Documente noi - cercetari, esee, comentariu, compunere, document
Referate categorii

Normativ pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple si semirigide (metoda analitica)

NORMATIV PENTRU DIMENSIONAREA

SISTEMELOR RUTIERE SUPLE SI SEMIRIGIDE

(Metoda analitica )

INDICATIV

AND

1. PREVEDERI GENERALE

1.1. Prezentul normativ se refera la metoda analitica de dimensionare a sistemelor rutiere suple si semirigide.

Domeniul de aplicare

1.2. Prevederile normativului se aplica la dimensionarea sistemelor rutiere pentru:

constructii de drumuri noi, drumuri expres, autostrazi si strazi;

modernizari de drumuri pietruite existente;

lucrari de reabilitare a drumurilor (largirea partii carosabile, benzi suplimentare de circulatie, variante),

la drumurile din clasele tehnice I, II si III.

Pentru drumuri din clasele tehnice IV si V, aplicarea prezentului normativ este facultativa. In acest caz se adopta structuri rutiere conform Catalogului de structuri tip pentru drumuri publice, elaborat de CESTRIN.

1.3. Sistemele rutiere dimensionate conform prezentului normativ se verifica din punctul de vedere al rezistentei la actiunea fenomenului de inghet - dezghet, conform prevederilor STAS 1709 / 2.


1.4. Terminologie, conform STAS 4032 / 1, cu urmatoarele completari:

anul modernizarii drumului - anul in care se face amenajarea complexa a drumului, prin executarea si a unui sistem rutier cu imbracaminte moderna (sistem rutier suplu sau semirigid);

fisurare reflectiva - procesul de transmitere la suprafata partii carosabile a fisurilor de contractie hidraulica sau termica din straturile alcatuite din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici. In cazul ranforsarilor drumurilor existente, acest proces se poate referi la trasmiterea la suprafata noii imbracaminti bituminoase a fisurilor si/sau a crapaturilor existente in vechea imbracaminte rutiera;

Elaborat de :

SEARCH CORPORATION

Aprobat de:

MINISTERUL TRANSPORTURILORADMINISTRATIA NATIONALA A DRUMURILOR

cu avizul nr.

perioada de perspectiva - perioada de timp, exprimata in ani, pentru care se stabileste traficul de calcul al sistemului rutier;

sector omogen - sector de drum caracterizat concomitent prin aceleasi date privind traficul de calcul, tipul de pamant, tipul climateric al zonei in care este situat drumul si regimul hidrologic al complexului rutier. Sectorul omogen de drum este caracterizat prin aceeasi alcatuire a sistemului rutier;

- temperatura echivalenta a straturilor bituminoase - temperatura pentru care suma degradarilor produse de solicitarile traficului pe parcursul unui an, pentru o distributie data a temperaturilor, este egala cu degradarile produse de aceleasi solicitari ale traficului, dar pentru temperatura constanta, Qech C);

trafic de calcul - numarul de osii standard cu sarcina de 115 kN, pe banda de circulatie cea mai solicitata, echivalent vehiculelor care vor circula pe drum pe perioada de perspectiva.


1.5. Reglementarile tehnice conexe sunt date in anexa 1.

1.6. Acest normativ inlocuieste capitolul III al Instructiunilor tehnice departamentale pentru dimensionarea sistemelor rutiere rigide si nerigide, indicativ PD177.

2. PRINCIPII DE DIMENSIONARE

2.1 Dimensionarea sistemelor rutiere suple si semirigide se bazeaza pe indeplinirea concomitenta a urmatoarelor criterii:

pentru sisteme rutiere suple:

- deformatia specifica de intindere admisibila la baza straturilor bituminoase;

deformatia specifica de compresiune admisibila la nivelul patului drumului;

pentru sisteme rutiere semirigide:

- deformatia specifica de intindere admisibila la baza straturilor bituminoase;

- tensiunea de intindere admisibila la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici;

- deformatia specifica de compresiune admisibila la nivelul patului drumului.

2.2. Metoda analitica de dimensionare se bazeaza pe stabilirea unei alcatuiri a sistemului rutier, in conformitate cu prevederile prescriptiilor tehnice in vigoare si verificarea starii de solicitare a acestuia, sub actiunea traficului de calcul, astfel incat sa indeplineasca criteriile de dimensionare mentionate la punctul 2.1.

2.3. Pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple si semirigide este necesar sa se efectueze in prealabil studii, in vederea obtinerii urmatoarelor date:

- compozitia si intensitatea traficului si evolutia in perspectiva a acestuia;

- caracteristicile geotehnice ale pamantului de fundare;

- regimul hidrologic al complexului rutier (tipul profilului transversal, modul de asigurare a scurgerii apelor de suprafata, posibilitatile de drenare, nivelul apei freatice).

2.4. Dimensionarea sistemului rutier comporta urmatoarele etape:

stabilirea traficului de calcul, conform capitolului 3;

stabilirea capacitatii portante la nivelul patului drumului, conform capitolului 4;

alegerea unei alcatuiri a sistemului rutier, conform capitolului 5;

analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard, conform capitolului 6;

stabilirea comportarii sub trafic a sistemului rutier, conform capitolului 7.

3. STABILIREA TRAFICULUI DE CALCUL

3.1. La dimensionarea sistemelor rutiere suple si semirigide se ia in considerare traficul de calcul corespunzator perioadei de perspectiva, exprimat in osii standard de 115 kN, echivalent vehiculelor care vor circula pe drum.

3.2. Osia standard de 115 kN (o.s.115) prezinta urmatoarele caracteristici:

- sarcina pe rotile duble:57,5 kN

- presiunea de contact:0,625 MPa

- raza suprafetei circulare echivalente

suprafetei de contact pneu - drum:0,171 m

3.3. Perioada de perspectiva

3.3.1. Perioada de perspectiva va fi indicata de beneficiarul lucrarii. Ea se stabileste in cadrul primei faze de proiectare, avandu-se in vedere atat traficul actual cat si evolutia in perspectiva a acestuia.

3.3.2. Se recomanda adoptarea unei perioade de perspectiva de minimum 15 ani in cazul constructiilor de autostrazi, de drumuri expres, de drumuri europene si celorlaltor categorii de drumuri din clasele tehnice I si II si de minimum 10 ani in cazul drumurilor din clasele tehnice III, IV si V.

3.3.3. In cazul dimensionarii sistemelor rutiere de pe benzile de largire a partii carosabile a drumurilor existente, la lucrari de reabilitare a acestora, perioada de perspectiva va fi aceeasi ca cea care se ia in considerare la dimensionarea straturilor de ranforsare ale sistemului rutier existent.

3.4. Compozitia si intensitatea traficului.

3.4.1. Compozitia si intensitatea traficului corespunzatoare unui post de recensamant se aplica pe sectorul de drum aferent acelui post conform sectorizarii retelei facuta cu ocazia ultimului recensamant general al circulatiei.

3.4.2. La lucrarile rutiere importante, cum sunt constructiile de drumuri noi, de drumuri expres si de autostrazi, amenajari de noduri rutiere etc., care impun cunoasterea curentilor de circulatie pe ansamblul unei retele de drumuri, datele din recensamantul de circulatie vor fi completate, dupa necesitati, prin anchete de circulatie, efectuate si prelucrate in cadrul unui studiu de trafic prin care se va simula traficul atat pe drumurile noi cat si pe reteaua existenta.

3.4.3. Pentru modernizari de drumuri existente se va lua in considerare posibilitatea de atragere a unei parti din traficul de pe drumurile existente in zona, precum si de pe alte cai de comunicatie, ca urmare a crearii unor conditii mai avantajoase de circulatie (scurtarea duratei de parcurs, reducerea cheltuielilor de transport, cresterea confortului si sigurantei circulatiei).

Aceste redistribuiri ale circulatiei sunt rezultate dintr-un studiu de trafic pentru reteaua/sectoarele de drumuri din zona in cauza.

