Imbracaminte Rutiera [PDF]

Zitiervorschau

Tema: Imbracamintea rutiera

1. Alcătuirea căii la drumuri Infrastructura drumurilor este asemănătoare cu cea a căilor ferate, suprastructura este însă diferită. La drumuri, suprastructura cuprinde ansamblul lucrărilor de amenajare şi consolidare a platformei (sistemul rutier) şi benzile de încadrare consolidate . Importantă pentru construcţia drumului este zona de contact infrastructură suprastructură denumită patul drumului (fig.1).

Fig.1. Patul drumului Greutatea vehiculelor se transmite suprastructurii drumului prin intermediul roţilor, deci, prin suprafaţa de contact dintre acestea şi drum. Corpul drumului are în principal rolul de a repartiza presiunile transmise de roţi, astfel încât, la nivelul patului, presiunile să nu depăşească capacitatea portantă a pământului din care este alcătuit terasamentul. Presupunând corpul drumului şi o încărcare uniform distribuită p pe o suprafaţă de contact roată-drum, valoarea presiunilor scade cu creşterea adâncimii, de la valoarea p4 la o valoare p0 (fig. 2.). p0 < p1 < p2 < p3 < p4 = p . Din punct de vedere economic, apare raţională construirea corpului drumului ca un sistem de straturi succesive alcătuite din materiale cu caracteristici fizico-mecanice corespunzătoare valorii presiunilor cu care sunt

1

solicitate. Se ajunge la un sistem rutier stratifica

Fi F g. 2. Tr ansmiterea încărcărilor 1.1. Pregătirea patului drumului Pentru execuţia corpului drumului, în platforma terasamentelor se amenajează o casetă mărginită lateral de cele două acostamente. Fundul casetei constituie patul drumului pe care urmează să se execute sistemul rutier. Se prezintă în continuare modalităţile de realizare a casetei: a. Realizarea platformei la nivelul patului, cu pantele transversale prescrise de proiect şi executarea ulterioară a acostamentului cu pământ luat din zonă Patul drumului trebuie să aibă aceeaşi pantă în secţiunea transversală cu îmbrăcămintea pentru ca sistemul rutier să aibă grosime constantă. b. Realizarea platformei terasamentului la nivelul muchiei platformei şi tăierea ulterioară a casetei prin executarea unor săpături pe toată lăţimea părţii carosabile, pământul rezultat fiind utilizat la completarea acostamentelor (fig.3.b). b/2 p n = 1:2

h Pat drum

Fig.3. a R ealizarea casetei

2

1:n

Fig. 3.b Realizarea casetei Patul trebuie să fie bine drenat şi compactat astfel încât, sub acţiunea solicitărilor să lucreze în stadiul elastic, eliminându-se prin aceste mijloace cedarea plastică. 1.2.Alcătuirea şi clasificarea sistemelor rutiere Pentru ca suprastructura drumurilor să îndeplinească condiţiile de confort şi siguranţă, partea carosabilă se amenajează cu un sistem de straturi numit sistem rutier, din materiale cu grosimi şi rezistenţe mecanice diferite şi care, preia încărcările din trafic. Numărul, grosimea şi natura materialelor din straturile sistemului rutier se stabilesc prin calcul tehnico-economic numit şi dimensionare a sistemului rutier. Straturile care alcătuiesc sistemul rutier (fig. 4. ) se grupează după rolul pe care îl îndeplinesc, purtând denumirile: 1. Îmbrăcămintea este stratul superior, uniform şi impermeabil. Rol: - asigură rulajul vehiculelor în condiţii optime; - protejează sistemul rutier la acţiunea agenţilor atmosferici; - transmite încărcările verticale şi preia direct acţiunile tangenţiale produse de roţile vehiculelor. Pentru reducerea consumului de material şi pentru a rezista la uzura produsă de traficul rutier, îmbrăcămintea se execută în două straturi: - strat de suprafaţă (strat de uzură); - strat inferior, de legătură, numit în cazul îmbrăcăminţilor asfaltice, binder.

