cursuri cnpd

Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” IaşiFacultatea de Construcţii şi Instalaţii

Infrastructuri Moderne pentru Transporturi

Concepţii noi în proiectarea drumurilor

CURSURI

Prof. Dr. Ing. Vasile Boboc

Tehnoredactare:

Ciobanu Marian

Pădurariu Alexandru

Maftei Nicolae – Marian

Atasiei Silviu – Petru

Grăjdeanu Remus Ioan

Iaşi

2012

CURS 1 – 05-10-2011

Principalele categorii de vehicule care utilizează rețeaua de drumuri sunt:

1. Biciclete, motorete, motociclete2. Autoturisme3. Microbuze4. Autocamionete cu masa sub 3,5 t5. Autocamioane și derivate cu 2 axe6. Autocamioane și derivate cu 3 – 4 axe7. Autocamioane articulate cu mai mult de 4 axe8. Autobuze și autocare9. Tractoare și vehicule speciale10. Autocamioane cu remorcă (tren rutier)11. Vehicule conduse (căruțe)

Odată la 5 ani se face recenzarea în 10 zile, timp de 8 ore pe drumurile naționale (DN) și 16 ore pe drumurile județene (DJ) și comunale (DC). Repartiția zilelor de recenzare este următoarea: 2 zile în aprilie; 2 zile în mai; 3 zile în august; o zi în octombrie; 2 zile în noiembrie.

Pe rețeaua de drumuri naționale sunt amplasați contori cu buclă inductivă sau senzori care pot face fie numai numărarea vehiculelor sau pot face numărarea, cântărirea din mers și măsurarea vitezei din mers.

Determinarea traficului mediu zilnic anual

Intensitatea medie zilnică anuală pe grupe de vehicule (MZAk) se poate determina pe drumurile existente prin următoarele metode:

1. Recensământul general de circulație – se efectuează la intervale de 5 ani pe rețeaua de drumuri publice pe baza datelor colectate în zilele de recensământ

MZAk=Co. Ck

10∑j=1

10

qkj . akj

2

Unde:- qkj este debitul de 8 ore pentru DN și de 14 ore pentru DJ și DC înregistrat în ziua ”j” pentru

grupa de vehicule ”k”;- akj este coeficientul de redresare care reprezintă raportul dintre intensitatea traficului de 24 de

ore și debitul de 8, respectiv 14 ore;- Co este coeficientul de oblicitate a estimării MZA pe baza eșantionului de 10 zile de

recensământ;- Ck este coeficientul de ajustare de la traficul mediu zilnic pentru eșantionul de 10 zile de

recensământ;

2. Înregistrări automate de circulație cu caracter permanent efectuate pe rețeaua de DN în posturi dotate cu control de trafic care asigură clasificarea vehiculelor MZA

MZA = ∑1=1

12

MZLi /12

Unde: MZLi este intensitatea medie zilnică lunară a traficului din luna ”i” pe drumurile de interes local, județene, comunale și vicinale pentru care nu se rețin datele de trafic.

Intensitatea medie zilnică anuală se determină prin efectuarea unui recensământ de scurtă durată și ajustarea datelor rezultate la nivel de MZA

MZAk=1n∑i=1

n

qki x Ckz x Ckl x Cka

Unde:- n este număr de recensământ;- qki este intensitatea traficului pentru grupa ”k” de vehicule pe durata recensământului efectuat în

ziua ”i”;- Ckz este coeficientul de ajustare la nivel de 24 de ore;- Ckl este coeficientul de ajustare la nivel de MZA;- Cka este coeficientul de ajustare la nivel anual.

Coeficienții de ajustare se determină în general pe baza înregistrărilor automate sau manuale prin recensământ din posturile de pe drumurile cu caracteristici similare. În cazul construirii unor drumuri noi sau a centurilor de ocolire, intensitatea medie anuală pentru anul de bază se determină pe baza unui studiu de circulație, în cadrul căruia se iau datele de recensământ, în vederea determinării curenților de circulație.

Stabilirea traficului de calcul pentru proiectarea și verificarea drumurilor

din punct de vedere al capacității de circulație

Traficul de calcul pentru proiectarea și verificarea drumurilor din punct de vedere al capacității de circulație este debitul orar Qc.

Qc – vehicul etalon autoturisme pe oră

3

Debitul orar de calcul reprezintă1. Debit orar în ambele sensuri de circulație pentru drumurile cu 2 – 3 benzi;2. Debitul orar pe sens de circulație cel mai încărcat pentru drumurile cu 4 sau mai multe benzi

de circulație.

În conformitate cu prevederile Normativului PD 180, pentru dimensionarea unui drum sau pentru stabilirea nivelului de serviciu este necesar ca debitul orar de calcul să nu depășească debitul de serviciu corespunzător nivelului:

Qc≤Qsi

Unde Qsi este debitul de serviciu corespunzător nivelului de serviciu ”i”.

Nivelurile de serviciu admise sunt recomandate în funcție de numărul de benzi de circulație:

- nivelul D – pentru drumuri cu 2 benzi;- nivelul C – pentru drumuri cu 4 benzi / autostradă.

Debitul orar de calcul se stabilește pe baza debitului orar corespunzător celei de a 50-a ore de vârf, determinat din rezultatele măsurătorilor continui de debit orar pe durata unui an.

Dacă nu se dispune de aceste măsurători Qc se poate exprima:

- pentru drumuri cu 2 benzi de circulație

Qc = MZAe . K

Fv- pentru drumuri cu 4 benzi de circulație

QCD=MZAe . Kcd

Fv

Qc este debitul orar de calcul în ambele sensurile de circulație exprimat în vehicule etalon

QCD este debitul orar de calcul direcțional pe sensul de circulație cel mai încărcat la drumurile cu 4 benzi şi la autostrăzi.

MZAe este intensitatea medie zilnică anuală exprimată în vehicule etalon în 24 de ore

K este coeficientulreprezentând raportul între debitul orar corespunzător celei de-a 50-a oră de vârf şiMZAe;

D este ponderea din debitul orar de calcul în sensul de circulație cel mai încărcat;

Fv este factorul orei de vârf, respectiv raportul dintre debitul orar Q şi intensitatea traficului pentru un interval de 15 minute cu valoarea cea mai mare Q15 extinsă la un nivel orar;

Fv = Q/Q15 . 4

4

Determinarea parametrilor de calcul

Perioada de timp pentru care se determină debitul orar de calcul se stabilește în funcție de scopul urmărit, astfel:

a) Pentru dimensionarea geometrică a unui drum nou construit sau în cazul modernizării, debitul orar de calcul se determină pentru o perioadă de perspectivă de minim 15 ani;

b) Pentru stabilirea anului în care este necesară sporirea capacității de circulație prin lărgirea drumului, trebuie determinată prognoza debitelor orare de calcul la intervale de câte 5 ani, urmând ca anul în care debitul orar de calcul depășește debitul de calcul să fie determinat prin interpolare;

c) Pentru stabilirea nivelului de serviciu actual pe un drum existent se determină pentru anul de bază, în funcție de anul pentru care se face prognoza, intensitatea traficului mediu zilnic anual:

MZAEI¿∑k=1

8

MZAk x Pki x Ck

Unde:- MZAE este intensitatea medie zilnică anuală a traficului în 24 de ore în anul ”i”;- MZAk este intensitatea medie zilnică anuală a traficului în anul de bază pentru grupa ”k” de

vehicule;- Pki – coeficient de evoluţie a traficului pentru grupa ”k” de vehicule în anul ”i”;- Ck – coeficient de echivalare autovehiculelor fizice din grupa ”k” în vehicule etalon;

Determinarea coeficientului K se poate face prin măsurători directe de debite orare și stabilirea curbei de debite orare clasate. Dacă nu se dispune de măsurători se adoptă valorile:

- K = 0,10 - trafic normal;- K = 0,12 – trafic sezonier pentru drumuri cu 2 benzi;- K = 0,10 – trafic pentru drumuri cu 4 benzi;- K = 0,14 – trafic interurban / autostrăzi;

Determinarea coeficientului D se poate face după cum urmează:

1. Prin măsurători directe realizate manual sau automatizat şi stabilirea modului de repartizare a traficului prin ore de vârf;

2. Dacă nu se dispune de date din măsurători se adoptă valorile:- D = 0,63 pentru drumuri cu 4 benzi, în zone suburbane și rurale;- D = 0,65 pentru drumuri cu 4 benzi între localități;- D = 0,65 la autostrăzi.