3.4.4. In cazul strazilor si in cel al drumurilor judetene, comunale si vicinale, in situatia in care pe tronsonul de drum supus modernizarii nu a functionat nici un post de recenzare sau se anticipeaza redistribuiri de trafic, este recomandabil sa se efectueze un studiu de trafic pentru stabilirea intensitatii medii zilnice anuale actuale si de perspectiva a traficului si a compozitiei acestuia.

3.5. Evolutia in perspectiva a traficului rutier

3.5.1. Coeficientii minimali de evolutie, stabiliti pe baza ultimului recensamant general de circulatie pentru perioada 1995…2015, pe grupe de vehicule sunt dati in anexa 2. Valorile acestor coeficienti de evolutie vor fi reactualizate dupa fiecare recensamant general de circulatie de catre Administratia Nationala a Drumurilor (AND).

3.5.2. La proiectarea lucrarilor importante de drumuri de clasa tehnica I, II si dupa caz III se impune stabilirea evolutiei in perspectiva a traficului in cadrul unui studiu de trafic. Acest studiu necesita determinarea evolutiei acestuia pe tipuri de trafic: local, de origine, de destinatie si de tranzit, prin examinarea surselor generatoare ale acestora.

Odata estimat prin ancheta de circulatie origine-destinatie (O/D) traficul generat/atras catre fiecare zona de trafic din teritoriul de influenta al drumului prin procedee specifice de modelare matematica a traficului se pun in evidenta curentii de circulatie (matricele de trafic O/D) si se afecteaza traficul pe reteaua rutiera actuala si de viitor.

Inlocuind in modelul de trafic calat pentru situatia actuala potentialele de trafic actual generat/atras de fiecare zona cu cele de prognoza si modeland reteaua rutiera de perspectiva prin introducerea tronsoanelor de drumuri noi se vor obtine valorile fluxurilor de trafic de perspectiva prin proceduri specifice de afectare a traficului pe retea.

La stabilirea traficului de calcul de perspectiva se vor avea in vedere atat compozitia traficului cat si variatia acestuia in timp explicitandu-se in 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 modernizarii sau pe alte drumuri deschise traficului greu trebuie sa ia in considerare prezenta in compozitia traficului a autovehiculelor cu sarcina pe osie cuprinsa intre 100 kN si 115 kN, ca urmare a cresterii limitei maxime a tonajelor pe osia simpla de la 10,0 t la 11,0 t, in cazul autovehiculelor cu suspensie pneumatica care vor circula pe aceste drumuri, in conformitate cu Ordonanta Guvernului nr. 43 / 1997 privind regimul drumurilor, aprobata prin Legea nr. 82/1998.

3.6. Coeficientii de echivalare in osii standard a diferitelor tipuri de autovehicule.

3.6.1. Coeficientii de echivalare in osii standard de 115 kN stabiliti pe baza rezultatelor ultimului recensamant general de circulatie sunt prezentati in tabelul 2 din anexa 2.

3.6.2. Valorile acestor coeficienti vor fi reactualizate de catre AND dupa fiecare recensamant general de circulatie sau ca urmare a studiilor de trafic efectuate.

3.7. Stabilirea traficului de calcul

3.7.1. Traficul de calcul se exprima in milioane de osii standard de 115 kN (m.o.s.) si se stabileste pe baza structurii traficului mediu zilnic anual in posturile de recenzare aferente sectorului de drum cu relatia:

5 pkR + pkF

Nc = 365 10-6 pp crt a nki fek(m.o.s.)

k=1 2

Formula 1/pag. 5

in care:

Nceste traficul de calcul;

365          numarul de zile calendaristice dintr-un an;

pp              perioada de perspectiva, in ani;

crt coeficientul de repartitie transversala , pe benzi de circulatie si anume:

- pentru drumuri cu doua si trei benzi de circulatie crt = 0,50;

pentru drumuri cu patru sau mai multe benzi de circulatie crt = 0,45.

nki             intensitatea medie zilnica anuala a vehiculelor din grupa k, conformrezultatelor recensamantului de circulatie;

pkR coeficientul de evolutie al vehiculelor din grupa k, corespunzator anului de dare in exploatare a drumului, anul R, stabilit prin interpolare;

pkF coeficientul de evolutie al vehiculelor din grupa k, corespunzator sfarsitului perioadei de perspectiva luata in consideratie (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 in care se dispune de date privind intensitatea traficului mediu zilnic anual in osii standard de 115 kN, actual si de perspectiva, traficul de calcul se stabileste cu relatia:

no.s.115R + no.s.115F


Nc = 365 10-6 pp crt (m.o.s)

2

Formula 2/pag. 5

in care:

365, pp si crt au semnificatiile de mai sus;

no.s.115R numarul de osii standard de 115 kN, corespunzator anului de dare in exploatare a drumului (anul R), stabilit prin interpolare;

no.s.115F             numarul de osii standard de 115 kN, corespunzator sfarsitului perioadei de perspectiva luata in considerare (anul F), stabilit prin interpolare.

3.7.3. In cazul drumurilor pe care recensamantul de circulatie s-a efectuat pe fiecare banda de circulatie, pentru stabilirea traficului de calcul se vor lua in considerare rezultatele recensamantului de pe banda cea mai solicitata. In acest caz, coeficientul de repartitie transversala este crt = 1.

3.7.4. Modificarea perioadei de perspectiva, in vederea corelarii acesteia cu data darii in exploatare a drumului, implica recalcularea traficului de calcul si in consecinta, redimensionarea sistemului rutier.

4. STABILIREA CAPACITATII PORTANTE LA NIVELUL PATULUI DRUMULUI

4.1. Suportul sistemului rutier este constituit din terasamente alcatuite din pamanturi de fundare, in conformitate cu prevederile STAS 2914 si eventual dintr-un strat de forma, in conformitate cu prevederile STAS 12253 si este caracterizat in vederea dimensionarii prin caracteristicile de deformabilitate: modulul de elasticitate dinamic si coeficientul lui Poisson.

4.2. Caracteristicile de deformabilitate ale pamantului de fundare se stabilesc in functie de tipul pamantului, de tipul climateric al zonei in care este situat drumul si de regimul hidrologic al complexului rutier.

4.2.1. Tipurile de pamant, in conformitate cu STAS 1243, sunt prezentate in tabelul 1.

Tipurile de pamant pe baza clasificarii pamanturilor

conform STAS 1243

Tabelul 1

Categoria pamantului

Tipul de pamant

Clasificarea pamanturilor conform

STAS 1243

Indicele de plasticitate

Ip

Granulozitatea

Argila

Praf

Nisip

Necoezive

P1

Pietris cu nisip

sub 10

cu sau fara  fractiuni sub 0,5 mm

P2

1020

cu fractiuni sub 0,5 mm

Coezive

P3

Nisip prafos,

nisip argilos

020

030

050

35100

P4

Praf,

praf nisipos,

praf argilos,

praf argilos nisipos

025

030

35100

050

P5

Argila ,

argila prafoasa , argila nisipoasa , argila prafoasa nisipoasa

peste 15

30100

070

070

4.2.2. Repartitia tipurilor climaterice pe teritoriul tarii este aratata in harta din figura 1.

4.2.3. Regimul hidrologic se diferentiaza astfel:

- regimul hidrologic 1, corespunzator conditiilor hidrologice FAVORABILE, conform STAS 1709/2;

regimul hidrologic 2, corespunzator conditiilor hidrologice MEDIOCRE si DEFAVORABILE, conform STAS 1709/2, notat:

2a: pentru sectoare de drum situate in rambleu, cu inaltimea minima de 1,00 m;

2b: pentru sectoare de drum situate:

in rambleu cu inaltimea sub 1,00 m,

la nivelul terenului,

in profil mixt,

debleu.


Figura 1 – Harta cu repartitia tipurilor climaterice pe teritoriul Romaniei – pag. 7

4.2.4. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic sunt prezentate in tabelul 2.

Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic

al pamantului de fundare

Tabelul 2

Tipul

climateric

Regimul

hidrologic

Tipul pamantului

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 stabileste in functie de tipul pamantului, conform tabelului 3.

