Notiuni Teoretice cu Privire la Realizarea Imbracamintilor Rutiere

Diverse2

Notiuni Teoretice cu Privire la Realizarea Imbracamintilor Rutiere

Byadmin ianuarie 1, 2024

REZUMATUL LUCRĂRII

Lucrarea de diplomă cuprinde 4 capitole ordonate astfel: după o scurtă introducere cu rolul de a prezenta pe scurt tema abordată, în primul capitol se face referire la noțiuni teoretice cu privire la construcția drumurilor și a îmbrăcăminților rutiere, având ca bază vasta bibliografie existentă în momentul actual; al doilea capitol prezintă tehnologiile de executare a îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment în Uniunea Europeană.

În al treilea capitol am realizat o paralelă între modul de construcție a autostrăzilor în Germania, respectiv în România, iar în ultima parte a lucrării am încercat să aduc contribuții cu privire la realizarea unor îmbrăcăminți rutiere cu elemente inovative, de asemenea prezentând și o serie de condiții de calitate care trebuiesc respectate în modul de manipulare a materialelor utilizate în vederea realizării îmbrăcăminților rutiere. În încheiere sunt prezentate, așa cum este firesc, concluziile la care am ajuns în urma studiului.

ABSTRACT

The thesis includes four chapters organized as follows: after o brief introduction about the theme of the study, in the first chapter are presented the theoretical concepts on road and pavement construction based on the vast existing bibliography; The second chapter presents the execution technologies of cement- concrete pavement in the European Union.

In the third chapter I made a parallel between the types of the construction of motorways in Germany and Romania, and in the last part of the paper I have tried to make contributions on the development of road surfaces with innovative elements. Also i described the quality control that has to be done whilst manipulating the materials used for the construction of pavement. In the end, as naturally are presented briefly, the conclusions of the study.

INTRODUCERE

Sistemul rutier sau structura rutieră reprezintă ansamblul de straturi alcătuite din diferite materiale ( nisip, pietriș, piatră spartă, piatră bolovani, beton, asfalt etc.), așezate succesiv pornind de la patul drumului în sus, destinate suportării circulației în diferite condiții atmosferice și climatice.

Cercetarea are ca scop introducerea unor noțiuni elementare cu privire la realizarea diferitelor tipuri de îmbrăcăminților rutiere, prezentarea succintă a metodelor de reparare a defecțiunilor acestora, inevitabile în timp, descrierea diverselor tehnologii de execuție a îmbrăcăminților rutiere moderne în țările Uniunii Europene. De asemenea am realizat o paralelă între modul de construcție a autostrăzilor în România, respectiv Germania, tocmai pentru a identifica diferențele de concepție și design care intervin între aceste modele. În elaborarea proiectului am ales să introduc informații din vasta bibliografie existentă.

Am ales această temă datorită complexității sale și faptului că este de actualitate trezind interes persoanelor din acest domeniu, care încearcă zi de zi să îmbunătățească condițiile de circulație rutieră prin optimizarea modului de construcție al drumurilor atât din punct de vedere calitativ cât și cantitativ.

Din cunoștințele personale, pot afirma că îmbrăcămintea rutieră, prin prisma tipului ei, defecțiunilor, compoziției, are un rol hotărâtor în ceea ce privește rezistența în timp a sistemului rutier și desfășurarea în cele mai bune condiții a traficului rutier.

CAPITOLUL 1 NOȚIUNI TEORETICE CU PRIVIRE LA REALIZAREA ÎMBRĂCĂMINȚILOR RUTIERE

1.1 Drumul. Considerații generale

Prin drum se înțelege o cale de comunicație sub forma unei fâșii de teren special amenajată pentru circulația vehiculelor și a pietonilor. Din constituența drumului fac parte: podurile, viaductele, pasajele denivelate, tunelurile, construcțiile de apărare și consolidare, locurile de parcare și staționare precum și lucrările anexe ale drumurilor.

După criteriul utilizării, drumurile se împart în: drumuri publice destinate satisfacerii cerințelor de transport rutier ale întregii economii naționale și ale populației și, drumuri de exploatare, destinate satisfacerii cerințelor de transport ale unor entități economice( industriale, forestiere, petroliere, agricole etc.)

Din punct de vedere funcțional drumurile publice se împart in: drumuri de interes european, drumuri de interes național sau local. Drumurile de interes local se împart la rândul lor în drumuri județene, comunale și străzi. Drumurile de interes național se împart in autostrazi și drumuri naționale.

Autostrada reprezintă drumul național de mare capacitate și viteză, semnalizat special, rezervat exclusiv circulației autovehiculelor, cu sau fără remorci, care nu servește proprietății riverane, prevăzut cu două căi unidirecționale, separate printr-o zona mediană sau, în mod excepțional, prin alte modalități, cu excepția unor locuri speciale sau cu caracter temporar, având cel puțin două benzi de circulație pe sens și banda de urgență, intersecții denivelate și accese limitate, intrarea și ieșirea fiind permise numai prin locuri special amenajate.