Factorul ore de vârf (Fv) se poate determina prin măsurători directe, înregistrându-se traficul la ore de vârf, iardacă nu se dispune de măsurători se adoptă valorile:

Nivel de serviciuA B C D E

Fv 0,91 0,92 0,94 0,95 1,00

5

Pentru drumuri cu 4 benzi:

Categoria de drum Drum cu 4 benzi Autostrada

Caracteristicile zonei de transport

Fv 0,92 0,85Etapele de calcul

Succesiunea operaţiilor este:1. Stabilirea anului (anilor) pentru care se determină debitul orar de clacul;2. Stabilirea intensității pe grupe de vehicule pentru anul de bază;3. Stabilirea coeficientului de evaluare a traficului în vehicule pentru anii de perspectivă;4. Stabilirea coeficientului de echivalare a traficului în vehicule etalon în funcție de condițiile de relief;5. Determinarea intensității traficului mediu zilnic anual în vehicule etalon în 24h;6. Determinarea coeficienților K,D și Fv;7. Determinarea debitului sau a debitelor de calcul respectiv:

Qc= MZAe . K

Fv- pentru 2 benzi

QCD=MZAe . Kcd

Fv - pentru 4 benzi și autostrăzi.

7

CURS 2 - 12-10-2011

Determinarea capacităţii de circulaţie a drumurilor publice conform normativului românesc PD 189/2000

Capacitatea de circulaţie reprezintă numărul maxim de vehicule ce pot trece într-o unitate de timp printr-o secţiune de drum, sau o bandă de circulaţie şi depinde de următorii factori:

1. Elementele geometrice ale drumului în plan, profil longitudinal, profil transversal, distanţa de vizibilitate pentru depăşire şi viteza de proiectare;

2. Condiţiile de relief: şes, deal, munte;

3. Relaţia debit-viteză pentru categoria de drum respectivă;

4. Compoziţia traficului, existenţa unor cauze de oprire sistematică a vehiculelor. (ex. intersecţiile la nivel, semnalizările de pierdere a priorităţii);

5. Frecvenţa şi modul de amenajare a intersecţiei cu alte drumuri;

6. Lungimea şi caracteristicile de circulaţie ale sectoarelor de drum la traversarea localităţilor rurale.

Capacitatea de circulaţie se exprimă în debit orar de vehicule etalon autoturisme.

În exploatarea unui drum debitele de circulaţie efective trebuie să fie inferioare capacităţii şi să nu depăşească decât într-un număr limitat de ore debitul de serviciu corespunzător condiţiilor de circulaţie impuse pentru respectivul drum.

Debitul de serviciu Qs reprezintă numărul maxim de vehicule ce pot trece într-o unitate de timp printr-o secţiune de drum sau o bandă de circulaţie cu asigurarea unui nivel de serviciu dat.

Debitul de serviciu maxim este egal cu capacitatea de circulaţie.

Nivelul de serviciu reprezintă o estimare calitativă a condiţiilor de desfăşurare a traficului exprimate prin viteza de proiectare, durata deplasării, libertatea de manevră, confortul şi siguranţa circulaţiei.

În tehnica rutieră se utilizează şase niveluri de serviciu: A,B,C,D,E,F.

Relaţia generală pentru calculul debitelor de serviciu este: Qsi = Qii*N*CL*CD*CT, în care:

Qsi – reprezintă debitul de serviciu pentru nivelul i, exprimat în vehicule etalon pe oră, pentru nivelul de serviciu E;

Debitul maxim de serviciu corespunzător cu capacitatea drumului în condiţii existente de traseu şi de trafic.

Qii – debitul maxim de serviciu stabilit pentru condiţii ideale de trafic;

N – numărul de benzi de circulaţie pe sens de deplasare;

Pentru drumurile cu 2 benzi de circulaţie şi cu câte o singură bandă pe sens N = 1.

8

CL – coeficient de reducere a capacităţii datorită neasigurării condiţiilor ideale pentru lăţimea părţii carosabile şi pentru degajări laterale, adică distanţa faţă de obstacolele laterale;

CD – coeficient de reducere a capacităţii datorită distribuţiei traficului pe sensuri de circulaţie în orele de vârf. Acest coeficient se aplică pentru drumurile cu două benzi de circulaţie.

CT – coeficient de reducere a capacităţii în funcţie de tipul de trafic. Acest coeficient se aplică numai la autostrăzi.

Condiţiile ideale pentru un drum sunt:

1. Flux de circulaţie continuu format numai din autoturisme;

2. Lăţimea benzii;

3. Degajarea laterală minim 1,80m faţă de marginea părţii carosabile;

4. Elemente geometrice corespunzătoare unei viteze de proiectare de 100 km/h şi declivitatea longitudinală sub 2%;

5. Distribuţia traficului pe sensuri de circulaţie 50%/50% şi fără restricţii de depăşire.

Capacitatea ideală pentru nivelul QIE se adoptă astfel:

pentru drumuri cu două benzi – 2800 de vehicule etalon/oră în ambele sensuri de circulaţie;

pentru autostrăzi prevăzute cu două sensuri şi două benzi şi pentru drumuri cu patru benzi şi şase benzi: QIE = 2200 vehicule etalon/oră şi pe bandă;

pentru autostrăzi prevăzute cu două sau trei benzi QIE = 2300 de vehicule etalon/oră şi pe bandă;

Pentru stabilirea condiţiilor de circulaţie existente pe un sector de drum sau o autostradă, şi pentru proiectarea drumurilor şi autostrăzi din punct de vedere al capacităţii de circulaţie se vor lua ca debite admisibile:

1. Nivelul de serviciu C, pentru autostrăzi şi drumuri cu patru sau mai multe benzi de circulaţie;

2. Nivelul de serviciu D, pentru drumuri cu două benzi de circulaţie.

Calculul capacităţii de circulaţie pentru drumuri şi autostrăzi

Calculul capacităţii de circulaţie pentru drumuri cu două benzi de circulaţie:

1. Debitul de serviciu pentru care se proiectează drumul, este cel corespunzător nivelului de serviciu D – debitul admisibil;

2. În exploatarea drumului pentru asigurarea unor condiţii bune de desfăşurare a circulaţiei se recomandă să nu depăşească debitul de serviciu corespunzător C.

Debitul de serviciu: Qsi = Qii*CL*CD

Debitul maxim de serviciu ’’ii’’ se stabileşte în funcţie de relieful stăbătut de drum şi de procentul din lungimea drumului pe care depăşirea este interzisă, folosind următoarele etape.

9

Raportul Qii/Capacitatea ideală

Relief – şesSectoare cu depăşirea interzisă %

Relief – dealSectoare cu depăşirea interzisă %

Relief – munteSectoare cu depăşirea interzisă %

0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100

A 0,15 0,12 0,09 0,07 0,05 0,04 0,15 0,10 0,07 0,05 0,04 0,03 0,14 0,09 0,07 0,04 0,02 0,01

B 0,27 0,24 0,21 0,19 0,17 0,16 0,26 0,23 0,19 0,17 0,15 0,13 0,25 0,20 0,16 0,13 0,12 0,10

C 0,43 0,39 0,36 0,34 0,33 0,32 0,42 0,39 0,35 0,32 0,30 0,28 0,39 0,33 0,28 0,23 0,20 0,16

D 0,64 0,62 0,60 0,59 0,58 0,57 0,62 0,57 0,52 0,48 0,46 0,43 0,58 0,50 0,45 0,40 0,37 0,33

E 1 1 1 1 1 1 0,97 0,94 0,92 0,91 0,90 0,90 0,91 0,87 0,84 0,82 0,80 0,78

F - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Debitele maxime de serviciu sunt conform tabelului:

ReliefSectoare cu depăşirea interzisă (% longitudinal

drumului)

QS vehicule etalon/oră

A B C D E

Şes 20340

670

1090

1740

2800

Deal 40200

530

9801460

2580

Munte

60110

360

6401120

2300

Coeficientul CL se determină funcţie de lăţimea părţii carosabile şi acostamentelor conform următorului tabel:

Lăţimea liberă a acostamentelorLăţimea părţii carosabile

7,50m 7,00m 6,00m 5,50m≥ 1,80m 1 0,97 0,84 0,721,50m 0,96 0,93 0,80 0,701,00m 0,89 0,86 0,74 0,660,75m 0,84 0,81 0,70 0,61

0 0,70 0,68 0,58 0,50

Coeficientul CD pentru drumurile cu două benzi de circulaţie este dat în următorul tabel:

Distribuţia traficului pe sensuri 100/0 90/10 80/20 70/30 60/40 50/50Coeficientul CD 0,71 0,75 0,83 0,89 0,94 1,00

Nivelurile de serviciu C şi D au următoarele debite:

Lăţimea părţii carosabile (m)

Lăţimea platformei

Debite de serviciu QSI

Nivel de serviciu C Nivel de serviciu D

ŞesDea

lMunt

eŞes Deal

Munte

7,00m12,00m 100

0900 600 160

01350

1000

10

10,00m 950 850 5501500

1300

950

9,00m 900 800 5001400

1200

900

6,00m 8,00m 750 700 4501200

1000

800

5,50m 7,00m 650 550 3501100

850 650

Pentru dimensionarea unui drum din punct de vedere a capacităţii de circulaţie este necesar ca debitul de serviciu stabilit prin calcul sau cu ajutorul tabelului să fie comparat cu debitul orar actual sau de perspectivă. Se recomandă ca debitul orar de calcul să se stabilească pe baza debitului corespunzător celei de-a 50-a oră de vârf determinată pe curba debitelor orare clasate rezultate din măsurătorile continuie de debite orare pe durata unui an.