3

1 2

Sistem rutier

3 4

Fig. 4 Alcătuirea sistemului rutier 2. Stratul de bază se realizează din materiale rezistente deoarece în interul său presiunile verticale mari, transmise de roţi, trebuie repartizate şi reduse astfel încât să poată fi preluate de stratul inferior. 3. Stratul de fundaţie poate fi realizat din materiale locale. Are rol de preluare a presiunilor transmise de stratul de bază, reducându-le în continuare prin repartiţie. Se calculează din condiţia ca presiunile transmise să fie mai mici decât capacitatea portantă a materialului patului. 4. Substratul (nisip sau balast) are o grosime de 7...10 cm după compactare şi îndeplineşte rolurile: - drenant – drenează apele pluviale care se infiltrează în corpul drumului; - anticapilar – taie ascensiunea capilară a apelor subterane; - anticontaminant – împiedică amestecarea materialului din stratul de fundaţie cu pământul din patul drumului; - antigel – măreşte grosimea totală a sistemului rutier reducând pericolul de îngheţ-dezgheţ al pământului din patul drumului. 1.3.Dimensionarea şi alcătuirea straturilor rutiere se face în funcţie de intensitatea şi compoziţia traficului pe care trebuie să îl suporte sistemul rutier. Astfel, sistemele rutiere se pot clasifica în 3 categorii: 4

- sisteme rutiere uşoare – trafic de 100...1500 t/zi; - sisteme rutiere mijlocii – trafic de 1500...2500 t/zi; - sisteme rutiere grele – trafic mai mare de 2500 t/zi. După modul de comportare sub acţiunilor încărcărilor din trafic, se deosebesc: - sisteme rutiere nerigide sau suple, alcătuite din materiale granulare cu sau fără lianţi plastici (fig.5. a) şi îmbrăcăminţi asfaltice; - sisteme rutiere rigide, care cuprind unul sau mai multe straturi din beton de ciment, pe fundaţii din material granular (fig.5.b); Strat de uzură Strat de legătură Strat de bază Strat de fundaţie Substrat de nisip

Îmbrăcăminte

a Strat de uzură Strat de rezistenţă Strat de fundaţie Substrat de nisip

Îmbrăcăminte din beton de ciment

b Fig. 5. Sisteme rutiere (a) suple; (b) rigide - sisteme rutiere semirigide, formate din pavaje de piatră fasonată (pavele, calupuri) sau sisteme rutiere care conţin straturi stabilizate cu ciment sau cenuşă de termocentrală, zgură granulată de furnal. În raport cu tipul sistemelor rutiere şi cu perfecţionarea tehnică a acestora se deosebesc drumuri de tipurile: inferior (provizoriu), intermediar (tranzitorii) şi superior (moderne / perfecţionate).

5

1.4. Principii de alcătuire a straturilor rutiere Straturile rutiere se alcătuiesc după următoarele principii structurale: - principiul macadamului sau al împănării; - principiul betonului sau al amestecurilor compacte. a. Straturile alcătuite pe principiul macadamului (împănării) se execută din mai multe sorturi de piatră spartă monogranulare, aşternute în reprize, cu sau fără adaosuri de liant, cilindrate cu cilindri compresori, până la încleştarea puternică a pietrelor. Rezistenţa şi stabilitatea straturilor din care fac parte macadamurile obişnuite (ordinare) sau tratate cu liant, este dată în special de frecarea internă a materialului pietros, lianţii utilizaţi având doar rol de impermeabilizare a stratului. Agregatele trebuie să provină din roci dure, lipsite de fragilitate. b. Straturile executate pe principiul betonului sunt alcătuite din materiale cu granulozitate întinsă şi cuprind o gamă largă de fracţiuni ceea ce conduce la un strat cu structură compactă şi închisă, cu volum mic de goluri având pe ansamblu rezistenţe mecanice şi stabilitate superioare macadamului. Materialele granulare sunt legate cu liant (ex. argilă, bitum, ciment) rezultând betoane argiloase, betoane asfaltice sau betoane de ciment. Rezistenţa straturilor este dată de coeziune. Amestecarea materialelor se face după o anumită tehnologie, în malaxoare, după care se aşterne în strat uniform şi se compactează cu dispozitive specifice. Dintre avantaje se menţionează: - posibilitatea utilizării materialelor locale; - executarea mecanizată; - reducerea volumului de transporturi; - rezistenţele mecanice mari care conduc la durabilitate mare. Notă: dacă din agregatul mineral lipsesc granulele mari, peste 7 mm, stratul respectiv se numeşte mortar. Se regăsesc mortare de ciment şi mortare asfaltice. 6