Elementele componente ale drumului din prisma suprafețelor care fac parte din amenajarea generală a acestuia sunt:

zona drumului- constituită de suprafața de teren ocupată de drum și de lucrările aferente acestuia. Aceasta cruprinde ampriza drumului și două fâșii laterale, situate de fiecare parte a amprizei, numite zone de siguranță.

ampriza drumului- fâșia de teren ocupată de către elementele constructive ale drumului. În ampriză sunt cuprinse rigolele și platforma drumului, aceasta din urmă cuprinzând partea carosabila si acostamentele.

partea carosabilă- destinată circulației vehiculelor, circulația pe acostamente fiind cu totul accidentală și forțată de împrejurări.( fig 1.1)

Fig 1.1 Elementele componente ale drumului

Sursa: www.stoianconstantin.wordpress.com accesată in luna martie 2014

Drumul prezintă infrastructură și suprastructură. Infrastructura este partea corpului drumului care conține terasamentele și lucrările de artă totodată susținând suprastructura drumului. Suprastructura reprezintă porțiunea care cuprinde sistemul rutier și amenajarea acostamentelor. Prin corpul drumului se ințelege ansamblul elementelor care alcătuiesc terasamentele și complexul rutier, iar prin terasamente se ințelege totalitatea lucrărilor de pământ executate pentru realizarea drumului. Patul drumului definește suprafața superioară amenajată a terasamentelor pe care se așează structura rutieră.

Există doi factori principali care acționează asupra durmului: vehiculele si agenții atmosferici. Vehiculele aplică drumurilor sarcini verticale și forțe orizontale longitudinale și transversale. Agenții atmosferici reprezentați de umiditate, ger, căldură excesivă, ploile, zăpada, acționează în sensul inrăutațirii calităților portante ale fundației drumului și ale stratului superior aflat în contact direct cu roțile autovehiculului.

Pentru ca drumul să fie funcțional, corpul acestuia trebuie astfel alcătuit încât drumul să nu sufere degradări, sau ca acestea să fie minime sub acțiunea celor doi factori. Acest deziderat este îndeplinit prin construirea corespunzătoare a sistemului rutier.

Sistemul rutier sau structura rutieră reprezintă ansamblul de straturi alcătuite din diferite materiale( nisip, pietriș, piatră spartă, piatră bolovani, beton, asfalt etc.), așezate succesiv pornind de la patul drumului în sus, destinate suportării circulației în diferite condiții atmosferice și climatice.

Sistemele rigide prezintă in componența lor un strat de beton, de ciment sau de macadam cimentat căutând să înlăture orice deformație a drumului sub acțiunea vehiculelor, peste care se aplică îmbrăcăminți din beton de ciment.

Structura rutieră suplă sau nerigidă este alcătuită dintr-un ansamblu de straturi realizate din materiale necoezive stabilizate mecanic sau/și cu lianți hidrocarbonați, îmbrăcămintea si stratul de baza fiind realizate din mixturi asfaltice, sau, în mod exceptional, din macadam bituminos sau din macadam (pietruire). Sistemele nerigide admit ipotetic deformații sub acțiunea vehiculului cu revenirea integrală la starea inițială după trecerea lui. Structura rutiera mixtă este constituită din straturi din agregate naturale stabilizate mecanic si cu lianți hidraulici sau puzzolanici, în care apar în timp fisuri din contracție, iar îmbrăcămintea si eventual stratul de bază sunt straturi bituminoase. Stratul rutier din agregate naturale stabilizate cu ciment sau cu lianți puzzolanici poate fi strat de fundație sau/și strat de bază.

Structura rutieră este alcătuită din:

substrat

straturi de fundație

straturi de bază

îmbrăcăminte ( fig 1.2)

Fig.1. 2 Alcătuirea structurii rutiere

Realizată de autor după sursa: www.ro.wikipedia.com accesată în luna iunie 2014

Din componența structurilor rutiere poate să lipsească unul sau mai multe straturi, iar unele dintre straturi pot să îndeplinească unul sau mai multe roluri.

Substratul se așează pe patul terasamentului, cu scopul de a feri pământul de fundație de efecte dăunătoare. Stratul de fundație este componenta sistemului rutier prin care se transmit și se repartizează patului drumului solicitările verticale provenite din circulația vehiculelor, în limitele de rezistență ale acestuia. Stratul de bază este situat între stratul de fundație și îmbrăcăminte cu rolul de a prelua din încărcările datorate traficului, în special eforturile tangențiale și de întindere, repartizând fundației eforturile verticale în limita capacității de rezistență a acesteia.

Îmbrăcămintea rutieră reprezintă partea superioară a sistemului rutier, alcătuită din unul sau două straturi care suportă direct acțiunile traficului și ale agenților atmosferici. Stratul superior al îmbrăcăminții se numește strat de uzură, pe când cel inferior se numește strat de legătură.

Straturile structurii rutiere prezintă caracteristici fizico-mecanice și de portanță diferite, în funcție de materialele din care sunt realizate, tehnologia de execuție folosită și de rolul pe care îl îndeplinesc în alcătuirea ansamblului. Condițiile de calitate ale straturilor rutiere trebuie să sporească de la straturile inferioare spre cele superioare, cele ale îmbrăcămintei fiind cele mai performante.

