂTUIRII SISTEMULUI RUTIER
5.1. Sistemele rutiere a căror dimensionare face obiectul acestui normativ se clasifică în funcţie de alcătuire în două tipuri:
- sisteme rutiere suple;
- sisteme rutiere semirigide.
5.2. Sistemele rutiere suple, numite şi nerigide, comportă o îmbrăcăminte bituminoasă pe straturi de bază şi de fundaţie alcătuite în general din agregate naturale. Variantele de alcătuire, în conformitate cu prevederile STAS 6400 sunt date în tabelul 5.
5.3. Sistemele rutiere semirigide, numite şi mixte, comportă o îmbrăcăminte bituminoasă şi au în alcătuire cel puţin un strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici. Variantele de alcătuire a sistemelor rutiere semirigide, în conformitate cu prevederile STAS 6400, sunt date în tabelul 6.
5.4. Variantele de alcătuire ale sistemelor rutiere suple şi semirigide din tabelele 5 şi 6 sunt în funcţie de clasa tehnică a drumului, definită în conformitate cu prevederile Ordinului M.T. nr. 46/27 ianuarie 1998 pentru aprobarea Normelor tehnice privind stabilirea clasei tehnice a drumurilor publice.
5.5. Încadrarea drumurilor în clase tehnice se face în conformitate cu prevederile normelor precizate la pct. 5.4.
5.6. Tipul de sistem rutier se stabileşte în funcţie de materialele preponderente în regiune şi anume:
- agregatele naturale de carieră, care au o pondere importantă în sistemele rutiere suple;
- agregatele naturale de balastieră, care au o pondere importantă în sistemele rutiere semirigide.
5.7 Alcătuirea sistemului rutier şi anume, variaţia pe grosimea acestuia a tipurilor de straturi rutiere şi a grosimilor acestora se stabileşte luând în considerare următoarele:
- grosimile minime constructive ale diferitelor straturi rutiere, conform prevederilor tabelelor 5 şi 6;
- grosimile maxime ale diferitelor straturi rutiere, ţinând cont de anumite constrângeri specifice tehnologiilor de execuţie;
- reducerea numărului de straturi, respectiv de interfeţe, în scopul micşorării riscului apariţiei unor defecţiuni privind aderenţa între straturi;
- stabilirea alcătuirii stratului de formă astfel încât, grosimea acestuia să poată fi luată în considerare în dimensionarea structurii rutiere la acţiunea fenomenului de îngheţ - dezgheţ, în conformitate cu prevederile STAS 1709/2;
- asigurarea unei protecţii suficiente faţă de manifestarea procesului de fisurare reflectivă.
5.8. În cazul modernizării unor drumuri existente, atunci când traseul drumului modernizat coincide cu cel al drumului existent, luarea în considerare a materialelor granulare din pietruirea existentă în alcătuirea complexului rutier se face în funcţie de lăţimea şi grosimea pietruirii, conform prevederilor STAS 6400.
Variante de alcătuire a sistemului rutier suplu
Tabelul 5 – pag. 18
Straturi de fundaţie Strat de bază Îmbrăcăminte bituminoasă
Mod de alcătuire Grosimi minime Mod de alcătuire Grosimi minime Clasa tehnică a drumului Grosimi minime
constructive, cm constructive, cm I II III IV V constructive, cm
Balast 15 Macadam 8 - - - da da
Mistură asfaltică 5 - - - da da
Un strat inferior din 10 cm pentru - - - - - - da
balast sau din pământ stratul inferior Macadam 8 - - - da da
stabilizat mecanic şi un 10 cm pentru Macadam semipenetrat sau 8 - da da da -
strat superior din balast stratul superior penetrat cu bitum
amestec optimal
Un strat inferior din 10 cm pentru - - - - - da da
balast şi un strat superior stratul inferior Macadam 8 - - - da da 4 cm la covor
din piatră spartă mare, 12 cm pentru Macadam semipenetrat sau 8 - da da da - 8 cm în două
sort 63-90 sau piatră stratul superior penetrat cu bitum straturi
spartă amestec optimal Mixtură asfaltică 5 da da da da -
10 cm pentru - - - - da - -
stratul inferior Macadam 8 - da da - -
21 cm pentru
Un strat inferior din balast, stratul mijlociu
un strat mijlociu din blocaj inclusiv 5 cm
de piatră brută şi un strat de nisip) Mixtură asfaltică 5 - da da - -
egalizare din piatră spartă 6 cm pentru
stratul de egalizare
Variante de alcătuire a sistemului rutier semirigid
Tabelul 6 – pag. 19
Straturi de fundaţie Strat de bază Îmbrăcăminte bituminoasă
Mod de alcătuire Grosimi minime Mod de alcătuire Grosimi minime Clasa tehnică a drumului Grosimi minime constructive, cm constructive, cm I II III IV V constructive, cm
Balast 15 Agregate naturale stabilizate cu 12 - - da da da 8pentru clasele IVşiV
lianţi hidraulici sau puzzolanici 10 pentru clasa III
8pentru clasele III,IVşi
Mixtură asfaltică 5 da da da da da V
Un strat inferior din 10 pentru stratul Piatră spartă împănată cu split 9 - - da da da 8
balast şi un strat superior inferior bitumat
din agregate naturale 12 pentru stratul
stabilizate cu lianţi superior Agregate naturale stabilizate cu 12 da da da da - 8 pentru clasa IV
hidraulici sau puzzolanici lianţi hidraulici sau puzzolanici 10 pentru clasa III
13pentru clasele IşiII
Notă: cu riscul manifestării fisurării reflective
5.8.1. Pietruirea poate constitui un substrat de fundaţie sau un strat de fundaţie, numai dacă îndeplineşte condiţiile tehnice prevăzute în STAS 6400.
5.8.2. În cazul în care pietruirea nu este pe toată lăţimea patului drumului, iar grosimea ei este mai mică de 10 cm, nu se ia în considerare în dimensionarea sistemului rutier. Ea se scarifică şi se reprofilează pe toată lăţimea patului drumului.
5.8.3. În cazul în care pietruirea are o lăţime egală cu cea a patului drumului, iar grosimea ei este de minimum 10 cm, ea poate alcătui stratul de formă sau stratul inferior de fundaţie, care va fi luat în considerare în dimensionarea sistemului rutier.