În cazul în care nu se dispune de măsurători se va stabili debitul orar:

Qc = MZAE*k/FV FV = Q/Qii-4

Nivelul de serviciu A B C D EFV 0,91 0,92 0,94 0,95 1,00

Echivalarea traficului de vehicule fizice în vehicule etalon se face cu ajutorul coeficientului de echivalare care l-am dat în funcţie de condiţiile de relief şi de tipurile de vehicule recenzate pornind de la motociclete, biciclete până la vehicule cu tracţiune animală.

Dacă pe un drum debitul orar de calcul QC depăşeşte debitul de seviciu este necesară sporirea capacităţii de circulaţie pe toată lungimea sectorului de drum respectiv.

Pentru sporirea capacităţii de circulaţie pe sectoarele de drum cu declivităţi prelungite se recomandă realizarea unei a 3-a benzi pentru vehiculele lente.

Determinarea capacităţii de circulaţie pentru drumuri cu mai multe benzi de circulaţie

Pentru determinarea capacităţii de circulaţie a drumurilor cu mai multe benzi de circulaţie se introduce noţiunea de viteză de circulaţie liberă notată cu VL, care reprezintă viteza medie de deplasare a autoturismelor în condiţii de trafic redus sau moderat, adică sub 1400 de vehicule etalon/oră şi bandă de circulaţie.

Debitele maxime de serviciu pentru diverse niveluri de serviciu sunt date în următorul tabel, funcţie de viteza de circulaţie liberă.

Nivelul de serviciuViteza de circulaţie liberă (km/h)

100 90 80 70 60 50A 720 600 600 540 430 370B 1200 1100 1000 900 750 630C 1650 1510 1400 1260 1000 370D 1940 1800 1670 1500 1250 1070E 2200 2100 2000 1900 1600 1350

11

Viteza liberă se poate determina direct prin măsurători pe teren cu ajutorul radarului, sau se poate calcula indirect cu relaţia:

VL = VC – VM – VB – VD – VA

VC – viteza de circulaţie liberă în condiţii ideale egală cu viteza limită + 11 km/h, pentru viteze limită sub 80 km/h sau viteza limită + 8 km/h pentru limită ≥ 80km/h.

Viteza limită – viteza legală pe sectorul de drum respectiv.

Reducerea vitezei pentru modul de separare al căilor de circulaţie este conform tabelului:

Modul de separare al căilor de circulaţie VM (km/h)Marcaj longitudinal 2,5 km/h

Căi separate prin zonăMediană 0

Reducerea vitezei pentru lăţimea benzii de circulaţie VB este:

Lăţimea benzii VB (km/h)3,75 03,50 23,00 10

Reducerea vitezei pentru obstacole laterale:

Degajarea pe partea dreaptă (m) VD (km/h)1,80 01,50 0,301,00 0,900,75 1,20

0 2,00

Reducerea vitezei de circulaţie pentru accese laterale se face înmulţind numărul de accese cu 0,4 km/h. Dacă nu se cunoaşte numărul de accese se pot utiliza datele din tabel:

Zona traversatăNumărul de accese pe km pe o parte a

drumuluiInterurbană 0 – 6

Suburbană cu densitate mare de construcţie 7 – 12≥ 12

Pentru drumuri cu mai mult de 4 benzi debitul de serviciu admisibil este cel corespondent nivelului de serviciu C.

În exploatare pentru desfăşurarea unor condiţii bune a circulaţiei se recomandă ca traficul să nu depăşească debitul de serviciu corespondent debitului de serviciu B.

Pentru profilele transversale drumurilor cu 4 benzi debitele de serviciu sunt:

Nivel de serviciuB C

12

Zona traversatăVL (km/h) VL (km/h)

90 80 70 60 50 90 80 70 60 50Între localităţi cu 6

accese pe km2200

2000

1900

1600

-3050

2800

2650

2200

-

Suburbană fără restricţii de viteză 12 accese pe km

2150

1950

1850

1550

-3000

2750

2550

2100

-

Suburbană şi traversarea localităţii cu

restricţii de viteză 20 accese pe km

-1900

1750

1450

1200

-2650

2450

1950

1700

Pentru proiectarea sau stabilirea nivelului de serviciu actual, debitul de serviciu pe sens de circulaţie se comportă cu debitul actual sau de perspectivă ce se determină pe curba debitelor orare, pe sensuri de circulaţie sau pe baza relaţiei: QCD = MZAE*k*D/Fv.

Determinarea capacităţii de circulaţie pentru autostrăzi

Capacitatea de circulaţie a unei autostrăzi în condiţii ideale este de 2200 vehicule etalon/oră şi pe bandă pentru autostrăzi de 2x2 benzi de circulaţie şi 2300 vehicule etalon autoturisme pe bandă pentru autostrăzi cu 3 benzi de circulaţie pe sens.

Debitul de serviciu pentru care se calculează autostrăzile este cel corespondent nivelului de serviciu C, adică debitul admisibil.

În exploatare pentru asigurarea unor condiţii bune de desfăşurare a circulaţiei se recomandă ca traficul să nu depăşească debitul de serviciu B, adică debit recomandabil.

Debitul de serviciu Qsi = Qii*N*CL*CT

Debitele maxime de serviciu pentru autostrăzi, Qii sunt conform tabelului:

Nivel de serviciu

A B C D E

Qii 700 1420 1644 2015 2200 (2300)Coeficientul CL de reducere a capacităţii datorită neasigurării condiţiilor ideale pentru

lăţimea părţii carosabile sunt conform tabelului:

Distanţa până la obstacol

Obstacol pe o parte/Distanţa pe o parte

Obstacol pe ambele părţi/Distanţa pe ambele părţi

Lăţimea benzii Lăţimea benzii3,75 3,50 3,75 3,50

1,80 1,00 0,99 1,00 0,991,20 0,99 0,98 0,98 0,970,60 0,97 0,96 0,95 0,94

0 0,92 0,91 0,86 0,85Coeficientul CT este conform tabelului:

Caracterul traficului CT

Trafic în zile de lucru 1,00Trafic recreaţional şi turistic 0,75 – 0,99

Debitele de serviciu pe sens de circulaţie respectiv pe două benzi este conform tabelului:

Nivel de serviciu

13

Lăţimea unei benzi B C3,75 2240 33003,50 2200 3220

Pentru proiectarea sau stabilirea nivelului de serviciu actual, debitul de serviciu de circulaţie se compară cu debitele orare de circulaţie QCD.

QCD = MZAE*k*D/FV

Dacă nu se compară: k = 0,14; D = 0,65; FV = 0,85.

Coeficienţii de echivalare din vehicule fizice recenzate în vehicule etalon sunt cei prezentaţi anterior.

CURS 3 - 26-10-2011

Metoda de dimensionare a structurii rutiere din Franţa

Caracterisitici mecainice ale materialelor din structura rutieră

O structură rutieră pe durata sa de serviciu este acţionată de milioane de ori, iar datorită acestui fapt în structura rutieră poate apărea fenomenul de oboseală al materialelor din care este confecţionat. Comportarea la oboseală a unui material rutier constă în supunerea unei epruvete realizate din acel material la solicitări repetate, toate identice, şi la determinarea numărului de repetări care poate conduce la rupere.

Curba reprezentativă a numărului de repetări până la rupere în funcţie de amplitudinea efortului sau deformaţie se cheamă curba Wohler şi arată astfel:

N dă efortul în funcţie de solicitări.

Denumim rezistenţa la oboseală pentru n cicluri valorile solicitării pentru care epruveta suportă N cicluri înainte de a se rupe. Pentru determinarea curbelor de oboseală se utilizează următoarele formule:

1. σ=A x N−ν

- Curba Wohler ce reprezintă o curbă la scară logaritmică;

2. σ = a – b x lg N

14

- curba Wohler ce reprezintă o dreaptă la scară semilogaritmică.

Determinarea experimentală a curbelor Wohler pentru materialele rutiere este o problemă dificilă datorită faptului că apare o dispersie foarte mare a rezultatelor obţinute.

Exemplu: Raportul dintre cea mai slabă şî puternică epruvetă este de 1/10, în schimb la betoanele asfaltice raportul este de 1/50; pentru încercarea la oboseală a materialelor stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici raportul este de 1/1000. Cu ajutorul prelucrărilor statistice se poate stabili corect durata de serviciu sau de viaţă a unui strat rutier, respectiv pentru rezistenţa la oboseală pentru n cicluri.