Valorile de calcul ale coeficientului lui Poisson pentru pamanturi

Tabelul 3

Tipul de pamant

P1

P2

P3

P4

P5

Coeficientul lui Poisson

0,27

0,30

0,30

0,35

0,42

4.3. In cazul terasamentelor executate din deseuri de cariera sau din cenusa de termocentrala se recomanda urmatoarele valori ale caracteristicilor de deformabilitate:

- deseuri de cariera Ep = 100 MPa m = 0,27

- cenusa de termocentrala Ep =50 MPa m = 0,42

Pe sectoarele de drum in exploatare pe care rambleurile au fost realizate din aceste materiale se recomanda stabilirea valorilor de calcul ale modulului de elasticitate dinamic pe baza rezultatelor masurarilor de deformabilitate cu deflectometre cu sarcina dinamica.

4.4. Imbunatatirea capacitatii portante la nivelul patului drumului se poate face prin prevederea unui strat de forma, in conformitate cu prevederile STAS 12253.

4.4.1. Straturile de forma pot fi alcatuite din:

materiale necoezive:

- pamanturi necoezive;

- materiale granulare din pietruiri existente;

- deseuri de cariera;

zgura bruta de furnal inalt;

materiale coezive:

- pamanturi coezive tratate cu var;

- pamanturi stabilizate cu zgura granulata si var;

- pamanturi stabilizate cu ciment;

- agregate naturale stabilizate cu lianti puzzolanici.

4.4.2. Modul de alcatuire a stratului de forma se stabileste pe baza de calcule tehnico-economice, in functie de materialele care alcatuiesc terasamentele, de materialele disponibile in zona drumului si de functiile stratului de forma, atat in perioada de executie a drumului, cat si in cea de exploatare a acestuia.

4.4.3. Caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din stratul de forma sunt in functie de tipul acestora, si anume:

pentru materialele necoezive:

- valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic (Es.f.) este in functie de cea a materialelor din stratul suport (Ep) si se calculeaza cu urmatoarea relatie:

Es.f.= 0,20 x hs.f.0,45 x Ep (MPa)

Formula 3/pag. 9


in care hs.f. este grosimea stratului de forma, in mm;

coeficientul lui Poisson are valoarea 0,27.

pentru materialele coezive, in conformitate cu tabelul 4.

Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate

pentru materialele coezive din stratul de forma

Tabelul 4

Denumirea materialului

Modulul de elasticitate

dinamic,

E s.f., MPa

Coeficientul lui Poisson

m

Pamanturi coezive tratate cu var:

-tip P3 si P4

-tip P5

150

250

0,35

0,35

Pamanturi coezive stabilizate cu zgura granulata

si var

200

0,30

Pamanturi stabilizate cu ciment

300

0,27

Agregate naturale stabilizate cu lianti puzzolanici:

-zgura granulata

-cenusa de termocentrala

-tuf vulcanic

400

500

400

0,27

0,27

0,27

4.4.4. Pentru folosirea rationala a agregatelor naturale in straturile de fundatie se recomanda sa se asigure la nivelul patului drumului o capacitate portanta minima, caracterizata prin valoarea modulului de elasticitate dinamic echivalent al sistemului bistrat (strat de forma - pamant de fundare) de min. 80 MPa. Grosimea stratului de forma necesara realizarii acestei capacitati portante se stabileste cu ajutorul diagramei din figura 2 pentru straturile de forma din materiale necoezive si cu cea din figurile 3, 4, 5 si 6 pentru straturile de forma din materiale coezive, in functie de modulul de elasticitate dinamic al materialului respectiv.

Figura 2 – Strat de forma din materiale necoezive – pag. 10

Figura 3a – Strat de forma din pamanturi coezive tip P3 si P4 tratate cu var – pag. 11

Figura 3b – Strat de forma din pamanturi coezive tip P5 tratate cu var – pag. 12

Figura 4 – Strat de forma din pamanturi coezive stabilizate cu zgura granulata si var – pag. 13

Figura 5 – Strat de forma din pamanturi stabilizate cu ciment - pag. 14

Figura 6a – Strat de forma din agregate naturale stabilizate cu lianti puzzolanici – zgura granulata si tuf vulcanic – pag. 15

Figura 6b – Strat de forma din agregate naturale stabilizate cu liant puzzolanic – cenusa de centrala termoelectrica – pag. 16

5. ALEGEREA ALCATUIRII SISTEMULUI RUTIER

5.1. Sistemele rutiere a caror dimensionare face obiectul acestui normativ se clasifica in functie de alcatuire in doua tipuri:

- sisteme rutiere suple;

- sisteme rutiere semirigide.

5.2. Sistemele rutiere suple, numite si nerigide, comporta o imbracaminte bituminoasa pe straturi de baza si de fundatie alcatuite in general din agregate naturale. Variantele de alcatuire, in conformitate cu prevederile STAS 6400 sunt date in tabelul 5.

5.3. Sistemele rutiere semirigide, numite si mixte, comporta o imbracaminte bituminoasa si au in alcatuire cel putin un strat din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici. Variantele de alcatuire a sistemelor rutiere semirigide, in conformitate cu prevederile STAS 6400, sunt date in tabelul 6.

5.4. Variantele de alcatuire ale sistemelor rutiere suple si semirigide din tabelele 5 si 6 sunt in functie de clasa tehnica a drumului, definita in conformitate cu prevederile Ordinului M.T. nr. 46/27 ianuarie 1998 pentru aprobarea Normelor tehnice privind stabilirea clasei tehnice a drumurilor publice.

5.5. Incadrarea drumurilor in clase tehnice se face in conformitate cu prevederile normelor precizate la pct. 5.4.

5.6. Tipul de sistem rutier se stabileste in functie de materialele preponderente in regiune si anume:

- agregatele naturale de cariera, care au o pondere importanta in sistemele rutiere suple;

- agregatele naturale de balastiera, care au o pondere importanta in sistemele rutiere semirigide.

5.7 Alcatuirea sistemului rutier si anume, variatia pe grosimea acestuia a tipurilor de straturi rutiere si a grosimilor acestora se stabileste luand in considerare urmatoarele:

- grosimile minime constructive ale diferitelor straturi rutiere, conform prevederilor tabelelor 5 si 6;

- grosimile maxime ale diferitelor straturi rutiere, tinand cont de anumite constrangeri specifice tehnologiilor de executie;

- reducerea numarului de straturi, respectiv de interfete, in scopul micsorarii riscului aparitiei unor defectiuni privind aderenta intre straturi;

- stabilirea alcatuirii stratului de forma astfel incat, grosimea acestuia sa poata fi luata in considerare in dimensionarea structurii rutiere la actiunea fenomenului de inghet - dezghet, in conformitate cu prevederile STAS 1709/2;

- asigurarea unei protectii suficiente fata de manifestarea procesului de fisurare reflectiva.

5.8. In cazul modernizarii unor drumuri existente, atunci cand traseul drumului modernizat coincide cu cel al drumului existent, luarea in considerare a materialelor granulare din pietruirea existenta in alcatuirea complexului rutier se face in functie de latimea si grosimea pietruirii, conform prevederilor STAS 6400.