5.8.4. În cazul în care pietruirea nu este pe toată lăţimea patului drumului, dar grosimea ei este mai mare de 10 cm, se scarifică şi se reprofilează, iar grosimea ei după compactare va fi luată în considerare în dimensionarea sistemului rutier.
5.9. Se recomandă adoptarea unei structuri rutiere tip, conform Catalogului de structuri rutiere tip pentru drumuri publice, elaborat de CESTRIN.
6. ANALIZA SISTEMULUI RUTIER LA SOLICITAREA OSIEI STANDARD
6.1. Sistemul rutier supus analizei este caracterizat 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, ).
6.2. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale materialelor din suportul sistemului rutier se stabilesc în modul următor:
6.2.1. In cazul în care nu este prevăzut strat de formă, caracteristicile de deformabilitate sunt cele corespunzătoare materialelor din terasamente, în conformitate cu prevederile cap. 4.
6.2.2. In cazul în care este prevăzut un strat de formă, se stabileşte modulul de elasticitate dinamic echivalent al sistemului bistrat (strat de formă - materiale din terasamente), în funcţie de tipul stratului de formă, de grosimea acestuia şi de valoarea modulului de elasticitate dinamic al pământului de fundare, cu ajutorul figurilor 2...6.
6.2.3. Valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este cea corespunzătoare materialelor din stratul superior al terasamentelor rutiere sau din stratul de formă.
6.3. Caracteristicile de deformabilitate ale balastului sau ale materialelor din pietruirea existentă se stabilesc în modul următor:
- valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic este în funcţie de cea a materialelor din stratul suport (Ep) şi se calculează cu relaţia (3);
- coeficientul lui Poisson are valoarea 0,27;
6.4. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic şi ale coeficientului lui Poisson pentru materialele necoezive din straturile de bază şi de fundaţie se stabilesc conform tabelului 7.
Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate
pentru materialele necoezive din straturile de bază şi de fundaţie
Tabelul 7
Denumirea materialului
|
Modul de elasticitate dinamic (E)
MPa
|
Coeficientul lui Poisson ()
|
Macadam semipenetrat sau penetrat
|
1000
|
0,27
|
Macadam
|
600
|
0,27
|
Piatră spartă mare sort 63-90
|
400
|
0,27
|
Piatră spartă, amestec optimal
|
500*
|
0,27
|
Blocaj de piatră brută
|
300
|
0,27
|
Balast, amestec optimal
|
300*
|
0,27
|
Bolovani
|
200
|
0,27
|
* Notă: În cazurile în care aceste materiale alcătuiesc un strat inferior de fundaţie, modulul de elasticitate dinamic se stabileşte conform punctului 6.3
6.5.Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic şi ale coeficientului lui Poisson pentru agregatele naturale stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici din straturile de fundaţie şi de bază se stabilesc conform tabelului 8.
Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate
pentru agregatele naturale stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici
Tabelul 8
Denumirea materialului
|
E
MPa
|
|
Agregate naturale stabilizate cu ciment:
- pentru strat de bază
- pentru strat de fundaţie
|
1200
1000
|
0,25
0,25
|
Agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici:
- pentru strat de bază
- pentru strat de fundaţie
- pentru strat de bază
- pentru strat de fundaţie
- pentru strat de bază
- pentru strat de fundaţie
|
1200
700
1800
1100
1200
750
|
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
|
6.6. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice din stratul de bază şi din straturile îmbrăcămintei bituminoase sunt în funcţie de tipul climateric al zonei în care se încadrează drumul, conform tabelului 9.
6.7. În cazul în care compoziţia mixturii asfaltice dintr-un strat va fi diferită de cea din prescripţiile tehnice legale în vigoare, conform tabelului 9, valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic vor fi stabilite cu Echipamentul complex pentru testarea în regim dinamic a mixturilor asfaltice, conform Instrucţiunilor tehnice privind determinarea modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice indicativ AND 542.
Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale mixturilor asfaltice
Tabelul 9
Tipul mixturii asfaltice
| Tipul stratului |
Tip climateric I şi II
|
Tip climateric III
|
Coeficientul lui Poisson ()
|
Modul de elasticitate dinamic (E), MPa
| ||||
Mixturi asfaltice preparate cu bitum tip D80/100, SR 174/1
|
uzură
|
3600
|
4200
|
0,35
|
legătură
|
3000
|
3600
| ||
bază
|
5000
|
5600
| ||
Mixturi asfaltice cu bitum modificat, normativ AND 549
|
uzură
|
4000
|
4500
| |
legătură
|
3500
|
4000
| ||
Mixturi asfaltice stabilizate cu fibre, instrucţiuni tehnice AND 539:
- tip MASF 16,
- tip MASF 8.
|
uzură
| |||
3300
|
4000
| |||
3000
|
3600
|
6.8. În cazurile în care sistemul rutier are mai mult de patru straturi rutiere, două sau trei straturi rutiere, alcătuite din acelaţi tip de materiale (mixtură asfaltică, piatră spartă sau balast) acestea vor fi caracterizate prin:
- grosimea totală a pachetului de straturi, în cm;
- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat (Em) al pachetului respectiv de straturi rutiere, care se calculează cu relaţia:
Em = Ei1/3 hi / hi3 (MPa)
Formula 4 – pag. 22
în care:
Ei este 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.
6.9. Analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard comportă calculul deformaţiilor specifice şi tensiunilor în punctele critice ale complexului rutier, caracterizate printr-o stare de solicitare maximă.
6.9.1. În cazul sistemelor rutiere suple se calculează următoarele:
- deformaţia specifică orizontală de întindere (r) la baza straturilor bituminoase, în microdeformaţii;
- deformaţia specifică verticală de compresiune (z) la nivelul patului drumului, în microdeformaţii.
6.9.2. În cazul sistemelor rutiere semirigide se calculează următoarele:
- deformaţia specifică orizontală de întindere (r) la baza straturilor bituminoase, în microdeformaţii;
- tensiunea orizontală de întindere (r) la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici;
- deformaţia specifică verticală de compresiune (z) la nivelul patului drumului, în microdeformaţii.