Se precizează cu titlu informativ principalele materiale rutiere: - agregate minerale (sorturi de piatră spartă sau materiale de balastieră; - liant (bitum, ciment); - filer (pulbere minerală cu diametru inferior valorii de 0,09 mm. Tipurile de material pietros, de balastieră şi carieră folosite la alcătuirea sistemelor rutiere sunt precizate în tabelul 1. Tabel 1. Denumire material Sort [mm] MATERIALE DE BALASTIERĂ Nisip natural de râu 0...7,1 Nisip fin 0...1 Nisip grăunţos 3,15...7,1 Pietriş 7,1...71 Pietriş mărgăritar 7,1...16 Balast (nisip+pietriş) 0...71 MATERIALE DE CARIERĂ 1. Grupa piatră spartă Savură 0...8 Split 8...16 16...25 25...40 Piatră spartă 40...63 normală Piatră spartă mare 63...90 71...100 80...125 Piatră brută >120 2. Grupa cribluri Cribluri 3...8 8...16 16...25 Nisip de concasaj 0...3

Domenii de utilizare Substrat de nisip la pavaje din piatră, în mixturi asfaltice Mixturi asfaltice Pavaje de piatră Împietruiri, în amestec cu split Mixturi asfaltice pentru straturi de bază şi de legătură Straturi de fundaţie

Sort de împănare la macadam; în anrobate bituminoase Împietruiri în amestec cu pietriş; în anrobate bituminoase; materiale de agregaţie la macadamuri asfaltice Sort de rezistenţă pentru macadam; sort de acoperire pentru strat de bază din piatră spartă în două straturi Fundaţie de piatră spartă; strat de rezistenţă pentru strat de bază

Pereuri; pavaje inferioare Tratamente bituminoase de suprafaţă; mixturi asfaltice (îmbrăcăminte şi strat de bază Mixturi asfaltice din stratul de uzură al îmbrăcăminţilor

1.5. Tipuri de îmbrăcăminţi rutiere A. Îmbrăcăminţi permanente şi semipermanente pentru drumuri de interes local (drumuri intermediare) Partea carosabilă este consolidată în general printr-o împietruire realizânduse un strat care poate rezista la acţiuni verticale, dar nu celor tangenţiale. Se folosesc pentru circulaţie locală de intensitate redusă şi unde predomină tracţiunea animală. Tipurile de împietruiri folosite sunt: a. din pietriş (materiale extrase din balastiere); 7

b. din piatră spartă concasată (macadam). 1. Împietruirile din pietriş permit o execuţie uşoară, cu materiale locale ieftine; dintre variantele de realizare se menţionează cea cu profil transversal în formă de seceră (fig.6.). 3...4%

Fig.6.

Împietruire cu profil transversal în formă de seceră

Granulozitatea balastului folosit este de 0...60 mm. Se realizează un bombament curb; grosimea balastului în axul căii este de 20...25 cm. Dezavantajul este că se obţine o grosime variabilă a stratului de pietriş pe lăţimea căii care, poate fi eliminat prin încastrare parţială sau totală a corpului împietruirii în platformă. Declivitatea transversală a patului drumului este de 3...4%. Balastul se aşterne în două straturi: primul strat este realizat din pietre mari alcătuind o fundaţie, iar al doilea strat este realizat din fracţiune mai măruntă. Scurgerea apelor se asigură prin realizarea unui strat filtrant de nisip sub balast şi execuţia de drenuri sub acostamente. Dacă se foloseşte pietriş, materialul se aşează în straturi de 5 cm grosime, apoi se cilindrează (uscat) până la îndesarea parţială a materialului. Rezultate mai bune se obţin prin amestecare în raport de 1/1 a balastului cu material concasat. Stratul împietruit nu este rezistent la încărcări tangenţiale şi la acţiunea apei. Drumurile astfel realizate au caracter provizoriu. 2. Împietruiri din piatră spartă concasată (macadamuri) Soluţia a fost utilizată din sec. XVII la construcţia drumurilor. Denumirea provine de la numele inginerului englez Mac Adam (1820) care a enunţat noi 8

principii de realizare a straturilor rutiere din piatră spartă. Variante de execuţie 2.1. Macadamul obişnuit (ordinar) se execută din două sorturi de piatră spartă manogranulare, care în ordinea folosirii se numesc sort de rezistenţă şi sort de acoperire. Fundaţia se realizează din material granular având Φ max = 60mm , grosimea de 15...20 cm, bine cilindrată, fără sorturi fine (fig.7).