Variante de alcatuire a sistemului rutier suplu
Tabelul 5 – pag. 18

Straturi de fundatie                 Strat de baza Imbracaminte bituminoasa

Mod de alcatuire       Grosimi minime Mod de alcatuire Grosimi minime Clasa tehnica a drumului Grosimi minime

constructive, cmconstructive, cm IIIIIIIVVconstructive, cm

Balast 15 Macadam 8 - - - da da

Mistura asfaltica 5 - - -da da

Un strat inferior din 10 cm pentru - - - - - -da

balast sau din pamant stratul inferiorMacadam 8 - - -da da

stabilizat mecanic si un 10 cm pentru Macadam semipenetrat sau8 - dada da -

strat superior din balast stratul superior penetrat cu bitum

amestec optimal

Un strat inferior din 10 cm pentru -- - - -da da

balast si un strat superior stratul inferior Macadam 8 - --da da4 cm la covor

din piatra sparta mare, 12 cm pentruMacadam semipenetrat sau8 - da dada- 8 cm in doua

sort 63-90 sau piatra stratul superiorpenetrat cu bitum straturi

sparta amestec optimal Mixtura asfaltica 5 dadada da-

10 cm pentru--- - da - -

stratul inferior Macadam 8- dada - -

21 cm pentru

Un strat inferior din balast, stratul mijlociu

un strat mijlociu din blocajinclusiv 5 cm

de piatra bruta si un strat de nisip)Mixtura asfaltica 5- da da --

egalizare din piatra sparta 6 cm pentru

stratul de egalizare

Variante de alcatuire a sistemului rutier semirigid

Tabelul 6 – pag. 19

Straturi de fundatie     Strat de baza Imbracaminte bituminoasa

Mod de alcatuire Grosimi minime Mod de alcatuire Grosimi minime Clasa tehnica a drumului Grosimi minime constructive, cmconstructive, cm III IIIIV V constructive, cm

Balast15 Agregate naturale stabilizate cu 12-- da da da 8 pentru clasele IVsiV

lianti hidraulici sau puzzolanici 10 pentru clasa III

8 pentru clasele III,IVsi

Mixtura asfaltica 5da da da da da V

Un strat inferior din 10 pentru stratul Piatra sparta impanata cu split 9- - da da da 8

balast si un strat superiorinferior bitumat

din agregate naturale 12 pentru stratul

stabilizate cu lianti superior Agregate naturale stabilizate cu 12 da da da da -8 pentru clasa IV

hidraulici sau puzzolanici lianti hidraulici sau puzzolanici10 pentru clasa III

13 pentru clasele IsiII

Nota: cu riscul manifestarii fisurarii reflective

5.8.1. Pietruirea poate constitui un substrat de fundatie sau un strat de fundatie, numai daca indeplineste conditiile tehnice prevazute in STAS 6400.

5.8.2. In cazul in care pietruirea nu este pe toata latimea patului drumului, iar grosimea ei este mai mica de 10 cm, nu se ia in considerare in dimensionarea sistemului rutier. Ea se scarifica si se reprofileaza pe toata latimea patului drumului.

5.8.3. In cazul in care pietruirea are o latime egala cu cea a patului drumului, iar grosimea ei este de minimum 10 cm, ea poate alcatui stratul de forma sau stratul inferior de fundatie, care va fi luat in considerare in dimensionarea sistemului rutier.

5.8.4. In cazul in care pietruirea nu este pe toata latimea patului drumului, dar grosimea ei este mai mare de 10 cm, se scarifica si se reprofileaza, iar grosimea ei dupa compactare va fi luata in considerare in dimensionarea sistemului rutier.

5.9. Se recomanda 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 fiecarui strat rutier si prin caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din straturile rutiere si ale pamantului de fundare (modulul de elasticitate dinamic, E, in MPa si coeficientul lui Poisson, m

6.2. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale materialelor din suportul sistemului rutier se stabilesc in modul urmator:

6.2.1. In cazul in care nu este prevazut strat de forma, caracteristicile de deformabilitate sunt cele corespunzatoare materialelor din terasamente, in conformitate cu prevederile cap. 4.

6.2.2. In cazul in care este prevazut un strat de forma, se stabileste modulul de elasticitate dinamic echivalent al sistemului bistrat (strat de forma - materiale din terasamente), in functie de tipul stratului de forma, de grosimea acestuia si de valoarea modulului de elasticitate dinamic al pamantului de fundare, cu ajutorul figurilor 26.

6.2.3. Valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este cea corespunzatoare materialelor din stratul superior al terasamentelor rutiere sau din stratul de forma.

6.3. Caracteristicile de deformabilitate ale balastului sau ale materialelor din pietruirea existenta se stabilesc in modul urmator:

- valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic este in functie de cea a materialelor din stratul suport (Ep) si se calculeaza cu relatia (3);

- coeficientul lui Poisson are valoarea 0,27;

6.4. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic si ale coeficientului lui Poisson pentru materialele necoezive din straturile de baza si de fundatie se stabilesc conform tabelului 7.


Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate

pentru materialele necoezive din straturile de baza si de fundatie

Tabelul 7

Denumirea materialului

Modul de elasticitate dinamic (E)

MPa

Coeficientul lui Poisson (m

Macadam semipenetrat sau penetrat

1000

0,27

Macadam

600

0,27

Piatra sparta mare sort 63-90

400

0,27

Piatra sparta, amestec optimal

500*

0,27

Blocaj de piatra bruta

300

0,27

Balast, amestec optimal

300*

0,27

Bolovani

200

0,27

* Nota: In cazurile in care aceste materiale alcatuiesc un strat inferior de fundatie, modulul de elasticitate dinamic se stabileste conform punctului 6.3

6.5.Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic si ale coeficientului lui Poisson pentru agregatele naturale stabilizate cu lianti hidraulici si puzzolanici din straturile de fundatie si de baza se stabilesc conform tabelului 8.

Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate

pentru agregatele naturale stabilizate cu lianti hidraulici si puzzolanici


Tabelul 8

Denumirea materialului

E

MPa

m

Agregate naturale stabilizate cu ciment:

- pentru strat de baza

- pentru strat de fundatie

1200

1000

0,25

0,25

Agregate naturale stabilizate cu lianti puzzolanici:

zgura granulata:

- pentru strat de baza

- pentru strat de fundatie

cenusa de termocentrala

- pentru strat de baza

- pentru strat de fundatie

tuf vulcanic:

- pentru strat de baza

- pentru strat de fundatie

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 baza si din straturile imbracamintei bituminoase sunt in functie de tipul climateric al zonei in care se incadreaza drumul, conform tabelului 9.

6.7. In cazul in care compozitia mixturii asfaltice dintr-un strat va fi diferita de cea din prescriptiile tehnice legale in vigoare, conform tabelului 9, valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic vor fi stabilite cu Echipamentul complex pentru testarea in regim dinamic a mixturilor asfaltice, conform Instructiunilor 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 si II

Tip climateric III

Coeficientul lui Poisson (m

Modul de elasticitate dinamic (E), MPa

Mixturi asfaltice preparate cu bitum tip D80/100, SR 174/1

uzura

3600

4200

0,35

legatura

3000

3600

baza

5000

5600

Mixturi asfaltice cu bitum modificat, normativ AND 549

uzura

4000

4500

legatura

3500

4000

Mixturi asfaltice stabilizate cu fibre, instructiuni tehnice AND 539:

- tip MASF 16,

- tip MASF 8.

uzura

3300

4000

3000

3600

6.8. In cazurile in care sistemul rutier are mai mult de patru straturi rutiere, doua sau trei straturi rutiere, alcatuite din acelati tip de materiale (mixtura asfaltica, piatra sparta sau balast) acestea vor fi caracterizate prin:

- grosimea totala a pachetului de straturi, in cm;

- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat (Em) al pachetului respectiv de straturi rutiere, care se calculeaza cu relatia:

Em = a Ei1/3 hi ahi 3 (MPa)

Formula 4 – pag. 22

in care:

Ei este modulul de elasticitate dinamic al materialului din stratul i, in MPa;

hi - grosimea stratului i, in cm.

In mod obisnuit, straturile bituminoase sunt caracterizate prin modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat.

6.9. Analiza sistemului rutier la solicitarea osiei standard comporta calculul deformatiilor specifice si tensiunilor in punctele critice ale complexului rutier, caracterizate printr-o stare de solicitare maxima.

6.9.1. In cazul sistemelor rutiere suple se calculeaza urmatoarele:

- deformatia specifica orizontala de intindere (er) la baza straturilor bituminoase, in microdeformatii;

- deformatia specifica verticala de compresiune (ez) la nivelul patului drumului, in microdeformatii.

6.9.2. In cazul sistemelor rutiere semirigide se calculeaza urmatoarele:

- deformatia specifica orizontala de intindere (er) la baza straturilor bituminoase,              in microdeformatii;

- tensiunea orizontala de intindere (sr) la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici;

- deformatia specifica verticala de compresiune (ez) la nivelul patului drumului, in microdeformatii.

6.9.3. Calculele se efectueaza cu programul CALDEROM 2000, al carui suport fizic se gaseste in discheta, parte integranta din normativ. Modul de utilizare a programului de calcul CALDEROM 2000 este dat in anexa 3.