6.9.3. Calculele se efectuează cu programul CALDEROM 2000, al cărui suport fizic se găseşte în discheta, parte integrantă din normativ. Modul de utilizare a programului de calcul CALDEROM 2000 este dat în anexa 3.
6.9.4. Calculele se efectuează în următoarele puncte:
n
- pentru r: la baza straturilor bituminoase z1 = hi.m.a. (cm)
i=1
în care:
z1 - adâncimea de la suprafaţa îmbrăcămintei unde se determină deformaţia, în cm;
hi.m.a. - grosimea fiecărui strat bituminos, în cm;
- pentru r: la baza straturilor din agregate naturale n
stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici z2 = z1 + hi.b.s. (cm)
i=1
în care:
hi.b.s. - grosimea fiecărui strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici, în cm;
- pentru z: la nivelul patului drumului z3 = H (cm)
în care:
H - grosimea totală a sistemului rutier, în cm.
7. STABILIREA COMPORTĂRII SUB TRAFIC A SISTEMULUI RUTIER
7.1. Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier are drept scop compararea valorilor deformaţiilor specifice şi tensiunilor calculate conform capitolului 6, cu cele admisibile, stabilite pe baza proprietăţilor de comportare ale materialelor.
7.2. Se consideră că un sistem rutier poate prelua solicitările traficului, corespunzătoare perioadei de perspectivă luată în considerare, dacă sunt respectate concomitent, toate criteriile de dimensionare prevăzute la punctul 2.1.
7.3. 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.
7.3.1. Rata de degradare prin oboseală se calculează cu relaţia:
Nc
RDO = 
Nadm.
Formula 5 – pag. 23
în care:
Nc - traficul de calcul în milioane osii standard de 115 kN, (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.
7.3.2. Numărul de solicitari admisibil, care poate fie preluat de straturile bituminoase, se stabileşte cu ajutorul legilor de oboseală a mixturii asfaltice, în funcţie de categoria drumului sau a străzii, stabilită în conformitate cu prevederile Normelor privind încadrarea în categorii a drumurilor de interes naţional aprobate prin Ordinul M.T. nr. 43/1998 şi de traficul de calcul si anume, cu relaţiile:
a. pentru autostrăzi, drumuri expres, drumuri europene şi drumuri şi străzi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s (1x106 o.s.115):
Nadm. = 4,27 108 r-3,97 (m.o.s.)
ormula 6a – pag. 24
b. pentru drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. (1x106 o.s.115):
Nadm. = 24,5 108 r-3,97 (m.o.s.)
Formula 6b – pag. 24
7.3.3. Numărul de solicitări admisibil al osiei standard de 115 kN poate sa fie stabilit şi cu ajutorul diagramei din fig. 7, unde dreptele (6a) şi (6b) sunt expresia relaţiilor de mai sus.
Figura 7 - Diagrama de stabilire a numărului de solicitări admisibil în funcţie de deformaţia specifică orizontală de întindere la baza straturilor bituminoase – pag. 24
7.3.4. Grosimea necesară a straturilor bituminoase este cea pentru care se respectă condiţia:
RDO RDO admisibil
Formula 7 – pag. 25
în care RDO admisibil are următoarele valori:
- max. 0,80 pentru autostrăzi şi drumuri expres;
- max. 0,85 pentru drumuri europene;
- max. 0,90 pentru drumuri naţionale principale şi străzi;
- max. 0,95 pentru drumuri naţionale secundare;
- max. 1,00 pentru drumuri judeţene si comunale.
Încadrarea în categorii a drumurilor se face în conformitate cu Normele privind încadrarea în categorii a drumurilor de interes naţional, aprobate prin Ordinul M.T. nr.43/1998.
7.3.5. In cazul în care condiţia de la pct.7.3.4 nu este satisfacută, se repetă calculul ratei de degradare prin oboseală pentru o grosime mai mare a straturilor bituminoase. În general se variază grosimea stratului de bază din mixtură asfaltică (recomandabil din 2 în 2 cm), până ce este respectată condiţia de la pc. 7.3.4. Grosimea necesară a straturilor bituminoase se obţine prin interpolare, între ultimele două valori consecutive.
7.4. Criteriul tensiunii de întindere admisibilă la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici este respectat, dacă este îndeplinită condiţia:
r r adm.
Formula 8 – pag. 25
în care:
r - tensiunea orizontală de întindere la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici, în MPa, calculată conform pct. 6.9;
r adm. - tensiunea de întindere admisibilă, în MPa, calculată conform pct. 7.4.1.
7.4.1. Tensiunea de întindere admisibilă se calculează cu relaţia:
r adm. = Rt (0,60 - 0,056 log Nc)
Formula 9 – pag. 25
în care:
Rt - rezistenţa la întindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici, în MPa, conform pct.7.4.2.;
Nc - traficul de calcul, în milioane osii standard de 115 kN.
7.4.2. Rezistenţa la întindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici este în funcţie de tipul stratului şi de cel al liantului, conform tabelului 10. Ea este corespunzătoare vârstei de 360 zile a materialului stabilizat.
Rezistenţa la întindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici
Tabelul 10
Tipul liantului şi al stratului
|
Rt , MPa
|
Ciment:
- strat de bază
- strat de fundaţie
|
0,40
0,35
|
Zgură granulată:
- strat de bază
- strat de fundaţie
|
0,35
0,20
|
Cenuşă de termocentrală:
- strat de bază
- strat de fundaţie
|
0,50
0,30
|
Tuf vulcanic:
- strat de bază
- strat de fundaţie
|
0,55
0,35
|
7.4.3. În cazul în care sistemul rutier nu satisface acest criteriu, se reface calculul pentru o altă alcătuire a sistemului rutier. Se recomandă îngroşarea stratului din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici şi puzzolanici.
7.5. Criteriul deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul pământului de fundare este respectat, dacă este îndeplinită condiţia:
z zadm
Formula 10 – pag. 26
în care:
z este deformaţia specifică verticală de compresiune la nivelul pământului de fundare, în microdeformaţii, calculată conform pct.6.9;
z adm. - deformaţia specifică verticală admisibilă la nivelul pământului de fundare, în microdeformaţii, calculată conform pct.7.5.1.