Referitor la modul de alcătuire și de execuție a straturilor rutiere, se rețin următoarele principii structurale:

principiul structural al compactării presupune că materialul din care este alcătuit stratul rutier are o granulozitate care să permită realizarea, printr-o compactare adecvată, unei densităti maxime, obținându-se astfel o capacitate portantă cât mai ridicata;

principiul structural al macadamului se referă la realizarea stratului rutier prin așternerea în reprize a unor sorturi monogranulare din piatră spartă de dimensiuni din ce în ce mai mici, fiecare repriză de așternere fiind urmată de o compactare corespunzatoare, până în momentul în care granulele sortului așternut nu mai pătrund în stratul format, ci se sfărâmă sub rulourile compactorului;

principiul structural al betonului se referă la realizarea stratului rutier din agregate naturale legate între ele cu un liant care prin întărire permite obținerea unui material cu rezistențe mecanice mari;

principiul structural al pavajelor se referă la realizarea stratului rutier din materiale pietroase fasonate de diverse forme și dimensiuni așezate pe un strat suport corespunzător, astfel încât acestea să formeze un ansamblu uniform și stabil.

Grosimile straturilor rutiere se determină prin calcule care au la bază metode de dimensionare specifice fiecărei categorii de structură rutieră.

Sistemul rutier, impreună cu zona activă a terasamentelor din patul drumului, până la adâncimea la care practic nu se mai resimte influență sarcinilor verticale ale vehiculelor, se numește complex rutier. Se desprinde deci, necesitatea proiectării întregului complex rutier, acordându-se o importanță majoră alcătuirii fiecărui strat, precum și conlucrării dintre terasamente, teren natural și structura rutieră.

1.2 Îmbrăcăminți rutiere- Date generale

Structurile rutiere trebuie proiectate și realizate astfel încât să reziste în bune condiții, pe intreaga durată de exploatare, solicitărilor din trafic și acțiunilor factorilor hidrologici și climaterici.

Stratul rutier cel mai important care preia direct solicitările traficului și asupra căruia acționează factorii exteriori (hidrologici si climaterici) este îmbrăcamintea structurii rutiere, în consecință, aceasta trebuie realizată din materialele cele mai rezistente, aplicând tehnologii care să permită obținerea unor caracteristici fizico-mecanice superioare, în vederea asigurării unei mari durabilități.

Tipurile de îmbrăcăminți rutiere moderne sunt:

îmbrăcăminți rutiere bituminoase

îmbrăcăminți rutiere din beton de ciment

îmbrăcăminți rutiere din piatră fasonată.

1.2.1 Îmbrăcăminți rutiere bituminoase

Dintre îmbrăcămințile rutiere moderne acestea sunt cele mai răspândite pentru că prezintă o serie de avantaje: din punctul de vedere al posibilităților de execuție, confortului oferit utilizatorilor, condițiilor de întreținere si exploatare, costului etc.

Îmbrăcămințile rutiere bituminoase au în compozitia lor bitumul. Unul dintre avantajele importante ale acestora reprezintă posibilitatea execuției în etape a structurilor rutiere cu astfel de îmbrăcăminți, pe măsura necesității de mărire a capacității portante, ca urmare a cresterii solicitărilor din trafic. Într-o prima etapă, când traficul este mai redus, se proiectează și se execută o îmbrăcăminte bituminoasă provizorie, iar apoi, pe măsura creșterii traficului, structura rutieră se ramforseaza prin execuția de noi straturi bituminoase.

In funcție de caracteristicile materialelor din care sunt realizate si de durata de exploatare a acestora, îmbrăcămințile rutiere bituminoase se grupează astfel:

îmbrăcăminți bituminoase provizorii.

îmbrăcăminți bituminoase ușoare.

îmbrăcăminți bituminoase grele.

îmbrăcăminți bituminoase speciale.

Îmbrăcămințile bituminoase provizorii se realizeaza din macadam protejat cu tratamente bituminoase, in scopul evitării formării prafului si noroiului, etanșării structurii rutiere si conservării pietruirii existente. Ele se proiectează si se execută pe drumuri unde traficul este redus, considerându-se o durată de exploatare de cațiva ani (sub 7 ani). Ca și dezavantaj se constată necesitatea intreținerii permanente, ce se realizează, de obicei, prin plombări si tratamente bituminoase de etanșare.

Îmbrăcămințile bituminoase ușoare, denumite impropriu „semipermanente”, se proiectează pentru o durată de exploatare de 8 – 12 ani, pentru drumuri cu trafic redus si mijlociu, punând în valoare, in funcție de tehnologiile de execuție, materialele locale existente. În aceasta categorie pot fi incluse macadamurile bituminoase si îmbrăcămințile rutiere realizate din anrobate bituminoase etanșate, mortare asfaltice si betoane asfaltice cu nisip bituminos.

În general, prin noțiunea de îmbrăcăminte bituminoasă ușoara se întelege un complex de lucrări care au drept scop principal întreîinerea unor drumuri pietruite prin aplicarea unor tehnologii cuprinzând, în principal, următoarele activități:

amenajarea elementelor geometrice ale drumului existent, cu păstrarea zestrei existente a structurii rutiere;

asigurarea scurgerii apelor si refacerea podetelor necorespunzătoare;

mărirea siguranței circulației;

executarea unei îmbrăcăminți bituminoase, prin una din tehnologiile menționate si cu folosirea la maximum a agregatelor naturale din zona santierului.