6.9.4. Calculele se efectueaza in urmatoarele puncte:

n

-pentru er: la baza straturilor bituminoase z1 = a hi.m.a. (cm)

i=1

in care:

z1                     - adancimea de la suprafata imbracamintei unde se determina deformatia, in cm;

hi.m.a. - grosimea fiecarui strat bituminos, in cm;

-pentru sr:la baza straturilor din agregate naturale n

stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici z2 = z1 + a hi.b.s.(cm)

i=1

in care:

hi.b.s.                        - grosimea fiecarui strat din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici, in cm;


- pentru ez la nivelul patului drumului z3 = H (cm)


in care:

H - grosimea totala a sistemului rutier, in cm.



7. STABILIREA COMPORTARII SUB TRAFIC A SISTEMULUI RUTIER

7.1. Stabilirea comportarii sub trafic a sistemului rutier are drept scop compararea valorilor deformatiilor specifice si tensiunilor calculate conform capitolului 6, cu cele admisibile, stabilite pe baza proprietatilor de comportare ale materialelor.

7.2. Se considera ca un sistem rutier poate prelua solicitarile traficului, corespunzatoare perioadei de perspectiva luata in considerare, daca sunt respectate concomitent, toate criteriile de dimensionare prevazute la punctul 2.1.

7.3. Criteriul deformatiei specifice de intindere admisibile la baza straturilor bituminoase este respectat daca rata de degradare prin oboseala (RDO) are o valoare mai mica sau egala cu RDO admisibil.

7.3.1. Rata de degradare prin oboseala se calculeaza cu relatia:

Nc

RDO=

Nadm.

Formula 5 – pag. 23

in care:

Nc - traficul de calcul in milioane osii standard de 115 kN, (m.o.s.)

Nadm.    - numarul de solicitari admisibil, in m.o.s., care poate fi preluat de straturile bituminoase, corespunzator starii de deformatie la baza acestora.


7.3.2. Numarul de solicitari admisibil, care poate fie preluat de straturile bituminoase, se stabileste cu ajutorul legilor de oboseala a mixturii asfaltice, in functie de categoria drumului sau a strazii, stabilita in conformitate cu prevederile Normelor privind incadrarea in categorii a drumurilor de interes national aprobate prin Ordinul M.T. nr. 43/1998 si de traficul de calcul si anume, cu relatiile:


a.         pentru autostrazi, drumuri expres, drumuri europene si drumuri si strazi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s (1x106 o.s.115):

Nadm. = 4,27 108 er-3,97 (m.o.s.)


ormula 6a – pag. 24

b.         pentru drumuri si strazi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. (1x106 o.s.115):


Nadm. = 24,5 108 er-3,97 (m.o.s.)

Formula 6b – pag. 24

7.3.3. Numarul de solicitari admisibil al osiei standard de 115 kN poate sa fie stabilit si cu ajutorul diagramei din fig. 7, unde dreptele (6a) si (6b) sunt expresia relatiilor de mai sus.


Figura 7 - Diagrama de stabilire a numarului de solicitari admisibil in functie dedeformatia specifica orizontala de intindere la baza straturilor bituminoase – pag. 24


7.3.4. Grosimea necesara a straturilor bituminoase este cea pentru care se respecta conditia:

RDO RDO admisibil

Formula 7 – pag. 25

in care RDO admisibil are urmatoarele valori:

- max. 0,80 pentru autostrazi si drumuri expres;

- max. 0,85 pentru drumuri europene;

- max. 0,90 pentru drumuri nationale principale si strazi;

- max. 0,95 pentru drumuri nationale secundare;

- max. 1,00 pentru drumuri judetene si comunale.

Incadrarea in categorii a drumurilor se face in conformitate cu Normele privind incadrarea in categorii a drumurilor de interes national, aprobate prin Ordinul M.T. nr.43/1998.

7.3.5. In cazul in care conditia de la pct.7.3.4 nu este satisfacuta, se repeta calculul ratei de degradare prin oboseala pentru o grosime mai mare a straturilor bituminoase. In general se variaza grosimea stratului de baza din mixtura asfaltica (recomandabil din 2 in 2 cm), pana ce este respectata conditia de la pc. 7.3.4. Grosimea necesara a straturilor bituminoase se obtine prin interpolare, intre ultimele doua valori consecutive.

7.4. Criteriul tensiunii de intindere admisibila la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici este respectat, daca este indeplinita conditia:

sr sr adm.

Formula 8 – pag. 25

in care:

sr - tensiunea orizontala de intindere la baza stratului/straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici, in MPa, calculata conform pct. 6.9;

sr adm. - tensiunea de intindere admisibila, in MPa, calculata conform pct. 7.4.1.

7.4.1. Tensiunea de intindere admisibila se calculeaza cu relatia:

sr adm. = Rt (0,60 - 0,056 log Nc)

Formula 9 – pag. 25

in care:

Rt - rezistenta la intindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici, in MPa, conform pct.7.4.2.;

Nc - traficul de calcul, in milioane osii standard de 115 kN.

7.4.2. Rezistenta la intindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianti hidraulici si puzzolanici este in functie de tipul stratului si de cel al liantului, conform tabelului 10. Ea este corespunzatoare varstei de 360 zile a materialului stabilizat.

Rezistenta la intindere a agregatelor naturale stabilizate cu lianti hidraulici si puzzolanici

Tabelul 10

Tipul liantului si al stratului

Rt , MPa

Ciment:

- strat de baza

- strat de fundatie

0,40

0,35

Zgura granulata:

- strat de baza

- strat de fundatie

0,35

0,20

Cenusa de termocentrala:

- strat de baza

- strat de fundatie

0,50

0,30

Tuf vulcanic:

- strat de baza

- strat de fundatie

0,55

0,35

7.4.3. In cazul in care sistemul rutier nu satisface acest criteriu, se reface calculul pentru o alta alcatuire a sistemului rutier. Se recomanda ingrosarea stratului din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici si puzzolanici.

7.5. Criteriul deformatiei specifice verticale admisibile la nivelul pamantului de fundare este respectat, daca este indeplinita conditia:

ez ezadm

Formula 10 – pag. 26

in care:

ez estedeformatia specifica verticala de compresiune la nivelul pamantului de fundare, in microdeformatii, calculata conform pct.6.9;

ez adm. - deformatia specifica verticala admisibila la nivelul pamantului de fundare, in microdeformatii, calculata conform pct.7.5.1.

7.5.1. Deformatia specifica verticala admisibila se calculeaza cu urmatoarele relatii:

a. pentru autostrazi, drumuri expres, drumuri europene si drumuri si strazi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s.(1x106 o.s.115):


ez adm. = 329 Nc-0,27 (microdef.)

Formula 11a – pag. 26


b. pentru drumuri si strazi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s.(1x106 o.s.115):


ez adm. = 600 Nc-0,28 (microdef.)

Formula 11b – pag. 26

7.5.2. Deformatia specifica verticala admisibila se poate stabili si cu ajutorul diagramei din figura 8 unde dreptele 11a si 11b sunt expresia relatiilor de mai sus.

Figura 8 - Diagrama de stabilire a deformatiei specifice verticale admisibile la nivelul

pamantului de fundare in functie de traficul de calcul – pag. 27

7.5.3. In cazul in care conditia de la pct. 7.5. nu este indeplinita, se modifica alcatuirea sistemului rutier. Se recomanda ingrosarea stratului de fundatie din balast pana la grosimea de 30 cm, iar daca nici in aceste conditii sistemul rutier nu respecta acesta conditie, se majoreaza si grosimea straturilor bituminoase.

8. EXEMPLE DE CALCUL

8.1. Exemplul 1. Dimensionarea unui sistem rutier suplu pentru o varianta noua a unui drum european.

8.1.1. Datele problemei

Se cere sa se stabileasca alcatuirea sistemului rutier pe o varianta noua a unui drum european.

Drumul este situat intr-o regiune de tip climateric II, in care sursele de agregate naturale de cariera sunt la distante relativ reduse fata de traseul drumului.