7.5.1. Deformaţia specifică verticală admisibilă se calculează cu următoarele relaţii:
a. pentru autostrăzi, drumuri expres, drumuri europene şi drumuri şi străzi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s.(1x106 o.s.115):
z adm. = 329 Nc-0,27 (microdef.)
Formula 11a – pag. 26
b. pentru drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s.(1x106 o.s.115):
z adm. = 600 Nc-0,28 (microdef.)
Formula 11b – pag. 26
7.5.2. Deformaţia specifică verticală admisibilă se poate stabili şi cu ajutorul diagramei din figura 8 unde dreptele 11a şi 11b sunt expresia relaţiilor de mai sus.
Figura 8 - Diagrama de stabilire a deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul
pământului de fundare în funcţie de traficul de calcul – pag. 27
7.5.3. In cazul în care condiţia de la pct. 7.5. nu este îndeplinită, se modifică alcătuirea sistemului rutier. Se recomandă îngroşarea stratului de fundaţie din balast până la grosimea de 30 cm, iar dacă nici în aceste condiţii sistemul rutier nu respectă acestă condiţie, se majorează şi grosimea straturilor bituminoase.
8. EXEMPLE DE CALCUL
8.1. Exemplul 1. Dimensionarea unui sistem rutier suplu pentru o variantă nouă a unui drum european.
8.1.1. Datele problemei
Se cere să se stabilească alcătuirea sistemului rutier pe o variantă nouă a unui drum european.
Drumul este situat într-o regiune de tip climateric II, în care sursele de agregate naturale de carieră sunt la distanţe relativ reduse faţă de traseul drumului.
Terasamentele rutiere sunt în rambleu, cu o înălţime de maximum 1,00 m. Pământul de fundare este alcătuit din prafuri şi prafuri argiloase, în conformitate cu STAS 1243.
Caracteristicile traficului rutier sunt cele corespunzătoare postului de recenzare situat pe drumul european, înainte de intrare în variantă. Astfel, recensământul general de circulaţie din anul 1995 a evidenţiat următoarea compoziţie zilnică a traficului:
350 autocamioane şi derivate cu 2 osii
80 autocamioane şi derivate cu 3 osii
312 autocamioane şi derivate cu peste 3 osii
66 autobuze
94 remorci
Perioada de perspectivă a drumului a fost stabilită de beneficiarul lucrării de 15 ani (2000 - 2015).
8.1.2. Stabilirea traficului de calcul
Se stabileşte traficul de calcul, conform cap.3, cu ajutorul datelor din tabelul 11.
Tabelul 11
Grupa de vehicule
|
nk 95
|
pk 00
|
pk 15
|
(pk 00 + pk 15) 0,5
|
fek
|
Produsul col.1 x col.4.x col.5 o.s.115
|
Autocamioane şi derivate cu 2 osii
|
350
|
1,2
|
2,6
|
1,9
|
0,30
|
200
|
Autocamioane şi derivate cu 3 osii
|
80
|
1,0
|
1,4
|
1,2
|
0,44
|
42
|
Autocamioane şi derivate cu peste
3 osii
|
312
|
1,2
|
2,5
|
1,85
|
1,61
|
929
|
Autobuze
|
66
|
1,3
|
3,1
|
2,2
|
0,64
|
93
|
Remorci
|
94
|
1,2
|
3,0
|
2,1
|
0,06
|
12
|
Total osii standard 115 kN
|
1276
|
Rezultă următorul trafic de calcul, conform relaţiei (1):
Nc = 365 x 10-6 15 0,5 1276 = 3,49 m.o.s.
8.1.3. Stabilirea capacităţii portante la nivelul patului drumului.
Pământul de fundare, alcătuit din prafuri şi prafuri argiloase se încadrează în tipul P4, conform tabelului 1.
Sectorul de drum fiind situat în rambleu, cu o înălţime de maximum 1,00 m, regimul hidrologic este 2a, conform pct. 4.2.3.
Corespunzător tipului climateric II şi regimului hidrologic 2a, valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al pământului de fundare este 80 MPa, conform tabelului 2, iar valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este 0,35, conform tabelului 3.
8.1.4. Alegerea alcătuirii sistemului rutier
Dat fiind existenţa în regiune a surselor de agregate naturale de carieră se alege un sistem rutier suplu, cu strat de bază din mixtură asfaltică şi strat superior de fundaţie din piatră spartă, amestec optimal. Grosimile straturilor rutiere şi valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic şi ale coeficientului lui Poisson sunt date în tabelul 12.
Tabelul 12
Denumirea
materialului din strat
|
Varianta 1
|
Varianta 2
|
E, MPa
|
|
h, cm
| ||||
Beton asfaltic pentru strat de uzură
|
4
|
4
|
3600*
|
0,35*
|
Beton asfaltic pentru strat de legătură
|
4
|
4
|
3000*
|
0,35*
|
Mixtură asfaltică pentru strat de bază
|
12
|
14
|
5000*
|
0,35*
|
Piatră spartă amestec optimal
|
22
|
22
|
500**
|
0,27**
|
Balast
|
30
|
30
|
208***
|
0,27***
|
Pământ de fundare
|
|
|
80
|
0,35
|
Notă: * conform pct. 6.6
** conform pct. 6.4
*** conform pct. 6.3
Sistemul rutier şi pământul de fundare reprezentând 6 straturi, se reduc la 5 straturi, prin luarea în considerare a îmbrăcăminţii bituminoase cu grosimea de 8 cm, cu o valoare a modulului de elasticitate dinamic mediu ponderat de 3300 MPa.
8.1.5. Analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard
Se calculează următoarele componente ale deformaţiei:
- r, în microdeformaţii, la baza straturilor bituminoase;
- z, în microdeformaţii, la nivelul patului drumului.
Rezultatele sunt date în tabelul 13.