Dacă notăm cu n1 solicitarea de amplitudine σ1, solicitarea n2 cu σ2, în primul caz notăm N1

respectiv N2 durata de viaţă pentru aplicarea solicitării σ1 şi σ2, ruperea materialului supus la oboseală se determină conform legii Miner, care spune că

n1

N 1

+n2

N2

=1,0

Această lege se generalizează în cazul unui număr mare de sarcini repetate şî amplitudini diferite cum este modul de solicitare a unei amplitudini, iar condiţia de rupere din oboseală este dată de

∑i

ni

N i

=1,0

Dacă se începe prin aplicarea unui nivel de efort aplicat, durata de viaţă este mai mică decât atunci când se aplică mai întâi un nivel de efort mai slab.

σ 1>σ2=¿n1

N1

+n2

N2

<1,0

σ 1<σ2=¿n1

N1

+n2

N2

>1,0

Încercarea la oboseală pentru materialele de tip anrobat bituminos se poate realiza în două feluri:

1. cu deformaţii constante

2. cu efort constant.

În Franţa se efectuează primul tip de încercare cu deformaţie constantă

log [∈t (θ)/¿∈o(θ)]=−b logN ¿

ϵt = ϵ6 N = 106

∈N '=∈6(10N '

106 )0,2

15

Încercarea se face pentru condiţii stabilite de temperatură cuprinsă între 10 şi 25hz. Încercarea la oboseală în cazul lianţilor hidraulici sau puzzolanici se face la încovoiere

σ t

σo

=1−b x log N '

În care:

- b = 1/12 pentru stabilizare cu ciment pentru valori σ o= (0,8 – 1,2)MPa;

- b = 1/10 pentru stabilizarea cu zgură granulară, σ o= (0,6 – 1,0)MPa;

- b = 1/13 pentru stabilizare cu cenuşă, σ o= (1,2 – 1,6)MPa.

Modulul de elasticitate al materialelor stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici se obţine prin încercareaa de întindere directă adoptându-se un modul secant pentru o treime din sarcina de rupere. Încercarea se efectuează la vârsta de 90 zile pentru stabilizare cu ciment şi 180 zile pentru cenuşă sau zgură.

Metoda bazata pe programul ALIZE

Consta in modelarea structurii rutiere in scopul determinarii eforturilor si deformatiilor datorate unei sarcini tip;

Cu ajutorul acestiu program se determina efortul maxim sau deformatia maxima care pot antrena ruperea ce se compara cu efortul limita ad misibil sau deformatia limita admisibila.

Schema de calcul pe care se bazeaza programul ALIZE este multistratul bituminous.

Ipoteze de calcul:

1. Toate straturile rutiere sunt considerate solide elastic;2. Contactul la interfete poate fi cu aderenta perfecta, cu alunecare buna, respectij jumatate cu

alunecare buna si jumatate cu aderenta perfecta;3. Incarcarea din traffic se transmite prin amprente care sunt in general curculare, iar in cazul

sarcinilor multiple, adica roti duble, osii damdem, tridem putem avea urmatoarele tipuri de incarcari:

- Sarcina circular cu presiune vertical uniform ace reprezinta greutatea vehicolului transmisa structurii rutiere prin pneu.

plan

transversal q i

16

- Sarcina liniara uniform ape un perimetru circular de incarcare, reprezintand efectul pneumatic al pneului asupra …. Si respectivsarcina circulara variind linear cu distanta la centru care reprezinta fortele de forfecare la contactul pneu-cale.

σ

Actiunea traficului

Roata simplu izolata sau jumatate din osia standard;

P = 6,5 t = 65 KN

q0=6,62 daN /C m2

R = 12,5 cm

C

x

x

r

Plan initial

q = r = 0.125 m

0.662 MPa

q

y

ROATA SIMPLA

17

C C

C

y

xq

x

rr

x

q

1 3

1

1

2

2

21 2

q =1q = 0.0.662 MPa2

r =1 r = 0.125 m2

c =2

c =1 ( - 0.1875;0)( - 0.1875;0)

JUMATATE DIN OSIA DE REFERINTA

Stabilirea valorilor admisibile pentru dimensionarea consta o structura rutiera semirigida in care trebuie sa avem:

ε tcalc<εt adm

→ materiale bituminoase

σ tcalc<σ t adm

→ materiale stabilizate cu lianti hidraulici puzzolanici

ε zcalc<εzadm

→ materiale granulare si pamant de fundatie

Cazul materialelor bituminoase:

ε tcalc=ka∗kb∗kc∗ε ( NE , Qc q , f )

ε tcalc=deformatia specifica admisibila

k a=10u∗b in care:

u – este fractiune a legii normale asociate riscului;

b – panta dreptei de oboseala.

T 0n T 1n T 2n T 3nBeton asfaltic 2,80% - 1,911 5,0% - 1,645 7,50% - 1,439 11,50% - 1,200Balast stabilizat 2,50% - 1,960 5,0% - 1,645 7,50% - 1,439 12,50% - 1,150

Moduli in MPa1/b ε b k b SN SH

-10 0 10 20 30 40Beton asfaltic

14800 12000 7200 3600 1300 1000 5,0 150 1,1 0,25 *

* SH = 0,01 pentru grosimi de straturi < 10 cm

SH = 0,025 pentru grosimi ale straturilor > 15 cm 18

Pentru valori intermediare intre 0,1 – o,15 se interpoleaza linear.

Numarul de osii standard care se utilizeaza la dimensionare;

NE=MZA∗365∗(1+δ )n−1

(1+δ )−1∗CA

MZA – media zilnica anuala;

δ – procentul de crestere geometric a traficului

n – durata de viata a unei structure rutiere(Ftanta – 20 ani lao structura noua si 15 ani pentru o ranforsare);

CA - agresivitatea traficului = 0,5 pentru material stabilizate cu lianti hidraulici, in cazul ranforsarilor;

CA = 0,8 pentru material bituminoase;

CA = 1,3 pentru material stabilizate cu lianti hidraulici in cazul drumurilor noi.

19

CURS 4 - 2-11-2011

Cazul materialelor stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici

σ adm=k a×kb×k c

σ adm - efort admisibil la întindere din încovoiere

k a=10u⋅b⋅δ

u – este fracţiune a legii normale asociată riscului;

b – panta dreptei la oboseală;

= (SN

2 +(C×SH

b )2)

12

, în care:

C = 2;

SN – dispersia la oboseală;

SH – dispersia grosimii stratului.

kb – coeficient de calaj

kc = 1 pentru PF3

kc = 1,0/1,1 pentru PF2

kc = 1,0/1,2 pentru PF3

σ ( NE )=( NE /106 )-b× σ6

NE – numărul de osii standard folosit la dimensionare

6 – efort care produce ruperea prin oboseală pentru 106 cicluri

σ 6=(1−6 β)× σ0

σ 0 - rezistenţa la flexiune

β – panta curbei de oboseală în coordonate semilogaritmice

E (MPa

)1/b 1/β SH 6 (MPa) b (MPa)

K0 pentru structuri rutiere

NoiRanforsat

e

Agregate naturale stabilizate cu zgură granulată

15000 10 10,4 1,0 1,166 0,7 1,66 1,5 1,7

Agregate naturale stabilizate cu ciment

20000 12 11,2 1,0 1,232 0,7 1,51 1,5 1,7

Agregate naturale stabilizate cu cenuşă volantă de

3000022500

20 14,7 1,0 1,562 1,4 2,30 1,5 1,7

20

termocentrală

Pentru stratul de fundaţie din materiale granulare, pentru drumuri noi: adm = 10000 (NE)-0,222.

Pentru ranforsări: adm = 22500 (NE)-1/4,1.

Pentru strat granular, structură rutieră inversă: adm = 12000 (NE)-0,222.

Platforma – patul drumului

Prezintă după normativul franţuzesc următoarele clase:

Clasa PF1 PF2 PF3 PF4

Limite Mpa 20 50 120 200

Stratul granular situat deasupra platformei are un modul de calcul de 4 ori mai mare decât patul drumului dar nu mai mare de 480 Mpa.

Interfeţele dintre straturile structurilor rutiere

Straturile asfaltice şi anrobatul bituminos sunt considerate lipite între ele şi de stratul suport anrobat.

Agregatele stabilizate cu ciment sau nisipul stabilizat cu ciment: ½ lipire, ½ lunecare.

Betonul de ciment compactat: ½ lipire, ½ alunecare.

Agregatele stabilizate cu cenuşă de termocentrală lunecare perfectă.

Limitele de utilizare ale programului Alize:

numărul maxim de straturi: 10; numărul maxim de sarcini: 15; numărul de observaţii pe frecare strat: 4; numărul de profile verticale de observare: 20.