Terasamentele rutiere sunt in rambleu, cu o inaltime de maximum 1,00 m. Pamantul de fundare este alcatuit din prafuri si prafuri argiloase, in conformitate cu STAS 1243.

Caracteristicile traficului rutier sunt cele corespunzatoare postului de recenzare situat pe drumul european, inainte de intrare in varianta. Astfel, recensamantul general de circulatie din anul 1995 a evidentiat urmatoarea compozitie zilnica a traficului:

350 autocamioane si derivate cu 2 osii

80 autocamioane si derivate cu 3 osii

312 autocamioane si derivate cu peste 3 osii

66 autobuze

94 remorci

Perioada de perspectiva a drumului a fost stabilita de beneficiarul lucrarii de 15 ani (2000 - 2015).

8.1.2. Stabilirea traficului de calcul

Se stabileste 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 si derivate cu 2 osii

350

1,2

2,6

1,9

0,30

200

Autocamioane si derivate cu 3 osii

80

1,0

1,4

1,2

0,44

42

Autocamioane si 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

Rezulta urmatorul trafic de calcul, conform relatiei (1):

Nc = 365 x 10-6 15 0,5 1276 = 3,49 m.o.s.

8.1.3. Stabilirea capacitatii portante la nivelul patului drumului.

Pamantul de fundare, alcatuit din prafuri si prafuri argiloase se incadreaza in tipul P4, conform tabelului 1.

Sectorul de drum fiind situat in rambleu, cu o inaltime de maximum 1,00 m, regimul hidrologic este 2a, conform pct. 4.2.3.

Corespunzator tipului climateric II si regimului hidrologic 2a, valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al pamantului 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 alcatuirii sistemului rutier

Dat fiind existenta in regiune a surselor de agregate naturale de cariera se alege un sistem rutier suplu, cu strat de baza din mixtura asfaltica si strat superior de fundatie din piatra sparta, amestec optimal. Grosimile straturilor rutiere si valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic si ale coeficientului lui Poisson sunt date in tabelul 12.

Tabelul 12

Denumirea

materialului din strat

Varianta 1

Varianta 2

E, MPa

m

h, cm

Beton asfaltic pentru strat de uzura

4

4

3600*

0,35*

Beton asfaltic pentru strat de legatura

4

4

3000*

0,35*

Mixtura asfaltica pentru strat de baza

12

14

5000*

0,35*

Piatra sparta amestec optimal

22

22

500**

0,27**

Balast

30

30

208***

0,27***

Pamant de fundare

80

0,35

Nota:*conform pct. 6.6

** conform pct. 6.4

*** conform pct. 6.3

Sistemul rutier si pamantul de fundare reprezentand 6 straturi, se reduc la 5 straturi, prin luarea in considerare a imbracamintii 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 calculeaza urmatoarele componente ale deformatiei:

er, in microdeformatii, la baza straturilor bituminoase;

ez, in microdeformatii, la nivelul patului drumului.


Rezultatele sunt date in tabelul 13.


Tabelul 13

VARIANTA

1

2

er, microdef..

113

103

ez, microdef.

230

210

N adm., m.o.s.

3,02

4,36

RDO

1,16

0,80


8.1.6. Stabilirea comportarii sub trafic a sistemului rutier

Se calculeaza cu relatia (6a) numarul de solicitari admisibil care poate fi preluat de straturile bituminoase in cele doua variante privind grosimea stratului de baza din mixtura asfaltica si valorile RDO. Astfel, conform tabelului 13, varianta de alcatuire cu 14 cm strat de baza conduce la RDO = 0,80, deci este indeplinita conditia de la pct. 7.3.4. In cazul in care se adopta o grosime a stratului de baza de 13 cm, se obtine prin interpolare Nadm. = 3,61 m.o.s., si RDO = 0,97, deci aceasta grosime nu verifica conditia RDO = max.0,85.

Se calculeaza cu relatia (11a) deformatia specifica verticala admisibila la nivelul patului drumului. Se compara valoarea obtinuta de 235 microdef. cu valoarea calculata de 210 microdef. si se constata ca este indeplinita conditia ez < ez adm.

Se analizeaza si varianta de alcatuire a sistemului rutier, micsorand la 25 cm grosimea stratului de fundatie din balast, parametrii de calcul fiind dati in tabelul 14.

Tabelul 14

Denumirea

materialului din strat

Varianta 3

E, MPa

m

h, cm

Beton asfaltic pentru strat de uzura

4

3600*

0,35*

Beton asfaltic pentru strat de legatura

4

3000*

0,35*

Mixtura asfaltica pentru strat de baza

14

5000*

0,35*

Piatra sparta amestec optimal

22

500**

0,27**

Balast

25

208***

0,27***

Pamant de fundare

80

0,35

Nota:*conform pct. 6.6

** conform pct. 6.4

*** conform pct. 6.3

Valorile calculate ale deformatiilor specifice sunt date in tabelul 15.

Tabelul 15

VARIANTA

3

er, microdef..

104

ez, microdef.

232

N adm.,m.o.s.

4,20

RDO

0,83

Din examinarea acestui tabel rezulta ca grosimea stratului de fundatie din balast poate fi redusa la 25 cm, fiind respectate ambele criterii de dimensionare.

Rezulta urmatoarea alcatuire a sistemului rutier:

8 cm imbracaminte bituminoasa;

14 cm strat de baza din mixtura asfaltica;

22 cm strat superior de fundatie din piatra sparta, amestec optimal;

25 cm strat inferior de fundatie din balast.

8.2. Exemplul 2. Dimensionarea unui sistem rutier semirigid pe banda de largire a partii carosabile.

8.2.1. Datele problemei

Se cere sa se stabileasca alcatuirea sistemului rutier pe benzile de largire a partii carosabile a unui drum national principal, in cadrul actiunii de reabilitare a acestuia.

Drumul este situat intr-o regiune de tip climateric II, in care sursele de agregate naturale de balastiera sunt la distante relativ reduse de traseul drumului.


Terasamentele rutiere sunt la nivelul terenului si in debleu. Pamantul de fundare este alcatuit din argile prafoase, in conformitate cu STAS 1243.

Caracteristicile traficului rutier sunt cele corespunzatoare postului de recenzare situat pe sectorul respectiv de drum. Astfel, recensamantul general de circulatie din anul 1995 a evidentiat urmatoarea compozitie zilnica a traficului:

689 autocamioane si derivate cu 2 osii

207 autocamioane si derivate cu 3 osii

139 autocamioane si derivate cu peste 3 osii

80 autobuze

111 remorci

Perioada de perspectiva a drumului a fost stabilita de beneficiarul lucrarii de 15 ani (2002 - 2017).

8.2.2. Stabilirea traficului de calcul

Se stabileste 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 si derivate cu 2 osii

689

1,32

2,84

2,08

0,30

430

Autocamioane si derivate cu 3 osii

207

1,04

1,48

1,26

0,44

115

Autocamioane si 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

Nota: * obtinuti prin extrapolare din anexa 2, tabelul 1.

Rezulta urmatorul trafic de calcul, conform relatiei (1):

Nc = 365 10-6 15 0,5 974 = 2,67 m.o.s.

8.2.3. Stabilirea capacitatii portante la nivelul patului drumului.

Pamantul de fundare, alcatuit din argile prafoase, se incadreaza, conform tabelului 1, in tipul P5.

Sectorul de drum avand terasamentele la nivelul terenului si in debleu, este caracterizat printr-un regim hidrologic 2b, conform pct. 4.2.3.

Corespunzator tipului climateric II si regimului hidrologic 2b, valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al pamantului de fundare este 70 MPa, conform tabelului 2, iar valoarea de calcul a coeficientului lui Poisson este 0,42, conform tabelului 3.

Necesitatea executiei in casete a sistemului rutier impune adoptarea unei grosimi cat mai reduse a acestuia. Pe acest considerent, se adopta solutia de tratare cu var a pamantului, pe o grosime de 20 cm, care constituie stratul de forma, caracterizat in conformitate cu tabelul 4 prin valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic, E s.f. = 250 MPa si a coeficientului lui Poisson, m = 0,35.