Fig. 7.

Structură sistem rutier din macadam obişnuit

Sortul de acoperire, din piatră spartă în grosime de maximum 6 cm, se aşterne în două reprize a câte 15 kg/m2, timp în care se udă din abundenţă cu apă şi prin antrenarea aerului umed din pori se formează un noroi fluid care pătrunde în goluri. Concomitent se face cilindrarea cu compresoare mai grele. Cantitatea de apă necesară este 25% din volumul pietrei folosite. Cilindrarea se consideră terminată când o piatră din sortul de rezistenţă aruncată în faţa compresorului este sfărâmată de acesta fără a pătrunde în corpul macadamului, a cărui suprafaţă se prezintă ca un mozaic. Macadamul se dă în circulaţie după acoperire cu nisip grăunţos (15...18 kg/m2) care, sub acţiunea circulaţiei continuă umplerea golurilor. 2.2. Macadamul îmbunătăţit În prima variantă de execuţie, macadamul se stropeşte cu soluţii de săruri higroscopice (clorură de sodiu sau de calciu, emulsie de bitum). Rezultate mai bune se obţin prin silicatarea (cu silicat de sodiu) sau bituminarea macadamului. Silicatul de sodiu, în prezenţa apei şi CO2 atmosferic reacţionează cu calcarul din piatră formând silicea (SiO2) sub forma unui chit care umple

9

golurile şi impermeabilizează suprafaţa macadamului. Emulsia de bitum şi nisipul „închid” macadamul asigurând o acoperire şi o mai bună protecţie. A doua variantă de execuţie este folosirea macadamului asfaltic la care, stratul rutier este executat după principiul macadamului şi penetrare cu bitum folosit ca liant. Prin penetrare, bitumul (liantul) pătrunzând în straturile e piatră joacă rol de lubrefiant înlesnind pietrelor să se aşeze mai uşor şi mai bine în timpul cilindrării. Sorturile de piatră folosite sunt: - pentru stratul de rezistenţă 40...60 mm; - pentru strat de uzură split 15...25 mm şi 8...15 mm. Condiţiile impuse pietrei sparte folosite sunt ca aceasta să provină din roci bazice care conferă o bună adezivitate bitumului şi ca materialul granular să fie uscat, curat şi lipsit de material argilos. Domeniile de folosire sunt: îmbrăcăminţi rutiere pentru drumuri de interes local (grosime minimă de cilindrare 6 cm); strat de bază pentru sisteme rutiere grele (grosime minimă 12 cm după cilindrare). Covoarele asfaltice sunt straturi din mixturi asfaltice (beton sau mortar asfaltic) în grosime de 2...3 cm care, pot fi executate prin aşternerea unui strat de mixtură, fie prin repetarea unor tratamente bituminoase. Îmbrăcăminţile rutiere semipermanente sunt realizate din macadam tratat cu liant; sunt cunoscute variantele de execuţie de macadam asfaltic care conţine bitum şi macadamul cimentat la care, liantul folosit este cimentul. Macadamul asfaltic foloseşte bitumul introdus la cald prin procedeul penetrării şi eventual se foloseşte şi la amestecarea (anrobarea) materialului granular. Se foloseşte ca îmbrăcăminţi (6 cm grosime) la sisteme rutiere mijlocii, drumuri de interes local, cu o durată de exploatare de 5...10 ani sau ca strat de bază (12 cm grosime) sub îmbrăcăminţile asfaltice ale sistemelor rutiere grele. 10