21

CURS 5 - 16-11-2011

Ranforsarea structurilor rutiere utilizand programul Alizee

Structurile rutiere se comporta sub circulatie dupa urmatoarele 3 modele:

CAZ 1 CAZ 2 CAZ3

5cm – asfalt 2000MPa

10cm – asfalt

2000MPa

15cm- asfalt

2000MPa

25cm- granular

4E

20cm- granular

4E

15cm- granular

4E

E E E

Ramforsarea structurilor rutiere vechi incadrate in cele 3 cazuri se poate face astfel:

Cazul 1 – se poate face ramforsarea cu materiale stabilizate cu lianti hidraulici sau puzzolanici si cu doua straturi de imbracaminte asfaltica. Modulul imbracamintii asfaltice vechi se ia 2000 MPa.

Modulul E al pamantului din patul drumului si al stratului granular considerat 4E sunt determinate in asa fel incat sa obtinem aceeasi valoare a deflexiunii cu cea care figureaza in ghidul de ramforsare.

Clasa C2 C3 C4 C5 C6

Deflexiunea

1/100mm75 100 150 200 300

Grosimea anrobatelor bituminoase

5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 1015

5 10 15

Modulul

pamantului

MPa

84

80 7162

58 51 41 37 31 30 2622

20 17 13

Pentru ramforsarea structurilor numai cu material bituminos se pot aplica doar cazurile 2 si 3 iar structura noua se verifica dupa doua criteria:

Deflexiunea verticala in pamantul de fundare; Oboseala materialului din structura initiala.

Daca criteriul de dimensionare este deflexiunea verticala a pamantului se adauga la grosime valoarea u*SH, pentru un risc inferior lui 50% iar la grosimea straturilor asfaltice gasite se scade 1,5cm pentru reprofilaj.

22

Ti

Daca criteriul de dimensionare este oboseala materialului se scade numai 1,5cm din rezultatul brut obtinut pentru a tine seama de reprofilaj.

Metoda de dimensionare franceza bazata pe catalogul de structuri rutiere tip elaborate in 1977 si reactualizata in 1988

Catalogul de structuri rutiere tip reprezinta o metoda clasica prezentandu-se sub forma unor planse de structuri in numar de 23 clasate in functie de doi parametri: Ti si suportul structurii rutiere PFj.

Proiectantul determina pentru fiecare drum acesti 2 parametri dupa care merge in cele 23 de planse cu structure rutiere si in functie de conditiile locale, de conditiile de calitate ale materialului isi alege structura rutiera conform urmatoarei scheme:

23

STUDII PREALABILE

STUDIU DE TRAFIC

STUDII CLIMATICE

Studii geotehnice geologice si de gelivitate

Resurse materiale si studii econimice

Determinarea clasei de trafic

Planse cu structuri

Ti

PFj

Comportarea la inghet dezghet

Determinarea clasei pamantului Sk

Alegerea unui eventual strat de formaDeterminarea clasei platformelor

PFj

Alegerea unei alte structure care ofera o protectie superioara la inghet-dezghet

Cresterea grosimii straturilor necoezive

NU

Sectiuni transversale

Determinarea costurilor si alegerea structurii rutiere

Fisa tip 3

PF1 PF2 PF3

T0

7 BA7 BAD

22 Agregate stabilizate cu cenusa volanta22

7 BA7 BAD


7 BA7 BAD


T1

8 BA


8 BA


8 BA


T2

6 BA


6 BA


6 BA

18Agregate stabilizate cu cenusa volanta15

T3

6 BA


6 BA

18Agregate stabilizate cu cenusa volanta15

6 BA

25Agregate stabilizate cu cenusa volanta

Traficul de calcul

Clasa de calcul Ti este determinate in functie de traficul mediu zilnic anual in vehicule grele pe banda cea mai solicitata in anul darii in exploatare si in urmatoarele ipoteze:

Vehicule grele sunt vehicule cu o incarcatura utila de cel putin 50KN=5to Rata de crestere anuala a traficului de 7%.

Clasele de trafic dupa normativul francez sunt definite astfel:

T3 T2 T1 T0

50 150 300 750 2000

24

Aceste valori reprezinta traficul mediu zilnic pentru vehicule grele pe banda cea mai incarcata in anul darii in exploatare.

Daca rata cresterii prevazuta prin studiul de trafic este diferita de 7% se determina clasa de trafic Ti incepand cu un volum al traficului vehiculelor grele, initial fictive care cu o rata de crestere de 7% , conduce dupa o perioada de 15-20 ani la acelasi numar cumulate de vehicule grele ca traficul real previzibil.

In lipsa datelor privind repartitia traficului greu pe sensuri de circulatie se propune ca traficul sa fie echilibrat pe cele doua sensuri 50%-50%.

Daca nu avem informatii necesare in ceea ce priveste traficul greu pe banda de circulatie cea mai incarcata , acesta se considera 1/20 din traficul mediu zilnic cu conditia ca numarul de benzi sa nu depaseasca 4.

Daca traficul estimat Ti este mai mare decat valoarea maxima pentru traficul T0, respectiv 2000 de vehicule grele se va efectua un studiu de trafic special.

Stabilirea clasei platformei PFj se face in functie de: Comportarea in timp a pamantului din patul drumului; Natura si grosimea eventualului strat de forma , impus prin studiul geo.

25

CURS 6 - 23-11-2011

Stabilirea clasei platformei (PFj)

Se face in functie de urmatoarele caracteristici:

1. Comportarea in timp a pamantului din patul drumului;2. Natura si grosimea eventualului strat de forma impus prin studiul geotehnic inainte de

dimensionarea stucturii rutiere.

Pamanturile naturale dupa normativul francez sunt grupate in ordinea crescatoare a calitatii in patru clase: S0, S1, S2, S3, functie de natura si starea lor in timp pe o grosime de circa 1m sub stratul de forma.

In vederea unei corecte executii a stratului rutier platform trebuie sa prezinte urmatoarele caracteristici:

a) Tolerant de nivelment ±3cm;b) Deformabilitatea in orice punct exprimata prin modulul E2, E2=500……, sau deflexiunea

masurata cu deflectometrul Lacroix, sub osia de 13 tone sa fie mai mica de 2mm.Daca avem pamanturi tratate cu var deflexiunea va fi de 1,5mm, iar in cazul tratarii

pamantului cu var si ciment deflexiunea va fi max 0,8mm.Parametrii in functie de care rezulta clasa platformei sunt:

1. Clasa pamantului suport S0, S1, S2, S3 ;2. Natura stratului de forma.

In general in cazul adoptarii unui strat de forma clasa platformei va fi superioara cu 1 grad clasei pamantului, iar in cazul in care stratul de forma este realizat din material granulare cu grosimea mai mare de 80cm sau din pamant stabilizat cu ciment in grosime mai mare de 50cm, clasa platformei este mai mare cu 2 grade decat clasa pamantului.

Pentru straturile de baza si de fundatie catalogul francez prevede numai straturi din material stabilizate cu lianti hidraulici, puzzolanici sau hidrocarbonati.

Daca se utilizeaza in structura rutiera nisipuri stabilizate atunci ele trebuie sa prezinte o serie de calitati minime in ceea ce priveste stabilitatea imediata.

Stabilitatea imediata reprezinta aptitudinea materialului in momentul punerii in opera de a fi compactat corespunzator si de a nu se deforma sub trafic. Acest lucru este dat de IPI, care este realizata ca si o incercare CBR, dar fara supraincarcare.

In functie de valoarea acestui indice IPI, nivelele de compactitate si traficabilitate sunt:

IPI<25Nisip instabil

CompactareFoarte dificila

TraficabilitateMediocra

25≤IPI<50Compactare posibila

dar cu unele dificultatiTraficabilitate

Medie

IPI>50Compactare

BunaTraficabilitate

Buna

26

In ceea ce priveste caracteristicile mecanice acestea se incadreaza in 4 clase :

Nisip stabilizat cu zgura(Rt la 120 zile daN/cm2)

CLASIFICARENisip stabilizat cu ciment

(Rt la 90 zile daN/cm2)

Rt<1,5 Utilizare in strat de fundatie Rt<2,0

1,5≤Rt< 2,5 CLASA A 2,0≤Rt<3,5

2,5≤Rt<4 CLASA B 3,5≤Rt<5

4≤Rt<6,5 CLASA C 5≤Rt<7,5

Rt≥6,5 CLASA D Rt≥7,5

Sectiunea transversală a structurii rutiere

Functie de cei doi parametri (Ti ,PFj) rezulta din cele 23 de planse care alcatuiesc catalogul, grosimile minime ale straturilor structurii rutiere la marginea din dreapta a firului cel mai solicitat de trafic.