Îmbrăcămințile bituminoase grele sau „ permanente”, se execută pentru drumuri cu trafic intens si greu, pentru o durată de exploatare de minim 12 ani. Din această grupă fac parte toate îmbrăcămințile rutiere bituminoase ce se realizează din betoane asfaltice sau asfalt turnat dur, in grosime minima de 6 cm, așternute de regula pe un strat de bază din anrobate bituminoase. Spre deosebire de îmbrăcămințile bituminoase provizorii si ușoare, acestea trebuie sa indeplinească si exigente superioare din punct de vedere al calitătii suprafeței de rulare (planeitate, rugozitate), pentru a asigura participanților la circulație condiții de confort si sigurantă mărite.

Îmbrăcămințile bituminoase speciale sunt realizate prin tehnologii specifice utilizând materiale cu calitați deosebite si se aplică in condiții particulare, in scopuri bine determinate. În consecință, costul acestora este mai ridicat, comparativ cu celelalte tipuri de îmbrăcăminți rutiere bituminoase. Din categoria îmbrăcăminților bituminoase speciale fac parte:

îmbrăcămințile bituminoase colorate.

îmbrăcămințile bituminoase cu performante mecanice superioare, executate din betoane asfaltice in compozitia carora se utilizeaza ca liant bitum modificat, bitum cu adaos de cauciuc, rășini termoplastice, bitum aditivat etc.

îmbrăcămințile bituminoase etanșe, pentru calea pe poduri (asfalt turnat, asfalt turnat dur, mortar asfaltic turnat, beton asfaltic cilindrat pentru calea pe poduri).

Îmbrăcămințile bituminoase din mixturi asfaltice prefabricate.

1.2.2 Îmbrăcăminți rutiere din beton de ciment

Îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment sunt elementul principal al structurii rutiere rigide. În concluzie, comportarea în exploatare a structurilor rutiere rigide se confundă

cu comportarea îmbrăcăminții rutiere. Îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment se realizează pe toată lățimea partii carosabile si a benzilor de încadrare, sub forma unor dale din beton de ciment cu grosimea de 16-25 cm, având rosturi longitudinale de contact si rosturi transversale de contracție si de dilatație.

În comparație cu îmbrăcămințile rutiere bituminoase, îmbrăcămințile rutiere din beton

de ciment prezintă următoarele avantaje:

au rezistențe mecanice mai mari și durate de exploatare ridicate (cca 30 ani), motiv pentru care sunt folosite pentru traficul intens si greu;

au rezistență mecanică si la acțiunea agenților climaterici, a carburanților și lubrifianților;

au culoare deschisă, deci prezintă o vizibilitate mai bună;

nu se deformează permanent (făgase, valuriri) sub acțiunea traficului si a agenților climaterici;

au o rugozitate ridicată;

permit folosirea în mai mare masură a agregatelor naturale din zona șantierului;

dacă sunt corect executate, necesită lucrari de întreținere foarte reduse;

cheltuilelile totale de execuție si de întreținere pe perioada de exploatare sunt mai scăzute.

Totodată îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment prezintă și o serie de dezavantaje față de cele realizate din bitum:

cheltuieli inițiale relativ mari, pentru construcție;

posibilitatile de ranforsare a structurilor rutiere din beton de ciment impun utilizarea unor tehnologii de execuție mai complexe;

existenta rosturilor transversale care deranjeaza circulația autovehiculelor;

defecțiunile și eventualele greșeli de execuție se elimină foarte greu și cu cheltuieli semnificative;

îmbrăcămintea nu poate fi dată în exploatare decât dupa ce betonul de ciment atestă rezistențe mecanice corespunzătoare (de regula 3 săptămâni).

1.2.3. Îmbrăcăminți rutiere din piatră fasonată

Îmbrăcămințile rutiere din piatră fasonată (pavaje) au fost primele îmbrăcăminți rutiere moderne. Acest tip de îmbrăcăminți rutiere se pot clasifica, dupa forma si dimensiunile pietrei fasonate folosite, astfel:

pavaje din pavele normale care folosesc două tipuri de pavele: de tip dobrogean (cu fata dreptunghiulară) sau de tip transilvănean (cu fata pătrată)

pavaje din pavele abnorme, cu pavele de forma prismatica si cu dimensiunile laturilor încadrate în anumite limite

pavaje din calupuri, pentru realizarea cărora se folosesc pavele mici de forma cubică.

Pavajele sunt însă rar folosite în tehnica rutieră actuală, în special datorită numeroaselor dezavantaje pe care le prezintă:

necesită un consum important de timp atât pentru producerea pietrei fasonate cât și pentru executarea propriu-zisă;

suprafața de rulare realizată este neuniformă, producând prin vibrații o uzură mai mare a autovehiculelor. Vibrațiile autovehiculelor produc o poluare importantă a mediului înconjurător;

ca urmare unui trafic intens si greu, pavajele se lustruiesc, își pierd rugozitatea geometrică inițială, iar îmbrăcămintea devine alunecoasă (poate favoriza derapajul).

Fig 1.3 Îmbrăcăminți rutiere din pavaje

Sursa: www.pavajedinbeton.wgz.ro/ accesată in luna aprilie 2014

Alegerea tipului de îmbrăcăminte se face pe baza unor calcule tehnico-economice complexe care iau în cosiderare avantajele si dezavantajele celor trei tipuri de îmbrăcăminți rutiere prezentate, precum si experiența acumulată în executarea unei anumite tehnologii.