Tabelul 13
VARIANTA
|
1
|
2
|
r, microdef..
|
113
|
103
|
z, microdef.
|
230
|
210
|
N adm., m.o.s.
|
3,02
|
4,36
|
RDO
|
1,16
|
0,80
|
8.1.6. Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier
Se calculează cu relaţia (6a) numărul de solicitări admisibil care poate fi preluat de straturile bituminoase în cele două variante privind grosimea stratului de bază din mixtură asfaltică şi valorile RDO. Astfel, conform tabelului 13, varianta de alcătuire cu 14 cm strat de bază conduce la RDO = 0,80, deci este îndeplinită condiţia de la pct. 7.3.4. În cazul în care se adoptă o grosime a stratului de bază de 13 cm, se obţine prin interpolare Nadm. = 3,61 m.o.s., şi RDO = 0,97, deci această grosime nu verifică condiţia RDO = max.0,85.
Se calculează cu relaţia (11a) deformaţia specifică verticală admisibilă la nivelul patului drumului. Se compară valoarea obţinută de 235 microdef. cu valoarea calculată de 210 microdef. şi se constată că este îndeplinită condiţia z z adm..
Se analizează şi varianta de alcătuire a sistemului rutier, micşorând la 25 cm grosimea stratului de fundaţie din balast, parametrii de calcul fiind daţi în tabelul 14.
Tabelul 14
Denumirea
materialului din strat
|
Varianta 3
|
E, MPa
|
|
h, cm
| |||
Beton asfaltic pentru strat de uzură
|
4
|
3600*
|
0,35*
|
Beton asfaltic pentru strat de legătură
|
4
|
3000*
|
0,35*
|
Mixtură asfaltică pentru strat de bază
|
14
|
5000*
|
0,35*
|
Piatră spartă amestec optimal
|
22
|
500**
|
0,27**
|
Balast
|
25
|
208***
|
0,27***
|
Pământ de fundare
|
|
80
|
0,35
|
Notă: * conform pct. 6.6
** conform pct. 6.4
*** conform pct. 6.3
Valorile calculate ale deformaţiilor specifice sunt date în tabelul 15.
Tabelul 15
VARIANTA
|
3
|
r, microdef..
|
104
|
z, microdef.
|
232
|
N adm.,m.o.s.
|
4,20
|
RDO
|
0,83
|
Din examinarea acestui tabel rezultă că grosimea stratului de fundaţie din balast poate fi redusă la 25 cm, fiind respectate ambele criterii de dimensionare.
Rezultă următoarea alcătuire a sistemului rutier:
8 cm îmbrăcăminte bituminoasă;
14 cm strat de bază din mixtură asfaltică;
22 cm strat superior de fundaţie din piatră spartă, amestec optimal;
25 cm strat inferior de fundaţie din balast.
8.2. Exemplul 2. Dimensionarea unui sistem rutier semirigid pe banda de lărgire a părţii carosabile.
8.2.1. Datele problemei
Se cere să se stabilească alcătuirea sistemului rutier pe benzile de lărgire a părţii carosabile a unui drum naţional principal, în cadrul acţiunii de reabilitare a acestuia.
Drumul este situat într-o regiune de tip climateric II, în care sursele de agregate naturale de balastieră sunt la distanţe relativ reduse de traseul drumului.
Terasamentele rutiere sunt la nivelul terenului şi în debleu. Pământul de fundare este alcătuit din argile prăfoase, în conformitate cu STAS 1243.
Caracteristicile traficului rutier sunt cele corespunzătoare postului de recenzare situat pe sectorul respectiv de drum. Astfel, recensământul general de circulaţie din anul 1995 a evidenţiat următoarea compoziţie zilnică a traficului:
689 autocamioane şi derivate cu 2 osii
207 autocamioane şi derivate cu 3 osii
139 autocamioane şi derivate cu peste 3 osii
80 autobuze
111 remorci
Perioada de perspectivă a drumului a fost stabilită de beneficiarul lucrării de 15 ani (2002 - 2017).
8.2.2. Stabilirea traficului de calcul
Se stabileşte traficul de calcul, conform cap.3, cu ajutorul datelor din tabelul 16.
Tabelul 16
Grupa de vehicule
|
nk 95
|
pk 02 *
|
pk 17*
|
(pk 02 + pk 17) 0,5
|
fek
|
Produsul col.1 col.4. col.5 o.s.115
|
Autocamioane şi derivate cu 2 osii
|
689
|
1,32
|
2,84
|
2,08
|
0,30
|
430
|
Autocamioane şi derivate cu 3 osii
|
207
|
1,04
|
1,48
|
1,26
|
0,44
|
115
|
Autocamioane şi derivate cu peste
3 osii
|
139
|
1,36
|
2,70
|
2,03
|
1,02
|
288
|
Autobuze
|
80
|
1,50
|
3,38
|
2,44
|
0,64
|
125
|
Remorci
|
111
|
1,40
|
3,28
|
2,34
|
0,06
|
16
|
Total osii standard 115 kN
|
974
|
Notă: * obţinuţi prin extrapolare din anexa 2, tabelul 1.
Rezultă următorul trafic de calcul, conform relaţiei (1):
Nc = 365 10-6 15 0,5 974 = 2,67 m.o.s.
8.2.3. Stabilirea capacităţii portante la nivelul patului drumului.
Pământul de fundare, alcătuit din argile prăfoase, se încadrează, conform tabelului 1, în tipul P5.
Sectorul de drum având terasamentele la nivelul terenului şi în debleu, este caracterizat printr-un regim hidrologic 2b, conform pct. 4.2.3.
Corespunzător tipului climateric II şi regimului hidrologic 2b, valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al pământului de fundare este 70 MPa, conform tabelului 2, iar valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este 0,42, conform tabelului 3.
Necesitatea execuţiei în casete a sistemului rutier impune adoptarea unei grosimi cât mai reduse a acestuia. Pe acest considerent, se adoptă soluţia de tratare cu var a pământului, pe o grosime de 20 cm, care constituie stratul de formă, caracterizat în conformitate cu tabelul 4 prin valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic, E s.f. = 250 MPa şi a coeficientului lui Poisson, = 0,35.
Se stabileşte modulul de elasticitate dinamic echivalent al sistemului strat de formă - pământ din terasamente, care în conformitate cu figura 3 este 122 MPa. Se adoptă valoarea coeficientului lui Poisson corespunzătoare pământului tratat cu var şi anume, 0,35.