Macadamul cimentat este penetrat cu mortar de ciment fluid. Este o soluţie tehnică folosită rar în România. B. Îmbrăcăminţi permanente (îmbrăcăminţi moderne) Din această categorie fac parte betoanele şi mortarele asfaltice şi îmbrăcăminţile din beton de ciment. 1. Betoane asfaltice Betonul asfaltic este o dispersie omogenă de split sau criblură într-un mortar format din nisip, filer şi un liant bituminos. Cele mai des utilizate în practică sunt asfaltul cilindrat şi asfaltul turnat. Asfaltul cilindrat este o mixtură bituminoasă alcătuită pe principiul betonului, la care toate granulele scheletului

mineral sunt învelite în mod

uniform cu o peliculă de bitum de 5...12 µ grosime. Compactarea mixturii se face prin cilindrare. Din punct de vedere al compoziţiei se deosebesc: - mixturi închise cu volum de goluri < 5% după cilindrare, folosite pentru stratul de uzură al îmbrăcăminţilor; - mixturi deschise cu volum de goluri >5% având în compoziţie granule fine de filer şi nisip, folosite ca strat de legătură (binder). La prepararea mixturii cu bitum temperatura este de 1800C, iar la punctul de lucru, de 1300C. Dacă se utilizează SUBIF (liant-suspensie de bitum filerizat), mixtura se execută la rece, în betoniere. După punerea în operă necesită 3...6 zile timp de uscare urmată de cilindrare. Asfaltul turnat este o mixtură asfaltică alcătuită după principiul betonului, în care golurile (20...25% din scheletul mineral) sunt umplute integral cu mastic bituminos. Se execută cu pietriş mărgăritar / criblură; aportul de liant este de 7...9% în cazul aşternerii mecanice şi 7,5...9,5% în cazul aşternerii manuale. 11

Temperatura de preparare a mixturii este de 170...1900C, iar timpul de amestecare necesar este 2...3 ore. Aplicarea se face după cum urmează: - aşternere manuală său cu finisoare mecanice; - împrăştiere nisip grăunţos sort 1...3 mm în cantitate de 2...3 kg/m2; - finisare cu rulouri uşoare de 50kg. Se utilizează ca strat de uzură pentru drumuri în oraşe (trotuar + carosabil). Are avantajul că desfăcut, prin retopire, poate fi reutilizat. 2. Betonul de ciment Betonul de ciment este utilizat pentru îmbrăcăminţi rutiere rigide. Este caracterizat prin: - mare capacitate de rezistenţă la încovoiere; - uzură foarte mică; - aderenţă bună pentru pneuri, motiv pentru care se foloseşte la drumuri cu trafic intens şi greu şi mai ales cu climat umed. Fundaţiile utilizate sunt realizate din straturi de: nisip sau balast; piatră spartă; balast stabilizat. Peste stratul de fundaţie compactat se aşterne un strat de egalizare de 2 cm din nisip, peste care se aşterne o hârtie rezistentă (de ambalaj sau Kraft) sau folie de polietilenă pentru a împiedica pătrunderea pastei de ciment în fundaţie şi solidarizarea dalei îmbrăcăminţii cu aceasta. Pe suprafaţa amenajată şi cofrată lateral cu longrine metalice speciale se aşterne betonul compactându-l cu vibrofinisoare care rulează ghidat pe longrine. Realizare (a) cu 1 singur strat de grosime minimă 14 cm sau cu (b) cu două straturi (strat superior – strat de uzură – minim 6 cm şi strat inferior – strat de rezistenţă – de 12...14 cm (fig.8.).

12

Strat de uzură Strat de rezistenţă Hârtie Kraft Strat 2 cm nisip Fundaţie

Fig. 8.

Beton de ciment realizat în două straturi

Întrucât betonul prezintă variaţii de volum la întărire şi din variaţii de temperatură este necesară împărţirea îmbrăcăminţii în dale (planşe), prin rosturi dispuse longitudinal şi transversal căii. Din punct de vedere al rolului, deosebim următoarele tipuri de rosturi: a. rosturi de contact (de lucru) care separă dale de beton de vârste diferite;

Strat uzură 6 cm OB Φ 10 Strat rezistenţă 14...16 cm

50 m

Rost de conta

Fig.9.