1.3 Defecțiuni ale îmbrăcăminților rutiere moderne

Se definesc tipurile de defecțiuni ce apar la îmbrăcămințile rutiere moderne cu menționarea cauzelor care le generează și a soluțiilor tehnice de principiu care se recomandă a fi adoptate pentru prevenirea și remedierea acestora.

Tratarea defecțiunilor este grupată in funcție de tipurile îmbrăcăminților rutiere, după cum urmează:

defecțiuni ale îmbrăcăminților bituminoase

defecțiuni ale îmbrăcăminților din beton de ciment

defecțiuni ale pavajelor din piatră cioplită.

1.3.1 Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere bituminoase

Clasificarea defecțiunilor îmbrăcăminților rutiere bituminoase după locul de apariție este prezentată în tabelul 1.1:

Tabelul 1.1 Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere bituminoase după locul de apariție

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere, accesată în data de 14 aprilie

Clasificarea defecțiunilor îmbrăcăminților rutiere bituminoase după urgența de remediere este prezentată în tabelul 1.2:

Tabelul 1.2 Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere bituminoase după urgența de remediere

Sursa: http://www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie

Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere bituminoase se datorează in general următoarelor grupe de cauze:

exploatarea lor sub un trafic intens și greu

capacitatea portantă a complexelor rutiere necorespunzătoare

calitatea necorespunzătoare a materialelor folosite pentru construcție

execuția lucrărilor in condiții de calitate necorespunzătoare

condiții de exploatare agresive neluate in calcul la proiectare

lipsă de întreținere adecvată condițiilor meteorologice, de trafic și duratei de exploatare.

Pentru prevenirea apariției defecțiunilor, in scopul asigurării unei viabilități corespunzătoare a drumurilor se impune ca la construcția și întreținerea drumurilor să se urmărească:

utilizarea unor materiale cu caracteristici corespunzătoare, conform normativelor în viguare

executarea unor lucrări de foarte bună calitate, cu respectarea strictă a tehnologiilor prescrise de normative și a parametrilor prevăzuți în proiecte

întreținerea drumurilor prin lucrări de calitate executate la timp, urmărindu- se asigurarea unui caracter preventiv activității de întreținere

dimensionarea corespunzătoare a complexului rutier pentru asigurarea preluării în bune condiții a sarcinilor din trafic, in special din traficul greu

protejarea straturilor rutiere și a pământului din patul drumului de acțiunea apelor prin luarea măsurilor necesare pentru evacuarea acestora și etanșarea îmbrăcăminții

asigurarea la acțiunea îngheț- dezghețului

ranforsarea complexelor rutiere cu durată de exploatare depășită

controlul traficului din punct de vedere al tonajului.

Remedierea defecțiunilor îmbrăcăminților rutiere bituminoase se face cât mai urgent posibil respectând tehnologiile de reparare specifice fiecărui tip de defecțiune pentru a asigura in continuare siguranța circulației.

Tehnologii pentru remedierea defecțiunilor îmbrăcăminților rutiere bituminoase:

Tratarea suprafețelor cu exces de bitum

Badijonarea suprafețelor poroase

Colmatarea fisurilor și crăpăturilor din îmbrăcămințile rutiere bituminoase

Colmatarea cu mastic bituminos

Colmatarea cu mixtură asfaltică

Repararea defecțiunilor și a gropilor prin decaparea și refacerea îmbrăcămintei bituminoase

Decaparea și înlocuirea completă a structurii rutiere.

Tehnologii moderne pentru regenerarea și reutilizarea îmbrăcăminților rutiere bituminoase vechi

După cum este cunoscut până în prezent, pentru întreținerea îmbrăcăminților bituminoase s-au aplicat aproape în exclusivitate soluții care constau în acoperirea acestora cu noi învelișuri sau straturi bituminoase realizate după diverse tehnologii, fără a se lua în considerare și posibilitatea acționării asupra îmbrăcăminților vechi existente.

Actualmente se practică în mod curent tehnologii pentru regenerarea și refolosirea îmbrăcăminților bituminoase vechi. Dintre procedeele mai frecvent utilizate se menționează:

regenerarea îmbrăcămintei vechi fără a modifica dozajul mixturii asfaltice, prin:

• frezare la rece;

• rabotare sau frezare la cald;

• termoreprofilare;

• termoregenerare;

regenerarea îmbrăcămintei cu mixtură asfaltică existentă recuperată și corectată prin:

• metoda regenerării la fața locului;

• metoda refolosirii la cald a mixturii vechi prin corectarea dozajului și reamestecare în instalații de produs mixturi asfaltice.

1.3.2 Defecțiuni ale îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment

Clasificarea defecțiunilor îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment simplu sub formă de dale scurte negujonate, după locul de apariție este redată în tabelul 1.3:

Tabelul 1.3 Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment după locul de apariție

Sursa:www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie

Clasificarea defecțiunilor îmbrăcăminților din beton de ciment după urgența de remediere este prezentată în tabelul 1.4:

Tabelul 1.4 Defecțiunile îmbrăcăminților din beton de ciment după urgența de remediere

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie

Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment se datorează următoarelor grupe de cauze:

acțiunea agresivă a traficului greu

structură rutieră nesatisfăcătoare, subdimensionată

calitatea necorespunzătoare a materialelor puse în operă

execuția necorespunzătoare a lucrărilor de construcție

condiții de exploatare și de mediu agresive

lucrări de întreținere insuficiente și neexecutate la timp

oboseala datorită depășirii duratei de exploatare.