O particularitate a catalogului de structuri rutiere francez o reprezinta faptul ca in scopul economisirii unor material scumpe si pentru a face trecerea de la panta transversala a patului la cea a suprafetei imbracamintii se recomanda varitia transversala a grosimii stratului de baza si de fundatie conform scheme:

27

Marginea firului cel mai putin incarcat (ax)

Marginea firului (benzii) cel mai incarcat (acostament)

Grosimi nominale prevazute pentru structurile rutiere

HNG(b)

HNG(f)

HND(b)

HND(f)

HND- grosimea nominal a unui strat la marginea din partea dreapta a firului cel mai incarcat, grosime rezultata din plansa catalogului de structure rutiere tip;

HNG- grosimea nominal a aceluiasi strat la marginea din stanga a firului cel mai putin incarcat adica in ax , in acelasi sens de circulatie

Verificarea la actiunea fenomenului inghet-dezghet

Consta in a compara indecele de inghet-dezghet de referinta IR, cu indicele de inghet admisibil IA.

Verificarea este corespunzatoare daca IA este superior sau cel putin egal cu IR.IR≤IA

Metoda de dimensionare conform normativ TEM

Aceasta metoda permite optimizarea grosimilor structurii rutiere atat din punct de vedere al proprietatilor mecanice cat si din punct de vedere al protectiei la actiunea fenomenului inghet-dezghet.

Principiile metodei de dimensionare:1. Incarcarile din trafic se echivaleaza in osii standard de 100KN;2. Materialele din structura rutiera sunt caracterizate prin modulul de elasticitate coeficientul

Poisson si nivelele de oboseala;3. Comportarea structurii rutiere depinde de conditiile climatic si de regimul de

umiditate.Schema de calcul:

h1 , E1, V1

h2 , E2, V2 σz2 σr2

h3 , E3, V3 εr2

hn+1 , En+1, Vn+1 σz

Structura rutiera tip multistrat se considera asezata pe un spatiu elastic, calculul se face cu un program de calcul LAYMED. La interfata dintre straturi se poate considera lunecare perfecta in orice caz, coeficientul de frecare este0, sau aderenta totala in cazul in care coeficientul de frecare este 1.

Datele de intrare pentru calculul structurii rutiere sunt: Grosimile straturilor hi –cm; Modulul de elasticitate Ei – Mpa; Coeficientul lui Poisson - µi; Raza amprentei circulare – r; Presiunea de contact pe suprafata circular p – Mpa;

28

pa

Efortul vertical σzi la suprafata fiecarui strat calculate in axa suprafetei de incarcare cat si la o distant data de ax;

Efortul radial σri la suprafata fiecarui strat; Deformatia orizontala εri la suprafata fiecarui strat; Deflexiunea la suprafata stratului de rulare.

Traficul de calcul

Este numarul cumulate de osii standard de 100KN in perioada de serviciu:Nc=0,81*c2*c3*TNVc

C2 – coeficient reprezentand raportul dintre vehicule comerciale incarcate si vehicule ce pot fi partial incarcate sau goale ; c2=0,5 C3 – coefficient de distributie transversal a trecerii rotilor ; c3=0,9 TNVc – numar cumulate de vehicule comerciale grele pentru intreaga perioada de serviciu;

TNVc= TNV*δ z+δ k

2*n0*365 , in care:

TNV- traficul de vehicule comerciale grele intr-o directie la darea in exploatare;δ z , δ k – coeficienti de crestere ai traficului pentru primul si ultimul an a perioadei de serviciu;

n0 – durata de serviciu in ani, in functie de clasa drumului.

Pentru calculul traficului zilnic al vehiculelor comerciale grele TNV, se va tine seama de numarul recenzat de vehicule comerciale cu capacitatea de cel putin 3 tone.

Transformarea vehiculelor comerciale de diferite tipuri in vehicule etalon se efectueaza cu

relatia: N n=∑i=1

n

αi∗N i

N n- numarul de osii standard;N i – numarul de vehicule comerciale de tipul i;α i - un factor de echivalare pentru vehiculele i ;

α i=∑i=1

n

k ij∗¿)3,5

pij – presiunea medie de contact a presiunilor osiei ce se echivaleaza j, in MPa;Pij - incarcarea pe o roata a osiei ce se echivaleaza j , in MPa;pn - presiunea medie de contact a osiei standard pn=0,65 MPa ;

Pn – incarcarea pe o roata a osiei standard Pn=50 KN ;

k ij - coeficient ce tine seama de numarul osiilor si de distanta dintre ele avand valori cuprinse intre

1 si 3.Categoriile de trafic in functie de numarul mediu zilnic de vehicule comerciale grele intr-o

directive in primul an al perioadei de serviciu TNV sunt:

Categorie de trafic TNVA >2000B 751 - 2000C 251 - 750D 51 - 250E 26 - 50

29

F 5 - 25G <5

Capacitatea portanta a pamantului din patul drumului

Se exprima prin modulul de elasticitate Ep , determinat pe baza incercarilor CBR cu ajutorul urmatoarei monograme.

Se recomanda incercarea CBR la fiecare 200m de drum, iar pentru a se tine seama de variatia proprie a pamantului din patul drumului in lugul drumului, drumul va fi impartit in sectoare

omogene cu respectarea conditiei: σEp

≤ 0,35

Ep= valoarea mediei aritmetice a modulilor patului drumului pe toate sectoarele ;σ=¿abaterea standard.

In aceste conditii valoarea medie anuala a modulului de elasticitate pe un sector este: Epn= Ep- σ .

Epn va fi in continuare redusa tinandu-se seama de conditiile de inghet Epj=Epn*n;n - coeficient de reducere cuprins intre 0,55÷ 0,96 ce depinde de conditiile hidrologice, sensibilitatea la inghet a pamantului, grosimea structurii rutiere si adancimea de inghet in pamant.

Conditiile hidrologice depind: De adancimea apei subterane hp; Inaltimea apei capilare hs ; Adancimea de patrundere a inghetului hpr

Favorabila: hp≥ hp +2hs

Mediocra : hpr+hs≤hpv≤hpr+2hs

Nefavorabila : hpv< hpr+hs

30

Pamant necoeziv

Pamant coeziv

CBRCBR

Valoarea lui Ep

Ep

(MPa)

CURS 7 – 30-11-2011

Metode de dimensionare în Cehia şi Slovacia

Materialele din structura rutieră sunt caracterizate prin modulul de elasticitate dinamic,

coeficientul de capacitate, coeficientul lui Poisson şi rezistenţa la întindere.

Pentru materialele bituminoase caracteristicile privind modulul de elasticitate şi rezistenţa la

tracţiune au fost determinate pentru temperaturi între 0°, +10°, +11°, +25°, +27°C la o frecvenţă de

încercare de 10Hz.

Ca ordin de mărime, modulul de elasticitate are valori cuprinse între 7500 MPa la 0°C şi

1000 MPa la +27°C, iar rezistenţa la tracţiune între 4 MPa la 0°C şi 0,7MPa la +27°C.

Funcţie de mixturile utilizate şî de categoria traficului, grosimea acestora este ca şi pentru

normativul românesc pentru strat de uzură – 4 cm, pentru strat de legătură – 5 cm, mergând până la

7 cm pentru stratul de uzură şi 9 cm pentru cel de legătură.

În materialele din Cehia şi Slovacia se ţine seama de oboseală cu ajutorul coeficientului de

oboseală:

S = a – b x log Nc

În care:

Nc – numărul cumulat de solicitări;

a, b – coeficienţi determinaţi experimental (a = 0,9 ÷ 0,95; b = 0,8 ÷ 0,12).

Criteriile de dimensionare

Structura rutieră trebuie să aibă o capacitate portantă şi să fie minimă la îngheţ, după 3

criterii:

1. Eforturile unitare verticale la nivelul fiecărui strat să nu fie mai mari decât valorile

admisibile.

2. Rezistenţa termică a structurilor rutiere să fie mai mare decât cea minimă.

3. Efortul efectiv vertical la nivelul patului drumului să nu depăşească efortul de compresiune

admisibil.

1. În calculul efortului radial axial la nivelul fiecărui strat se ţine seama că materialul

bituminos se comportă sub trafic în funcţie de temperatură.

Pentru simplificarea calculelor, anul a fost împărţit în 3 perioade pentru care se pot

considera temperaturile medii:

32

- Iarna 20% 0°C

- Primăvară/toamnă 50% +11°C

- Vara 30% +27°C

Se ţine seama de încărcările luate din trafic, conform:

∑i=1

n

pi xσri

Sri x Ri

≤ 1,0

Unde:

pi – duratele relative ale diferitelor perioade;

σ ri – efort normal în perioade

Sri – coeficient de oboseală a materialului;

Ri – rezistenţa de calcul în perioada considerată.