Rost de contact

b. rosturi de dilataţie, executate la 100 m bandă de beton care permit deplasarea liberă a dalelor la dilatarea şi contracţia termică; Mastic de bitum turnat pe reţea de armătură sau în rost

Scândură 16-20 mm

Fig.10. Rost de dilataţie c. rosturi de contracţie-încovoiere (rosturi false care străbat întreaga

13

grosime a îmbrăcăminţii) şi au rol de slăbire a secţiunii, de dirijare a fisurilor provocate de tensiuni din contracţie la întărirea betonului şi din tasările inegale ale fundaţiei drumului. Rost 4-8 mm

50 Grinzişoară lemn

Fig. 11. Rost de contracţie-încovoiere Compoziţia betoanelor este: raport apă/ciment (a/c) de 0,45; ciment Portland marcă 400 sau RIM, agregate cu diametrul maxim de 25 mm (piatră concasată sau de râu). Prepararea se face în staţii centralizate. Pentru asigurarea conlucrării dintre cele două straturi, stratul de uzură se toarnă la maxim ½ oră de la turnarea stratului de rezistenţă. Suprafaţa se protejează 24 ore cu acoperişuri sau corturi joase sprijinite pe longrine; în perioada de întărire, pentru a evita pierderea apei prin evaporare, se acoperă cu: - strat de nisip în stare umedă, grosime 3 cm sau - folie de polietilenă sau - peliculă din emulsie de parafină, bitum tăiat, etc. După 21 zile de la execuţie, se colmatează rosturile cu mastic bituminos şi se dă în circulaţie. 3. Pavaje Pavajele sunt îmbrăcăminţi din blocuri de piatră naturală, piatră artificială sau ale materiale aşezate unul lângă altul, pe fundaţie corespunzătoare, prin intermediul unui substrat de nisip sau mortar de ciment. Din punct de vedere al tipului de blocuri folosit se deosebesc pavaje din:

14

bolovani de râu (caldarâm); piatră brută; pavele normale; pavele abnorme; calupuri sau materiale speciale. Ca dezavantaje ale pavajelor se menţionează: - pregătirea blocurilor şi execuţia pavajelor se face manual; - rezultă suprafeţe neuniforme din cauza numărul mare de rosturi care produc zgomote în circulaţie. Dintre avantaje se precizează: - sunt rezistente şi durabile fiind recomandate pentru drumuri cu trafic foarte greu şi intens; - pot fi făcute şi refăcute uşor, fără pierderi de materiale fiind recomandate pentru drumuri cu multe reţele subterane sau unde se pot produce tasări ale fundaţiei; - fiind puţin influenţabile de vibraţii se utilizează în exclusivitate în zonele de circulaţie ale tramvaielor, pasaje de nivel CF. Ordinea efectuării operaţiilor la execuţia pavajelor este următoarea: - peste fundaţie se aşează un strat de nisip (I) grăunţos care se compactează (pilonează – batere cu maiul) până la o grosime finală de 5 cm; (2...3 cm pavaj din calupuri); - strat II de nisip; răspândire manuală, grosime 5 cm; - aşezare blocuri de piatră, fixare cu ciocanul; - batere uşoară cu maiul pentru regularizarea profilului; - răspândire nisip, udare abundentă şi periere pentru a pătrunde în rosturi, paralele cu baterea până la refuz cu maiul; - acoperire pavaj cu strat de nisip în grosime de 1 cm, cilindrare cu udare abundentă. Forma în plan a pavajelor diferă în funcţie de forma şi dimensiunile blocurilor. Exemple: pavaje din pavele normale 18 x 12 x13 cm tip dobrogean fig. 12.a sau 17 x 17 x 13 cm tip transilvănean fig.12 . .b. 15

butisă

a

b Fig. 12.

Pavaje

a. tip dobrogean; b. tip transilvănean

- pavaje din pavele abnorme (12...16) x (8...11) x (10...13) cm - aşezare în arc, datorită neuniformităţilor constructive (blocuri mari la chei şi mici la naşteri); a = 1,70...2,00 m - pavaje din calupuri mici (pavaj mic).

Fig.13. Pavaje din pavele abnorme La minim o lună de la darea în circulaţie se impermeabilizează rosturile la 16

trei rânduri prin amorsare şi umplere cu mastic bituminos. Pavajele din materiale speciale sunt de tipurile: - de clincher (din blocuri ceramice); - din lemn (pardoseli antiscântei); - din pavele de asfalt (executare de îmbrăcăminţi pentru trotuare, poduri, lucrări executate pe timp friguros şi de volum mic); - din plăci de beton de ciment; - din plăci de cauciuc vulcanizat.

17