Acțiunea traficului greu și intens are o influență hotărâtoare în apariția fenomenului de pompaj care poate produce în timp fisuri, tasări și rupturi în apropierea rosturilor transversale afectate.

Structura rutieră prin grosimea insuficientă a dalelor, drenarea nesatisfăcătoare a apei din corpul drumului, neasigurarea la îngheț- dezgheț și in special prin capacitatea portantă neuniformă a straturilor de fundație și a terasamentelor, conduce la apariția defecțiunilor în

îmbrăcăminte (fisuri și crăpături) precum și a defecțiunilor grave ale structurii (tasarea dalelor, faianțări și degradarea totală a dalelor).

Calitatea materialelor utilizate la execuția îmbrăcăminților din beton de ciment influențează în mod special apariția suprafețelor exfoliate și a gropilor în cazul folosirii agregatelor gelive sau murdare, precum și a fisurilor și faianțărilor în cazul folosirii unui ciment necorespunzător. Execuția necorespunzătoare a lucrărilor și perioada de execuție influențează apariția tuturor tipurilor de defecțiuni, cei mai importanți factori fiind amenajarea și colmatarea rosturilor. Inghețul în timpul prizei și întăririi cimentului favorizează apariția exfolierilor. Condițiile de exploatare, prin regimul pluvial intens, ecartul termic mare și ciclurile repetate de îngheț-dezgheț influențează apariția unor defecțiuni ale rosturilor, îmbrăcăminții și structurii, durata de exploatare având un rol hotărâtor în dezvoltarea defecțiunilor grave. Lucrările de întreținere neexecutate la timp sau realizate defectuos, în special cele privind colmatarea periodică a rosturilor, fisurilor și crăpăturilor, influențează apariția tuturor tipurilor de defecțiuni.

Procesul de degradare a îmbrăcăminților rutiere rigide din beton de ciment se produce în primul rând datorită mișcărilor dalelor pe verticală, ca urmare a deteriorării condițiilor de rezemare pe suprafața fundației, ceea ce conduce la apariția fenomenului de pompaj, a fisurilor, crăpăturilor, rupturilor, tasării dalelor etc.

Lipsa de etanșeitate a rosturilor și crăpăturilor precum și prezența apei în corpul drumului sunt factorii agravanți în dezvoltarea procesului de degradare a îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment.

De regulă, defecțiunile îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment se produc progresiv în timp, sub acțiunea traficului și a condițiilor de exploatare, după următorul lanț: decolmatarea rosturilor – pompaj – fisurare – tasare – crăpătură – faianțare – degradare totală sau exfoliere – groapă – degradare totală.

Tehnologiile de remediere frecvent utilizate sunt următoarele:

colmatarea, în cazul decolmatării rosturilor și deschiderii rosturilor longitudinale precum și în cazul fisurilor și crăpăturilor;

repararea cu beton rutier fluidifiat în cazul rupturilor de rosturi și în cazul înlocuirii totale sau parțiale a dalelor faianțate sau tasate;

repararea cu mortare sau betoane de ciment speciale (beton armat cu fibre de oțel, mortar cu amestecuri epoxidice) sau provizoriu cu mixturi asfaltice în cazul suprafețelor mici exfoliate, rupturilor de margine, peladei, gropilor sau tasării locale a dalelor;

aplicarea de tratamente bituminoase duble inverse, sau șlamuri bituminoase în cazul suprafețelor mari șlefuite sau exfoliate;

ranforsarea cu îmbrăcăminți bituminoase sau din beton de ciment, în cazul faianțărilor, tasărilor sau distrugerilor totale ale dalelor ce se manifestă pe sectoare de drum mai mari.

1.3.3 Defecțiuni ale pavajelor din piatră cioplită

Clasificarea defecțiunilor pavajelor din piatră cioplită în funcție de locul apariției este prezentată în tabelul 1.5:

Tabelul 1.5 Defecțiunile pavajelor din piatră cioplită în funcție de locul apariției

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie

Clasificarea defecțiunilor pavajelor din piatră cioplită în funcție de urgența de remediere este prezentată succint în tabelul 1.6:

Tabelul 1.6 Defecțiunile pavajelor din piatră cioplită în funcție de urgența de remediere

Sursa: http://www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie

În cadrul lucrărilor de întreținere a pavajelor, o mare importanță o are operația de menținere a etanșeității rosturilor prin colmatarea lor cu mastic bituminos, care asigură impermeabilitatea îmbrăcăminții, împiedică rotunjirea pavelelor și face ca pavajul să producă mai puțin zgomot sub circulație.

Remedierea defecțiunilor la pavajele din piatră cioplită se face prin următoarele tehnologii:

Colmatarea rosturilor pavajelor din piatră cioplită

Repararea pavajelor cu defecțiuni de înfundare sau spargere a unor pavele izolate

Repararea denivelărilor în pavajele din piatră cioplită.

1.4 Mixturi asfaltice

Mixturile asfaltice sunt materiale de construcție realizate din amestecuri obținute pe baza unor dozaje judicios stabilite, din agregate naturale sau artificiale și filer, aglomerate cu bitum, printr-o tehnologie adecvată.