Pentru optimizarea procesului de dimensionare:

∑i=1

n

pi xσ ri

Sn x Ri

=Sn

Sn – are următoarele limite:

- pentru bitum 0,70 ≤ Sn ≤ 0,85

- pentru stabilizate cu ciment 0,90 ≤ Sn ≤ 0,95

Limita superioară asigură o comportare bună a structurii dimensionate, chiar dacă unele

ipoteze de calcul nu sunt îndeplinite, iar limita inferioară previne supradimensionarea structurii

rutiere.

2. Verificarea acestui criteriu la acţiunea fenomenului de îngheţ-dezgheţ prin reducerea

fenomenului de dezgheţ la valori acceptabile şi prin prevenirea pierderii excesive a capacităţii

portante în timpul dezgheţului se realizează prin limitarea prin rezistenţă a structurii rutiere.

Rv ≥ Rv pătrundere

Rv – rezistenţa termică efectivă alcătuită din n straturi

RV =∑i=1

n hi

λi

hi – grosimea fiecărui strat;

λi – conductivitatea termică.

33

Rv pătrundere – rezistenţa termică minimă necesară, calculată cu ajutorul indicelui de îngheţ Imin,

a adâncimii hzd şi a conductivităţii termice a pământului λ.

Rv pătrundere=I min

0,3

9,83−

hzd

λ

3. Urmăreşte deformaţiile permanente la nivelul patului drumului datorită eforturilor

verticale. Criteriul este definit prin următoarea inegalitate:

σz ≤ σzadm

σz – efortul efectiv vertical la nivelul patului drumului rezultat cu programul Laymed

σzadm – efortul de compresiune admisibil care poate fi calculat în funcţie de categoriile de

trafic astfel:

A , B ,C , D , E σ z adm=0,00346 x E p

1+0,7 log N c

F σ z adm=0,0045 x Ep

1+0,7 log N c

G σ z adm=0,0045 x E p

34

CURS 8 - 7-12-2011

Dimensionarea structurilor rutiere rigideMetode

O primă teorie a fost făcută de Westengard, în care dala de beton este considerata ca fiind un

material omogen, izotrop şi elastic, care reazămă pe un strat de fundaţie caracterizat prin modulul

de reacţie K.

La baza elaborării metodelor de dimensionare a structurii rutiere rigide a stat teoria plăcilor

aşezate pe fundaţii elastice. Influenţa fundaţiei în calculele de dimensionare pentru stabilirea

grosimii dalei a fost luată în considerare prin următoarele 2 ipoteze:

1. Ipoteza Fuss – Wickler potrivit căreia tasarea oricărui punct din stratul de fundaţie al dalei

este direct proporţional cu presiunea dezvoltată în acel punct şi nu depinde de presiunile ce

acţionează în punctele vecine.

2. Ipoteza semispaţiului omogen liniar şi deformabil potrivit căreia relaţia eforturilor unitare

şi deformaţia care apare în urma eforturilor unitare se poate considera liniară.

Clasificarea metodelor de dimensionare

Metodele de dimensionare ale structurilor rutiere rigide pot fi clasificate în două mari

categorii: teoretice şi semiempirice.

Metodele teoretice se bazează pe modele de calcul considerând comportarea în domeniul

elastic al structurii:

1. Metoda Westergaard

2. Metoda Westergaard / Ioanides

3. Metoda Picrett & Ray

4. Metoda bazată pe schema de calcul cu element finit.

Metodele semiempirice sunt metodele care combină relaţiile de dimensionare teoretice cu

rezultatele experimentale.

1. Metoda Westergaard modificată

2. Metoda Highway Agency

3. Metoda AASHTO – beton simplu

4. Metoda AASHTO – beton continuu

5. ME – PDE (Mechanic Empirical Pavement Design) – SUA

6. NP 081/2002

35

Doi cercetători americani, Yoder şi Witczak, încă din 1975 au subliniat faptul că pentru

orice procedură de proiectare pentru a fi raţională trebuie să luăm în considerare 3 elemente:

1. Teoria utilizată pentru a prezice criteriile de performanţă ale structurii.

2. Evaluarea proprietăţilor materialelor aplicate teoriei selectate la punctul 1.

3. Determinarea relaţiei dintre importanţa acestor parametri la nivelul de performanţă dorit.

Performanţa unei structuri rutiere rigide se exprimă în performanţă structurală şi

performanţă funcţională.

Performanţa structurală reprezintă capacitatea unei structuri rutiere de a rezista la încărcările

din trafic impuse, iar performanţa funcţională reprezintă capacitatea unei structuri rutiere de a oferi

conducătorilor auto o deplasare confortabilă şi în siguranţă pentru o anumită gamă de viteze.

Atât performanţa structurală cât şi performanţa funcţională se iau în considerare în evaluarea

performanţelor unei structuri rutiere.

Chiar şi structurile rutiere bine proiectate tind să se degradeze în timp datorită sarcinilor care

circulă pe structura respectivă şi datorită condiţiilor hidroclimatice.

Structurile rutiere proiectate necorespunzător chiar dacă sunt bine construite vor trece printr-

un proces accelerat de deteriorare.

Performanţa structurală a unei structuri rutiere rigide este influenţată de mai mulţi factori

dintre care amintim proiectarea, construcţia, întreţinerea pe timpul exploatării.

Variabilele cele mai influente în ceea ce priveşte proiectarea pentru performanţele

structurale sunt: traficul, grosimea dalei din beton de ciment, rezistenţa betonului, modulul de

elasticitate şi condiţia de rezemare a betonului.

36

Tipul predominant de degradare structurală la îmbrăcăminţile de beton de ciment o

reprezintă fisurarea:

- fisuri longitudinale;

- fisuri transversale;

- fisurări şi ruperi de colţuri (cele mai frecvente).

Fisurarea sau ruperea colţurilor se produce atunci când o structură este solicitată de sarcini

care depăşesc ........................ la întindere din încovoiere a betonului şi atunci când suprafaţa de

rezemare nu este uniformă.

Fisurile transversale pot apărea din cauza distribuţiei neuniforme a încărcărilor la rosturi, din

cauza neuniformităţii stratului suport datorită grosimii insuficiente a dalelor, dar şi a deficienţelor

de calitate a materialelor.

Fisurile longitudinale apar datorită tasării fundaţiei în profil transversal şi a fisurării

betonului sub acţiunea sarcinilor din trafic.

37

CURS 9 - 14-12-2011

Pompajul

Pompajul consta in ridicarea particulelor fine in amestec cu apa printr-un rost sau crapatura spre suprafata imbracamitei sub influenta miscarii dalei din aval datorata actiunii provenite din trafic.

Tasarea dalelor se manifesta prin aparitia unor diferente de nivel intre marginile a doua dale adiacente.

O dala se considera tasata atunci cand sub un dreptar de 3m in profil longitudinal sau transversal denivelarea este mai mare de 5mm.

Cauzele tasarii dalelor pot fi:- tasarea terenului de fundare,- actiunea fenomenului de inghet-dezghet,- lipsa drenajului.

Structurile rutiere rigide se pot proiecta pentru o durata de viata intre 10- 30 ani functie de actiunile provenite din trafic.

In Romania structurile rutiere rigide din beton de ciment se dimensioneaza pentru durata de viata de 30÷ 40 ani.

38

Dala beton Dala beton

Trafic apa apa

Dala beton

trafic

Dala beton Dala beton

traficNisip (pamant)

Dala beton ciment

tasare

Fisurare

Principal caracteristica a betonului de ciment, utilizat in imbracamintile rutiere rigide este rezistenta la intindere din incovoiere, modulul de elasticitate cu valori cuprinse intre 30.000- 50.000 MPa.

Datorita umiditatii mediului in care se intareste betonul de ciment prezinta modificari permanente:

Atunci cand intarirea are loc in aer , contractia betonului; Cand umiditatea creste poate aparea o crestere de volum – fenomenul de umflare.

Evolutia in timp a deformatiei de volum a betonului

Pot fi variatii sezoniere de la anotimp la anotimp, dar si de la noapte-zi.Dala de beton este supusa razelor solare pe fata superioara, in partea inferioara este inca rece; dupa apusul soarelui partea superioara se raceste mai repede decat partea inferioara.

Metoda de dimensionare Ashto-1993

Parametrii de calcul ai acestei metode sunt: Calitatea in exploatare a structurii rutiere, rezistenta pamantului si a stratului de fundare,

siguranta in exploatare , drenajul, traficul, caracteristicile betonului de ciment rutier.Calitatea

Comportarea functional a unei structuri rutiere din beton de ciment este data de cum structura rutiera asigura confortul participantilor la trafic.