8.2.4. Alegerea alcătuirii sistemului rutier
Dat fiind existenţa în regiune a surselor de agregate naturale de balastieră, se alege un sistem rutier semirigid, cu strat de bază din mixtură asfaltică şi strat superior de fundaţie din agregate naturale stabilizate cu ciment. Grosimile straturilor rutiere şi valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic şi ale coeficientului lui Poisson sunt date în tabelul 17 .
Tabelul 17
Denumirea
materialului din strat
|
Varianta 1
|
Varianta 2
|
E, MPa
|
|
h, cm
| ||||
Beton asfaltic pentru strat de uzură
|
4
|
4
|
3600*
|
0,35*
|
Beton asfaltic pentru strat de legătură
|
4
|
4
|
3000*
|
0,35*
|
Mixtură asfaltică pentru strat de bază
|
5
|
6
|
5000*
|
0,35*
|
Agregate naturale stabilizate cu ciment
|
20
|
20
|
1000**
|
0,25**
|
Balast
|
25
|
25
|
293***
|
0,27***
|
Materiale strat suport
|
|
|
122
|
0,35
|
Notă: * conform pct. 6.6
** conform pct. 6.4
*** conform pct. 6.3
Sistemul rutier şi pământul de fundare reprezentând 6 straturi, se reduc la 5 straturi, prin luarea în considerare a îmbrăcăminţii bituminoase cu grosimea de 8 cm, cu o valoare a modulului de elasticitate dinamic mediu ponderat de 3300 MPa.
8.2.5. Analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard
Se calculează următoarele componente ale deformaţiei specifice şi ale tensiunii:
- r, în microdeformaţii, la baza straturilor bituminoase;
- r, în MPa, la baza stratului din agregate naturale stabilizate cu ciment;
- z, în microdeformaţii, la nivelul patului drumului.
Rezultatele sunt date în tabelul 18.
Tabelul 18
VARIANTA
|
1
|
2
|
r, microdef..
|
91,9
|
91,6
|
r, MPa
|
0,146
|
0,139
|
z, microdef.
|
257
|
246
|
N adm.m.o.s.
|
6,86
|
6,95
|
RDO
|
0,39
|
0,38
|
8.2.6. Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier
Se calculează cu relaţia (6a) numărul de solicitări admisibil care poate fi preluat de straturile bituminoase în cele două variante privind grosimea stratului de bază din mixtură asfaltică şi valorile RDO. Astfel, conform tabelului 18, ambele variante de alcătuire conduc la valori ale ratei de degradare prin oboseală mai mici de 0,90, deci este îndeplinită condiţia de la pct. 7.3.4.
Se calculează cu relaţia (9), tensiunea de întindere admisibilă a agregatelor naturale stabilizate cu ciment şi anume:
r adm. = 0,35 ( 0,60 - 0,056 log 2,67) = 0,202 Mpa
Formula 12 – pag. 33
Din examinarea valorilor calculate ale tensiunii orizontale de întindere la baza stratului stabilizat, se constată că ambele variante de alcătuire ale sistemului rutier semirigid respectă criteriul de dimensionare prevăzut la acest nivel.
Se calculează cu relaţia (11a) deformaţia specifică verticală admisibilă la nivelul patului drumului şi anume:
z adm. = 329 2,67-0,27 = 252 microdef.
Formula 13 – pag. 33
Se compară această valoare cu cele calculate, din tabelul 18. Astfel, se constată că numai pentru a doua variantă a sistemului rutier, cu 6 cm strat de bază din mixtură asfaltică, este îndeplinită condiţia z z adm..
Grosimea totală a straturilor bituminoase de 14 cm va încetini procesul de transmitere la suprafaţă a fisurilor de contracţie din stratul stabilizat cu ciment.
Rezultă următoarea alcătuire a sistemului rutier:
8 cm îmbrăcăminte bituminoasă;
6 cm strat de bază din mixtură asfaltică;
20 cm strat superior de fundaţie din agregate naturale stabilizate cu ciment;
25 cm strat inferior de fundaţie din balast.
ANEXA 1
REGLEMENTĂRI TEHNICE CONEXE
Ordinul M.T. nr.43/1998 Norme privind încadrarea în categorii a drumurilor de interes naţional.
Ordinul M.T. nr.45/1998 Norme tehnice privind proiectarea, construirea şi modernizarea drumurilor.
Ordinul M.T. nr.46/1998 Norme tehnice privind stabilirea clasei tehnice a drumurilor publice.
SR 174-1: 97 Lucrări de drumuri. IMBRACAMINŢI BITUMINOASE CILINDRATE EXECUTATE LA CALD. Condiţii tehnice de calitate.
STAS 1243-88 Teren de fundare. CLASIFICAREA ŞI
IDENTIFICAREA PĂMÂNTURILOR.
STAS 1709/1-90 Acţiunea fenomenului de îngheţ - dezgheţ la lucrări de drumuri. ADÂNCIMEA DE INGHEŢ IN COMPLEXUL RUTIER. Prescripţii de calcul.
STAS 1709/2-90 Acţiunea fenomenului de îngheţ - dezgheţ la lucrări de drumuri. PREVENIREA ŞI REMEDIEREA DEGRADĂRILOR DIN INGHEŢ-DEZGHEŢ. Prescripţii tehnice.
STAS 2914 – 84 Lucrări de drumuri. TERASAMENTE. Condiţii tehnice generale de calitate
STAS 4032 /1 – 90 Lucrări de drumuri. TERMINOLOGIE
STAS 6400 – 84 Lucrări de drumuri. STRATURI DE BAZĂ ŞI DE FUNDAŢIE. Condiţii tehnice generale de calitate
STAS 7970-2000 Lucrări de drumuri. STRATURI DE BAZĂ DIN MIXTURI BITUMINOASE CILINDRATE EXECUTATE LA CALD. Condiţii tehnice generale de calitate.
STAS 12253 – 84 Lucrări de drumuri. Straturi de formă. Condiţii tehnice generale de calitate
AND 539 – 98 Instrucţiuni tehnice pentru realizarea mixturilor asfaltice stabilizate cu fibre de celuloză, destinaţia executării îmbrăcăminţilor bituminoase rutiere
AND 542 – 98 Instrucţiuni tehnice privind determinarea modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice
AND 549 – 99 Normativ privind îmbrăcăminţile bituminoase cilindrate la cald realizate cu bitum modificat cu polimeri
ANEXA 2
1. Coeficienţii de evoluţie a traficului rutier, pe grupe de autovehicule, pentru perioada 1995 - 2015 sunt daţi în tabelul 1.