Agregatele naturale utilizate la prepararea mixturilor asfaltice sunt:

criblurile de toate sorturile;

nisipurile naturale și nisipul de concasaj;

balasturile și pietrișurile concasate sau nu, sortate la dimensiuni corespunzătoare;

deșeurile de carieră, care se pot folosi doar în anumite condiții bine stabilite.

Agregatele artificiale care pot fi luate în considerare, în anumite condiții locale, la prepararea mixturilor asfaltice sunt, în special, zgura de furnal înalt și granulitul.

Filerul cel mai frecvent folosit la prepararea mixturilor asfaltice este cel obținut prin măcinarea pietrei de calcar (filer de calcar).

Bitumul folosit pentru prepararea mixturilor asfaltice are o importanță hotărâtoare asupra calității mixturii asfaltice.

Determinarea dozajului componenților în mixtura asfaltică se efectuează cu deosebită grijă, prin calcule și încercări specifice de laborator, cu luarea în considerare a calității materialelor disponibile, intensității traficului, rolului stratului în structura rutieră, grosimii stratului rutier, perioadei de execuție, zonei climaterice în care se situează sectorul de drum considerat etc.

Tehnologia de preparare a mixturilor asfaltice se poate derula "la cald", caz în care agregatele naturale sunt încalzite în vederea anrobării lor cu bitum care la rândul lui este cald, respectiv "la rece", caz în care omogenizarea agregatelor naturale cu liantul (de regulă emulsie bituminoasă cationică cu rupere lentă) se desfășoară la temperatura mediului ambiant.

Dintre cele două tehnologii, dezvoltarea cea mai mare o are tehnologia "la cald" asupra căreia ne vom axa în continuare.

1.4.1 Clasificarea mixturilor asfaltice

Mixturile asflatice pot fi grupate astfel:

betoane asfaltice;

asfaltul turnat;

mortare asfaltice;

anrobate bituminoase.

Betoanele asfaltice sunt amestecuri alcătuite, după dozaje judicios stabilite, din cribluri, nisip și filer aglomerate cu bitum, după o tehnologie adecvată. Ele se utilizează în principal pentru realizarea îmbrăcăminților bituminoase cu durata de exploatare îndelungată, pe drumuri cu solicitări importante din trafic și din condițiile climaterice.

În funcție de necesități, betoanele asfaltice se pot proiecta și realiza într-o mare diversitate, și anume:

betoane asfaltice cu execuția la cald, grupă care cuprinde:

betonul asfaltic bogat în criblură;

betonul asfaltic rugos;

betonul asfaltic rugos prin clutaj;

betonul asfaltic cu nisip bituminos;

betonul asfaltic cu agregat mare;

betonul asfaltic deschis;

betoanele asfaltice speciale.

betoane asfaltice cu execuția la rece, grupă în care se încadrează:

betonul asfaltic stocabil cu bitum tăiat

betonul asfaltic stocabil cu emulsie bituminoasă catonică

betonul asfaltic cu suspensie de bitum filerizat

Betoanele asfaltice cu execuția la rece sunt utilizate pentru repararea îmbrăcăminților rutiere în perioadele când instalațiile de producere a mixturilor asfaltice (I. P. M. A.) nu sunt în funcțiune.

Asfaltul turnat este una din cele mai vechi tipuri de mixturi asfaltice cunoscute, fiind utilizat ca îmbrăcăminte bituminoasă pentru trotuare și străzi.

Asfaltul turnat este un beton asfaltic compact, având toate golurile umplute cu bitum și din această cauză complet impermeabil. Ca urmare a acestor proprietăți, asfaltul turnat este utilizat pentru etanșări și impermeabilizări. Asfaltul turnat se pune în operă manual sau mecanic, prin așternere și nivelare, fără a necesita compactare.

În funcție de natura agregatelor naturale folosite la executarea acestui tip de mixtură asfaltică se disting:

asfaltul turnat dur

asfaltul turnat

Asfaltul turnat dur se utilizează pe străzi și drumuri cu trafic intens pentru realizarea stratului de uzură și ca îmbrăcăminte pentru calea pe poduri definitive. Asfaltul turnat se poate folosi și pentru realizarea stratului de uzură pentru drumuri și străzi cu trafic redus și mijlociu și pe podețe definitive, ca îmbrăcăminte în piețe, pe alei, trotuare, piste pentru cicliști etc.

Mortarul asfaltic este un amestec obținut în anumite condiții din nisip natural, nisip de concasaj, filer și bitum. Mortarul asfaltic se utilizează la executarea îmbrăcămiților bituminoase ușoare, ca strat de uzură, pe drumuri de clasă tehnică III- IV sau la închiderea suprafețelor îmbrăcăminților bituminoase executate din anrobate bituminoase care au un volum de goluri ridicat. Mortarele asfaltice se pot realiza:

la cald, si anume:

mortarul asfaltic cu bitum cald

mortarul asfaltic cu nisip bituminos si bitum dur

mortarul asfaltic turnat

la rece, si anume:

mortarul asfaltic cu suspensie de bitum filerizat ( mortar subif)

mortar asfaltic cu emulsie bituminoasă

Mortarele asfaltice au o arie de aplicabilitate foarte restrânsa deoarece conțin un procent ridicat de bitum si realizează o îmbrăcăminte bituminoasa cu o suprafața insuficient de rugoasă.