Pt a cuantifica calitatea structurii rutiere din beton de ciment se foloseste indicele PSI=5,41- 1,80log (1+Sv )- 0,09√c+PSv - dispersia declivitatilor longitudinal (SLOPE VARIANCE)

Sv=[∑ x i2−(1/n )× (∑ x i

2 )]/(n-1)

xi – declivitatean – numarul total de date;c – starea de fisurare;

∑ L ( ft )/s=1000

∑ L - suma lungimilor fisurilor dupa normativul american din clasele 3 si 4; P – marimea suprafetei reparate definite de 1/1000 din suprafata caii;

Rezistenta pamantului din patul drumului este caracterizata de modulul de reactive a pamantului K, determinata prin incarcari de capacitate portanta.

K= qw

= 2 M

u × (1−ϑ 2) × r ; q – presiunea

39

w – tasarea M – modulul de elasticitate υ - coeficientul lui Poisson r – raza placii de incercare

TraficulCaracteristicile de trafic sunt determinate in functie de numarul de treceri ale osiei simple

de 80KN, reprezentand incarcarea echivalenta pe osia simpla (ESAL).Numarul cumulat de ESAL pentru toate categoriile de osii folosit in dimensionare se

determina in functie de factorul de crestere al traficului, factorul benzii de circulatie utilizat la dimensionare si factorul de echivalare a incarcarii.

Acest factor de echivalare a incarcarii depinde de grosimea dalei de beton , de indicele de viabilitate final a structurii rutiere si este necesar un calcul iterative.

Daca grosimea calculata este semnificativ diferita de grosimea propusa, numarul ESAL va trebui calculate.

Caracteristicile betonului: Modulul de elasticitate Rezistenta din intindere la incovoiere la 28 zile

Modulul de elasticitate: Ec=57000*(fc’)0,5

fc’- rezistenta la compresiune a betonului

Grosimea dalei se obtine printr-o relatie functie de nivelul de incredere cuprins intre 50% si 99,99% , tinand seama si de indicele de viabilitate initial si final.

Metoda mecanistic empirica ME-PDG (2004)

Schema acestei metode ME-PDG este urmatoarea:

40

Date de intrare

Structura Material Trafic Climat

Selectarea structurii rutiere

Comportarea structurala (σ,ε,δ)

Performanta

Fisurare Planeitate

Verificarea performantei

Criteriile de cedare

Perioada de perspectiva Conditii de

Proiectare

structurala

Proiectare Finala

nu

da

Mod

ific

area

Str

uctu

rii

Schema logica pentru proiectarea structurii rutiere rigide este urmatoarea:

Avantajele acestei metode ME- PDG sunt:

Luarea in calcul la evaluarea traficului a diverselor tipuri de vehicule; Utilizarea eficienta a caracteristicilor materialelor disponibile in zona; Evaluarea relatiilor dintre proprietatile materialelor si performantele reale ale imbracamintii; Luarea in considerare a conditiilor de mediu, a efectului de oboseala si de imbatranire a

matricelor.

Pentru implementarea unei astfel de metode in Romania, ar trebui sa existe rezolvate urmatoarele activitati:

Sensor pentru numararea si cantarirea din mers a tuturor vehiculelor de pe reteaua de drumuri publice;

Realizarea unui catalog cu toate tipurile de vehicule care circula pe toate drumurile publice; Existenta unei baze de date climatice; Elaborarea unui catalog privind proprietatile materialelor de constructive utilizate la

drumuri; Evaluarea starii tehnice a retelei de drumuri publice prin metoda PMS.

41

Factorii de mediu

Structura propusa pentru proiectare

Criteriile de proiectare

Procesarea datelor de intrareProcesarea datelor de traficProcesarea datelor climaticeProcesarea datelor privind structuraProprietatile betonului de ciment

Fisurare de jos in sus Fisurare de sus in jos Tasarea

Valoarea totala a fisurii IRI, IRI initial,

Fisurare, ExfoliereCerinte Satisfacute

Proiectare

DA

NU

Refacerea Structurii

CURS 10 - 21-12-2011

Metoda MPDG

Activitatile propusepentruimplementareametodei in taranoastra sunt:

1. Studiul de sensibilitate a parametrilorutilizate in cadrul MPDG;2. Procesareadatelor WIM existentepentrureteaua de drenuri publice;3. Colectarea datelor;4. Conceperea unui catalog cu tipurile MPDG;5. Utilizarea de date climatice existente de la CESTRIN Bucuresti si adoptarea la cerintele

MPDG;6. Realizarea de studii care sa evidentieze metoda MPDG;7. Elaborarea de studii cu materiale utilizate;8. Intocmirea unor baze de date cu regim climatic, trafic si caracteristicile materialelor;9. Evaluarea starii tehnice cu colectarea PMS;10. Realizarea de cataloage a metodei MPDG a pamanturilor, traficului si regimul climatic

specific Romaniei.

Componentele principale corespunzătoare implementarii in Romania sunt:

- Datele de intrare (caracteristicile materialelor, tipul pamanturilor);- Modele de raspuns ale structurii rutiere;- Modele de performante, respectiv pe toata durata de serviciu;- Viabilitatea si adaugarea unor marje de siguranta pentru proiectare.- Criterii de performanta ale structurii rutiere pe toata perioada de serviciu;- Software pentru punerea in aplicare intr-o forma usor de utilizat.

Date necesare pentru o baza de date MPDG:

Se recomanda ca baza de date sa fie pe module;

1. Modulul 1 – continut general (numele proiectului, numele drumului, date de localizare);2. Modulul 2 – modul destinat datelor de trafic;3. Modulul 3 – modul destinat datelor climatice;4. Modulul 4 – caracteristicile materialelor(patul drumului, stratul de fundatie, stratul de baza,

imbracamintea rutiera).

42

Modulul de coordonate cuprinde tipul climatic, numarul benzilor, durata de viata a drumului si tipul structurii.

Modulul pentru date climatice

- Temperatura zilnica, - viteza vantului, - umiditatea relativa,- numarul de zile cu strat de zapada si grosimea acestuia.

Modulul materialelor

- Natura,- Grosimeastratului,- Proprietatile fiecarui material,- Rezultatul testelor din caietul de sarcini,- Inregistrarea WIM,- Clasificarea vehiculelor,- Volumul de trafic,- Distributia acestui trafic peste 60 minute sau 15 minute pentru orele de varv,- Traficul corespunzator pentru a 10-a sau 50-a ora de varf.

43

Informatii generale- proiect;- sector;- coordonate (latitudine, longitudine si altitudine); - clasa tehnica a drumului;- durata de serviciu;- tipul structurii rutiere;- numarul straturilor;- grosimea straturilor;- tipul straturilor;- caracteristicile materialelor.

MARIALE- asfalt;- beton;- straturi asfaltice;- straturi de fundatie;- patul drumului.

CONDITII CLIMATICE- date orare;- date zilnice;- date sezoniere;- adancimea apelor

TRAFIC- distributia zilnica a traficului;- greutatea pe osie simpla;- greutatea pe osie dubla;- greutatea pe osie tripla.

Metoda de dimensionare AGENCY

Este o metoda empirica bazata pe rezultate experimentale obtinute pe sectoare experimentare.

Factori pentru proiectare:

- Magnitudinea incarcarii,- Pozitia rotii,- Stratul suport,- Variatia umiditati,- Comportarea la oboseala,- Grosimea dalei.

Abordarea pentru structuri rutiere noi:

1. Proiectarea stratului de fundatie pentru a putea prelua incarcari,2. Stabilirea de tipuri de vehicule,3. Determinarea grosimii imbracamintei si a stratului de baza pentru a prelua incarcarile din

trafic.

Proiectarea stratului de fundatie

Se face utilizand o monograma

Pentru utilizarea monogramei este nevoie de CBR pentru pamantul de fundatie.

Daca valoarea CBR este sub 15% se recomanda o grosime minima de 150 mm, pentru celelalte valori ale lui CBR se intra din abscisa pana la curba punctata iar apoi se scoate grosimea.

44

I. Evaluarea fluxului de vehicule speciale pentru 7 clase de vehicule

1. Autobuze,2. Autocamioane cu 2 osii rigide,3. Autocamioane cu 3 osii rigide,4. Autocamioane cu 3 osii,5. Autocamioane cu 4 osii rigide,6. Autocamioane cu 4 osii,7. Autocamioane cu 5 osii.

II. Selectarea perioadei de perspectiva , (maxim 40 de ani pentru structuri rutiere rigide);

III. Determinarea factorului de crestereG

IV. Determinarea mediei nationale de uzura (W) pentru fiecare clasa de vehicule in parte si traficul de calcul.

T = 365 * f * y * G * 10-6 (m.o.s.)

Din care:

365 – numarul de zile,f – fluxul de trafic actual,y – perioada de perspectiva,G – coeficient de evolutie a traficului,W – factor de degradare sau uzura.

45

Determinarea grosimii dalei de beton

46

cursuri cnpd

Documents