Se stabileste modulul de elasticitate dinamic echivalent al sistemului strat de forma - pamant din terasamente, care in conformitate cu figura 3 este 122 MPa. Se adopta valoarea coeficientului lui Poisson corespunzatoare pamantului tratat cu var si anume, 0,35.

8.2.4. Alegerea alcatuirii sistemului rutier

Dat fiind existenta in regiune a surselor de agregate naturale de balastiera, se alege un sistem rutier semirigid, cu strat de baza din mixtura asfaltica si strat superior de fundatie din agregate naturale stabilizate cu ciment. Grosimile straturilor rutiere si valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic si ale coeficientului lui Poisson sunt date in tabelul 17 .

Tabelul 17

Denumirea

materialului din strat

Varianta 1

Varianta 2

E, MPa

m

h, cm

Beton asfaltic pentru strat de uzura

4

4

3600*

0,35*

Beton asfaltic pentru strat de legatura

4

4

3000*

0,35*

Mixtura asfaltica pentru strat de baza

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

Nota: * conform pct. 6.6

** conform pct. 6.4

*** conform pct. 6.3

Sistemul rutier si pamantul de fundare reprezentand 6 straturi, se reduc la 5 straturi, prin luarea in considerare a imbracamintii 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 calculeaza urmatoarele componente ale deformatiei specifice si ale tensiunii:

er, in microdeformatii, la baza straturilor bituminoase;

sr, in MPa, la baza stratului din agregate naturale stabilizate cu ciment;

ez, in microdeformatii, la nivelul patului drumului.

Rezultatele sunt date in tabelul 18.

Tabelul 18

VARIANTA

1

2

er, microdef..

91,9

91,6

sr, MPa

0,146

0,139

ez, microdef.

257

246

N adm.m.o.s.

6,86

6,95

RDO

0,39

0,38


8.2.6. Stabilirea comportarii sub trafic a sistemului rutier

Se calculeaza cu relatia (6a) numarul de solicitari admisibil care poate fi preluat de straturile bituminoase in cele doua variante privind grosimea stratului de baza din mixtura asfaltica si valorile RDO. Astfel, conform tabelului 18, ambele variante de alcatuire conduc la valori ale ratei de degradare prin oboseala mai mici de 0,90, deci este indeplinita conditia de la pct. 7.3.4.

Se calculeaza cu relatia (9), tensiunea de intindere admisibila a agregatelor naturale stabilizate cu ciment si anume:

sr 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 intindere la baza stratului stabilizat, se constata ca ambele variante de alcatuire ale sistemului rutier semirigid respecta criteriul de dimensionare prevazut la acest nivel.

Se calculeaza cu relatia (11a) deformatia specifica verticala admisibila la nivelul patului drumului si anume:

ez adm. = 329 2,67-0,27 = 252 microdef.

Formula 13 – pag. 33

Se compara aceasta valoare cu cele calculate, din tabelul 18. Astfel, se constata ca numai pentru a doua varianta a sistemului rutier, cu 6 cm strat de baza din mixtura asfaltica, este indeplinita conditia ez ez adm.

Grosimea totala a straturilor bituminoase de 14 cm va incetini procesul de transmitere la suprafata a fisurilor de contractie din stratul stabilizat cu ciment.

Rezulta urmatoarea alcatuire a sistemului rutier:

8 cm imbracaminte bituminoasa;

6 cm strat de baza din mixtura asfaltica;

20 cm strat superior de fundatie din agregate naturale stabilizate cu ciment;

25 cm strat inferior de fundatie din balast.

ANEXA 1

REGLEMENTARI TEHNICE CONEXE

Ordinul M.T. nr.43/1998                    Norme privind incadrarea in categorii a drumurilor de interes national.


Ordinul M.T. nr.45/1998                    Norme tehnice privind proiectarea, construirea si modernizarea drumurilor.


Ordinul M.T. nr.46/1998                    Norme tehnice privind stabilirea clasei tehnice a drumurilor publice.

SR 174-1: 97 Lucrari de drumuri. IMBRACAMINTI BITUMINOASE CILINDRATE EXECUTATE LA CALD. Conditii tehnice de calitate.


STAS 1243-88 Teren de fundare. CLASIFICAREA SI

IDENTIFICAREA PAMANTURILOR.

STAS 1709/1-90                                  Actiunea fenomenului de inghet - dezghet la lucrari de drumuri. ADANCIMEA DE INGHET IN COMPLEXUL RUTIER. Prescriptii de calcul.

STAS 1709/2-90                                  Actiunea fenomenului de inghet - dezghet la lucrari de drumuri. PREVENIREA SI REMEDIEREA DEGRADARILOR DIN INGHET-DEZGHET. Prescriptii tehnice.

STAS 2914 – 84 Lucrari de drumuri. TERASAMENTE. Conditii tehnice generale de calitate


STAS 4032 /1 – 90                              Lucrari de drumuri. TERMINOLOGIE


STAS 6400 – 84 Lucrari de drumuri. STRATURI DE BAZA SI DE FUNDATIE. Conditii tehnice generale de calitate


STAS 7970-2000                                  Lucrari de drumuri. STRATURI DE BAZA DIN MIXTURI BITUMINOASE CILINDRATE EXECUTATE LA CALD. Conditii tehnice generale de calitate.


STAS 12253 – 84                                 Lucrari de drumuri. Straturi de forma. Conditii tehnice generale de calitate


AND 539 – 98    Instructiuni tehnice pentru realizarea mixturilor asfaltice stabilizate cu fibre de celuloza, destinatia executarii imbracamintilor bituminoase rutiere


AND 542 – 98 Instructiuni tehnice privind determinarea modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice


AND 549 – 99    Normativ privind imbracamintile bituminoase cilindrate la cald realizate cu bitum modificat cu polimeri

ANEXA 2

1. Coeficientii de evolutie a traficului rutier, pe grupe de autovehicule, pentru perioada 1995 - 2015 sunt dati in tabelul 1.


Coeficientii minimali de evolutie 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. Coeficientii de echivalare in osii standard de 115 kN sunt dati in tabelul 2


Coeficientii de echivalare in osii standard de 115 kN

Tabelul 2

Grupa de vehicule

Vehicul reprezentativ

Coeficienti de

echivalare in osii standard de 115 kN

Tip

Sarcini pe osie

Autocamioane si derivate cu 2 osii

R8135

45kN + 80kN

0,30

Autocamioane si derivate cu 3 osii

R19215

62kN + 2 80kN

0,44

Autocamioane si derivate cu peste

3 osii

10ATM2

62kN + 100kN + 2 80kN

1,02

19ATM2*

62kN + 2 80kN + 100kN + 100kN

1,61

Autobuze

R111RD

50kN+100kN

0,64

Remorci

2R5A

48kN+48kN

0,06

*Vehicul reprezentativ pentru echivalarea traficului pe drumurile internationale (E)

NOTA: Valorile din tabelele 1 si 2 sunt obtinute pe baza recensamantului general de circulatie din anul 1995. Ele vor fi reactualizate dupa fiecare recensamant de circulatie.


ANEXA 3

PROGRAMUL PENTRU CALCULUL TENSIUNILOR SI DEFORMATIILOR SPECIFICE IN SISTEMELE RUTIERE IN ROMANIA

CALDEROM 2000

1. GENERALITATI

1.1. Programul CALDEROM 2000 si suportul fizic al acestuia, care se gaseste pe discheta, fac parte integranta din Normativul pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple si semirigide.

1.2. Acest program se utilizeaza la calculul tensiunilor si al deformatiilor specifice in sistemele rutiere, sub solicitarea statica a semiosiei standard de 57,5 kN.

1.3. Programul se bazeaza pe rezolvarea analitica, cu ajutorul modelului Burmister, a starii de tensiune si de deformatie sub sarcina a sistemului rutier.

1.4. Pentru sisteme rutiere suple pentru calculul deformatiilor specifice poate fi utilizat si programul CALDEROM.

2. IPOTEZE DE CALCUL

2.1. Sistemul rutier este solicitat de o sarcina circulara cu presiunea verticala uniforma, reprezentand greutatea semiosiei standard cu roti gemene, transmisa pe o suprafata circulara echivalenta suprafetei de contact pneu - drum.