Coeficienţii minimali de evoluţie a traficului rutier
Tabelul 1
Anul
|
Grupa de vehicule
| ||||
Autocamioane
cu 2 osii
|
Autocamioane
cu 3 osii
|
Autocamioane
cu peste 3 osii
|
Autobuze
|
Remorci
| |
1995
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
1,0
|
2000
|
1,2
|
1,0
|
1,2
|
1,3
|
1,2
|
2005
|
1,5
|
1,1
|
1,6
|
1,8
|
1,7
|
2010
|
2,0
|
1,2
|
2,0
|
2,4
|
2,3
|
2015
|
2,6
|
1,4
|
2,5
|
3,1
|
3,0
|
2. Coeficienţii de echivalare în osii standard de 115 kN sunt daţi în tabelul 2.
Coeficienţii de echivalare în osii standard de 115 kN
Tabelul 2
Grupa de vehicule
|
Vehicul reprezentativ
|
Coeficienţi de
echivalare în osii standard de 115 kN
| |
Tip
| Sarcini pe osie | ||
Autocamioane şi derivate cu 2 osii
|
R8135
|
45kN + 80kN
|
0,30
|
Autocamioane şi derivate cu 3 osii
|
R19215
|
62kN + 280kN
|
0,44
|
Autocamioane şi derivate cu peste
3 osii
|
10ATM2
|
62kN + 100kN + 280kN
|
1,02
|
19ATM2*
|
62kN + 280kN + 100kN + 100kN
|
1,61
| |
Autobuze
|
R111RD
|
50kN+100kN
|
0,64
|
Remorci
|
2R5A
|
48kN+48kN
|
0,06
|
*Vehicul reprezentativ pentru echivalarea traficului pe drumurile internaţionale (E)
NOTĂ: Valorile din tabelele 1 şi 2 sunt obţinute pe baza recensământului general de circulaţie din anul 1995. Ele vor fi reactualizate după fiecare recensământ de circulaţie.
ANEXA 3
PROGRAMUL PENTRU CALCULUL TENSIUNILOR ŞI DEFORMAŢIILOR SPECIFICE ÎN SISTEMELE RUTIERE IN ROMÂNIA
CALDEROM 2000
1. GENERALITĂŢI
1.1. Programul CALDEROM 2000 şi suportul fizic al acestuia, care se gaseşte pe dischetă, fac parte integrantă din Normativul pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide.
1.2. Acest program se utilizează la calculul tensiunilor şi al deformaţiilor specifice în sistemele rutiere, sub solicitarea statică a semiosiei standard de 57,5 kN.
1.3. Programul se bazează pe rezolvarea analitică, cu ajutorul modelului Burmister, a stării de tensiune şi de deformaţie sub sarcină a sistemului rutier.
1.4. Pentru sisteme rutiere suple pentru calculul deformaţiilor specifice poate fi utilizat şi programul CALDEROM.
2. IPOTEZE DE CALCUL
2.1. Sistemul rutier este solicitat de o sarcină circulară cu presiunea verticală uniformă, reprezentând greutatea semiosiei standard cu roţi gemene, transmisă pe o suprafaţă circulară echivalentă suprafeţei de contact pneu - drum.
Caracteristicile sarcinii şi anume:
- sarcina pe roţile gemene: 57,5 kN;
- presiunea de contact: 0,625 MPa;
- raza suprafeţei de contact: 17,1 cm,
constituie date primare, constante, ale programului CALDEROM 2000.
2.2. Sistemul rutier este considerat un mediu multistrat (maximum cinci straturi), în care fiecare strat rutier este considerat un solid elastic liniar, izotrop si omogen, infinit în plan orizontal şi cu grosime finită, cu excepţia pământului de fundare, considerat semiinfinit.
2.3. Între straturile rutiere există aderenţă.
2.4. Punctele de calcul ale tensiunilor şi deformaţiilor specifice sunt situate într-un profil vertical în centrul sarcinii, la limita între straturi.
2.5. Calculul tensiunilor şi al deformaţiilor specifice se efectuează în conformitate cu prevederile cap. 6 din normativ, în următoarele puncte:
- la partea inferioară a straturilor bituminoase;
- la partea inferioară a stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici;
- la partea inferioară a structurii rutiere (la nivelul patului drumului).
3. MODUL DE REZOLVARE A PROBLEMEI MECANICE
3.1. Problema mecanică constă din verificarea echilibrului sub o sarcină exterioară a unui solid elastic liniar izotrop.
3.2. Ecuaţiile de echilibru şi relaţiile existente între tensiunile şi deformaţiile specifice, conform mecanicii mediilor continue, într-un profil axisimetric, au următoarele expresii:
2(r,z) = 0
Formula 14 – pag. 37
în care este operatorul bi-armonic, cu următoarea expresie:
2 1 2 2
2 = + + 
r2 r r z
3.3. Modelarea structurii după Burmister într-un mediu alcătuit din straturi elastice liniare izotrope conduce la rezolvarea pentru fiecare din acestea, a ecuaţiilor:
2 (r,z) = 0
3.4. În coordonate axisimetrice se obţin pentru sarcina de calcul următoarele rezultate:
- tensiunile: r (r,z), (r,z), z (r,z) şi rz (r,z), conform figurii 1;
- deplasările orizontale u (r,z) şi verticale v (r,z);
- deformaţiile specifice corespunzătoare.
Componentele tensorului de tensiune şi de deformaţie specifică în r şi z sunt nule şi deci, nu se calculează.
Figura 1 - Rezultatele în reper axisimetric ale tensiunilor – pag. 37
3.5. Ipoteza elasticităţii liniare a modelului permite de a suprapune într-un reper axisimetric efectele diferitelor solicitări, în termeni de:
- tensiune: r, z;
- deformaţie specifică: r, z
4. DATELE DE INTRARE
4.1. Numărul straturilor reprezintă straturile sistemului rutier plus pământul de fundare.
4.2. Caracteristicile straturilor bituminoase care alcatuiesc îmbrăcămintea, eventual şi stratul de bază din mixtura asfaltică, considerate stratul 1, sunt:
- grosimea totală estimată (minim 8 cm), în cm;
- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat, în MPa, calculat conform pct
6.8. din normativ;
- coeficientul lui Poisson.
4.3. Caracteristicile fiecărui strat rutier existent - straturile 2...4 - sunt:
- grosimea, în cm;
- modulul de elasticitate dinamic, în cm;
- coeficientul lui Poisson.
4.4. Caracteristicile de deformabilitate ale terenului (pământului) de fundare sau ale sistemului strat de formă teren de fundare - stratul 5 - sunt:
- modulul de elasticitate dinamic, în MPa;
- coeficientul lui Poisson.
Valorile acestor caracteristici sunt conform cap 4 şi 6 din normativ.
Se menţionează că în cazul în care sistemul rutier are mai mult de 4 straturi (inclusiv pământul de fundare), două sau trei straturi rutiere, alcătuite din materiale granulare, pot fi caracterizate prin:
- grosimea totală a acestora, în cm;
- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat, calculat cu relaţia:
Em = [ (Ei1/3 x hi) / hi ]3 (MPa)
Formula 15 – pag. 38
în care:
Ei - modulul de elasticitate dinamic al materialului din stratul i, în MPa;
hi - grosimea stratului i, în cm.
4.5. Adâncimile de calcul ale tensiunilor şi deformaţiilor specifice sunt:
- la baza straturilor bituminoase, în cm;
- la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici, în cm;
- la nivelul patului drumului, în cm.
4.6. Un exemplu de date de intrare este dat în cap.6 din anexă.
5. UTILIZAREA PRACTICĂ A PROGRAMULUI CALDEROM 2000
5.1. Conţinutul dischetei
Discheta conţine următoarele fişiere:
- un fişier executabil: calderom2000.exe;
- un fişier necesar rulării programului: dosxmsf.exe;
- un fişier cu date de ieşire: rezultat.dat.
5.2. Instalarea programului
Se creează un director numit CALDEROM 2000, în care se copiază fişierele de la pct.5.1.
5.3. Rularea programului
5.3.1. Se lansează în execuţie fişierul executabil: calderom2000.exe.
5.3.2. Datele de intrare se introduc în mod interactiv, conform pct.4.
5.3.3. După rularea corectă a fişierului calderom2000.exe, se generează fişierul de date de ieşire rezultat.dat, care poate fi tipărit.
5.3.4. Fişierul de date de ieşire rezultat.dat conţine următoarele date, conform exemplului din cap.6 din anexă:
- denumirea drumului;
- sectorul omogen investigat;
- recapitularea datelor primare privind caracteristicile sarcinii;
- recapitularea datelor de intrare privind caracteristicile straturilor rutiere;
- rezultatele calculelor efectuate şi anume:
R - distanţa punctului de calcul faţă de profilul longitudinal, care este în toate cazurile egal cu 0 cm, conform ipotezei de calcul;
Z - adâncimea, în cm, a punctelor de calcul;
ATENŢIE: În cazul sistemelor rutiere suple, fără strat din agregate naturale stabilizate cu ciment, adâncimea de calcul la baza acestui strat este 0.
ATENŢIE: Semnul – înseamnă că punctul de calcul este la baza stratului;
Semnul + înseamnă că punctul de calcul este la partea superioară a stratului de dedesubt.
DEFORMAŢIA ORIZONTALĂ, în microdeformaţii;
ATENŢIE: În calculele de dimensionare este utilizată deformaţia specifică orizontală de întindere calculată la baza straturilor bituminoase.
În exemplul din cap.6 din anexă, pentru Z = -16,00 cm, DEFORMAŢIA ORIZONTALĂ DE ÎNTINDERE este .142E+03, ceea ce inseamnă r = 142 microdeformaţii.
TENSIUNEA SPECIFICĂ ORIZONTALĂ, în MPa;
ATENŢIE: În calculele de dimensionare este utilizată tensiunea specifică orizontală de întindere calculată la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici.
În exemplul din cap.6 din anexă, pentru Z = -36,00 cm, TENSIUNEA SPECIFICĂ ORIZONTALĂ este .793E - 01, ceea ce inseamnă r = 0.079 MPa.
DEFORMAŢIA SPECIFICĂVERTICALĂ, în microdeformaţii;
ATENŢIE: În calculele de dimensionare este utilizată deformaţia specifică verticală calculată la nivelul patului drumului.
În exemplul din cap.6 din anexă, pentru Z = 71,00 cm, DEFORMAŢIA SPECIFICĂ VERTICALĂ este .231E+03, ceea ce inseamna z = 231 microdeformaţii.
6. EXEMPLU DE CALCUL
DRUM: DN 55
| |||||||
Sector omogen: km 20+500 - 22+800
| |||||||
Parametrii problemei sunt
| |||||||
Sarcina..... 57.50 kN
| |||||||
Presiunea pneului 0.625 MPa
| |||||||
Raza cercului 17.11 cm
| |||||||
Stratul 1: Modulul 3300. MPa, Coeficientul Poisson .350, Grosimea 8.00 cm
| |||||||
Stratul 2: Modulul 3000. MPa, Coeficientul Poisson .350, Grosimea 8.00 cm
| |||||||
Stratul 3: Modulul 600. MPa, Coeficientul Poisson .270, Grosimea 20.00 cm
| |||||||
Stratul 4: Modulul 250. MPa, Coeficientul Poisson .270, Grosimea 35.00 cm
| |||||||
Stratul 5: Modulul 100. MPa, Coeficientul Poisson .300 si e semifinit
| |||||||
R E Z U L T A T E:
| |||||||
R Z sigma r epsilon r epsilon z
| |||||||
cm cm MPa microdef microdef
| |||||||
.0 -16.00 .519E+00 .142E+03 -.204E+03
| |||||||
.0 16.00 .242E-01 .142E+03 -.437E+03
| |||||||
.0 -36.00 .793E-01 .130E+03 -.197E+03
| |||||||
.0 36.00 .168E-01 .130E+03 -.337E+03
| |||||||
.0 -71.00 .216E-01 .861E+02 -.131E+03
| |||||||
.0 71.00 .322E-02 .861E+02 -.231E+03
|
No comments:
Post a Comment