Caracteristicile sarcinii si anume:

- sarcina pe rotile gemene: 57,5 kN;

- presiunea de contact: 0,625 MPa;

- raza suprafetei 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), in care fiecare strat rutier este considerat un solid elastic liniar, izotrop si omogen, infinit in plan orizontal si cu grosime finita, cu exceptia pamantului de fundare, considerat semiinfinit.

2.3. Intre straturile rutiere exista aderenta.

2.4. Punctele de calcul ale tensiunilor si deformatiilor specifice sunt situate intr-un profil vertical in centrul sarcinii, la limita intre straturi.

2.5. Calculul tensiunilor si al deformatiilor specifice se efectueaza in conformitate cu prevederile cap. 6 din normativ, in urmatoarele puncte:

la partea inferioara a straturilor bituminoase;

la partea inferioara a stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici;

- la partea inferioara a structurii rutiere (la nivelul patului drumului).

3. MODUL DE REZOLVARE A PROBLEMEI MECANICE

3.1. Problema mecanica consta din verificarea echilibrului sub o sarcina exterioara a unui solid elastic liniar izotrop.

3.2. Ecuatiile de echilibru si relatiile existente intre tensiunile si deformatiile specifice, conform mecanicii mediilor continue, intr-un profil axisimetric, au urmatoarele expresii:

2(r,z) = 0

Formula 14 – pag. 37

in care este operatorul bi-armonic, cu urmatoarea expresie:

d2 1dd22


2 = + +

dr2r rdz

3.3. Modelarea structurii dupa Burmister intr-un mediu alcatuit din straturi elastice liniare izotrope conduce la rezolvarea pentru fiecare din acestea, a ecuatiilor:

2 (r,z) = 0

3.4. In coordonate axisimetrice se obtin pentru sarcina de calcul urmatoarele rezultate:

- tensiunile: sr (r,z), sq (r,z), sz (r,z) sitrz (r,z), conform figurii 1;

- deplasarile orizontale u (r,z) si verticale v (r,z);

- deformatiile specifice corespunzatoare.

Componentele tensorului de tensiune s si de deformatie specifica e in rq si qz sunt nule si deci, nu se calculeaza.

Figura 1 - Rezultatele in reper axisimetric ale tensiunilor – pag. 37

3.5. Ipoteza elasticitatii liniare a modelului permite de a suprapune intr-un reper axisimetric efectele diferitelor solicitari, in termeni de:

tensiune: sr sz

deformatie specifica: er ez

4. DATELE DE INTRARE

4.1. Numarul straturilor reprezinta straturile sistemului rutier plus pamantul de fundare.

4.2. Caracteristicile straturilor bituminoase care alcatuiesc imbracamintea, eventual si stratul de baza din mixtura asfaltica, considerate stratul 1, sunt:

- grosimea totala estimata (minim 8 cm), in cm;

modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat, in MPa, calculat conform pct

6.8. din normativ;

- coeficientul lui Poisson.

4.3. Caracteristicile fiecarui strat rutier existent - straturile 24 - sunt:

- grosimea, in cm;

- modulul de elasticitate dinamic, in cm;

- coeficientul lui Poisson.

4.4. Caracteristicile de deformabilitate ale terenului (pamantului) de fundare sau ale sistemului strat de forma teren de fundare - stratul 5 - sunt:

- modulul de elasticitate dinamic, in MPa;

- coeficientul lui Poisson.

Valorile acestor caracteristici sunt conform cap 4 si 6 din normativ.

Se mentioneaza ca in cazul in care sistemul rutier are mai mult de 4 straturi (inclusiv pamantul de fundare), doua sau trei straturi rutiere, alcatuite din materiale granulare, pot fi caracterizate prin:

- grosimea totala a acestora, in cm;

- modulul de elasticitate dinamic mediu ponderat, calculat cu relatia:

Em = [ S (Ei1/3 x hi) / S hi ]3(MPa)

Formula 15 – pag. 38

in care:

Ei - modulul de elasticitate dinamic al materialului din stratul i, in MPa;

hi - grosimea stratului i, in cm.

4.5. Adancimile de calcul ale tensiunilor si deformatiilor specifice sunt:

la baza straturilor bituminoase, in cm;

la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici, in cm;

- la nivelul patului drumului, in cm.

4.6. Un exemplu de date de intrare este dat in cap.6 din anexa.

5. UTILIZAREA PRACTICA A PROGRAMULUI CALDEROM 2000

5.1. Continutul dischetei

Discheta contine urmatoarele fisiere:

- un fisier executabil: calderom2000.exe;

- un fisier necesar rularii programului: dosxmsf.exe;

- un fisier cu date de iesire: rezultat.dat.

5.2. Instalarea programului

Se creeaza un director numit CALDEROM 2000, in care se copiaza fisierele de la pct.5.1.

5.3. Rularea programului

5.3.1. Se lanseaza in executie fisierul executabil: calderom2000.exe.

5.3.2. Datele de intrare se introduc in mod interactiv, conform pct.4.

5.3.3. Dupa rularea corecta a fisierului calderom2000.exe, se genereaza fisierul de date de iesire rezultat.dat, care poate fi tiparit.

5.3.4. Fisierul de date de iesire rezultat.dat contine urmatoarele date, conform exemplului din cap.6 din anexa:

- denumirea drumului;

- sectorul omogen investigat;

- recapitularea datelor primare privind caracteristicile sarcinii;

- recapitularea datelor de intrare privind caracteristicile straturilor rutiere;

- rezultatele calculelor efectuate si anume:


R - distanta punctului de calcul fata de profilul longitudinal, care este in toate cazurile egal cu 0 cm, conform ipotezei de calcul;

Z - adancimea, in cm, a punctelor de calcul;


ATENTIE: In cazul sistemelor rutiere suple, fara strat din agregate naturale stabilizate cu ciment, adancimea de calcul la baza acestui strat este 0.


ATENTIE: Semnul– inseamna ca punctul de calcul este la baza stratului;

Semnul + inseamna ca punctul de calcul este la partea superioara a stratului de dedesubt.

DEFORMATIA ORIZONTALA, in microdeformatii;


ATENTIE:                     In calculele de dimensionare este utilizata deformatia specifica orizontala de intindere calculata la baza straturilor bituminoase.

In exemplul din cap.6 din anexa, pentru Z = -16,00 cm, DEFORMATIA ORIZONTALA DE INTINDERE este .142E+03, ceea ce inseamna er = 142 microdeformatii.


TENSIUNEA SPECIFICA ORIZONTALA, in MPa;


ATENTIE: In calculele de dimensionare este utilizata tensiunea specifica orizontala de intindere calculata la baza stratului / straturilor din agregate naturale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici.

In exemplul din cap.6 din anexa, pentru Z = -36,00 cm, TENSIUNEA SPECIFICA ORIZONTALA este .793E - 01, ceea ce inseamna sr = 0.079 MPa.


DEFORMATIA SPECIFICAVERTICALA, in microdeformatii;

ATENTIE In calculele de dimensionare este utilizata deformatia specifica verticala calculata la nivelul patului drumului.

In exemplul din cap.6 din anexa, pentru Z = 71,00 cm, DEFORMATIA SPECIFICA VERTICALA este .231E+03, ceea ce inseamna ez = 231 microdeformatii.


6. EXEMPLU DE CALCUL

DRUM: DN 55

Sector omogen: km 20+500 - 22+800

Parametrii problemei sunt

Sarcina.. 57.50kN

Presiunea pneului0.625 MPa

Raza cercului 17.11cm

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: Modulul600. MPa,Coeficientul Poisson .270, Grosimea20.00 cm

Stratul 4: Modulul250. MPa,Coeficientul Poisson .270, Grosimea35.00 cm

Stratul 5: Modulul100. MPa,Coeficientul Poisson .300si e semifinit

R E Z U L T A T E:

RZsigma repsilon repsilon z

cm cmMPa microdefmicrodef

.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