Anrobatele bituminoase sunt amestecuri alcătuite, dupa dozaje bine stabilite, în principal din agregate naturale locale ca balast, nisip, pietriș, deșeuri de carieră etc., neconcasate sau concasate parțial sau total și filer, aglomerate cu bitum printr-o tehnologie specifică, fiind utilizate pentru executarea îmbrăcăminților bituminoase ușoare sau a straturilor de bază.

Din punct de vedere calitativ anrobatele bituminoase sunt inferioare betoanelor asfaltice, întrucât se realizează din agregate naturale locale fără o prelucrare specifică, granulozitatea prescrisă fiind mai largă, iar conținutul de liant mai redus.

Anrobatele bituminoase pot fi realizate la cald sau la rece într-o mare varietate de tipuri, dintre care se menționează:

cu execuția la cald:

anrobate bituminoase cu bitum D 80/120

anrobate bituminoase cu nisip bituminos și bitum dur

cu execuția la rece:

anrobate bituminoase cu suspensie de bitum filerizat (subif)

anrobate bituminoase cu emulsie bituminoasă.

Alegerea tipului de mixtură asfaltică din care să se realizeze îmbrăcămințile bituminoase prezintă o deosebită importanță tehnică și economică. Din aceste considerente proiectantul, pe baza studiilor privind: existența materialelor locale și posibil de aprovizionat, condițiile climaterice, evoluția traficului etc. si luând în considerare caracteristicile mixturilor asfaltice, este obligat să indice necondiționat modul de alcătuire a tuturor straturilor bituminoase ale structurii rutiere și mai ales a tipului de mixtură asfaltică pentru îmbrăcăminte.

1.4.2 Caracteristicile fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice

Încercările dinamice care se efectuează în vederea verificării caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice sunt următoarele:

Rezistența la deformații permanente:

viteza de fluaj și fluajul dinamic al mixturii asfaltice, determinată prin încercarea la compresiune ciclică triaxială pe probecilindrice din mixtură asfaltică.

viteza de deformație și adâncimea făgașului, determinată prin încercarea de ornieraj pe epruvete confecționate în laborator sau prelevate prin tăiere din stratul realizat.

Rezistența la oboseală

Modulul de rigiditate, determinat prin încercarea la rigiditate a unei probe cilindrice din mixtură asfaltică

Volumul de goluri al mixturii asfaltice compacte.

1.4.3 Caracteristicile straturilor gata executate

Caracteristicile straturilor realizate din mixturi asfaltice sunt:

gradul de compactare și absorbția de apă

rezistența la deformații permanente

elementele geometrice ale stratului executat

caracteristicile suprafeței îmbrăcăminților bituminoase executate:

planeitatea în profil longitudinal;

uniformitatea în profil longitudinal;

uniformitatea în profil transversal;

rugozitatea suprafeței;

omogenitatea suprafeței.

1.4.4 Producerea mixturilor asfaltice

Mixturile asfaltice se prepară în instalații mecanice speciale, respectând un proces tehnologic adecvat. Există două posibilități de derulare a tehnologiei de preparare a mixturilor asfaltice: "la cald", caz în care agregatele naturale sunt încalzite în vederea anrobarii lor cu bitum care la rândul lui este cald, respectiv "la rece", caz în care omogenizarea agregatelor naturale cu liantul (de regula emulsie bituminoasa cationica cu rupere lenta) se desfașoară la temperatura mediului ambiant. Dintre cele două tehnologii, cea mai mare dezvoltare o prezintă tehnologia "la cald" asupra căreia vom insista în continuare.

Instalatii pentru producerea mixturilor asfaltice

instalații în flux discontinuu care în principiu necesita, la nivelul malaxorului, dozarea separată a agregatelor naturale, filerului si bitumului, operație care necesită o întrerupere a fluxului tehnologic la fiecare sarjă (fig1.4)

instalații în flux continuu care permit omogenizarea agregatelor naturale cu filerul și bitumul fără nici o întrerupere a fluxului tehnologic (fig. 1.5)

instalații uscător-malaxor la care uscătorul are si rolul de malaxor, mixtura asfaltica produsă în flux continuu fiind gata preparata la ieșirea din uscătorul-malaxor, fiind preluata si depozitata în buncărul de stocare sau direct în autobasculantă (fig.1.6)

Fig 1.4 Instalație în flux discontinuu

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie 2014

Fig 1.5 Instalație în flux continuu

Sursa:www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie 2014

Fig 1.6 Instalație uscător-malaxor

Sursa:www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Defectiunile_imbracamintilor_rutiere accesată în data de 14 aprilie 2014

Procesul tehnologic de fabricare a mixturilor asfaltice la cald cuprinde în principal următoarele faze: predozarea agregatelor naturale, încălzirea lor, dozarea si amestecarea agregatelor naturale cu filerul si bitumul în malaxor.

Predozarea agregatelor naturale este asigurata de predozatoare care permit alimentarea continuă si constantă a instalației de produs mixturi asfaltice.

Uscarea, încalzirea si desprafuirea agregatelor naturale sunt operatii deosebit de importante întrucât pentru a se realiza o bună anrobare cu bitum a agregatelor naturale, acestea trebuie sa aibă o temperatură corespunzatoare si sa fie curate. Din buncărul de depozitare, agregatele naturale sunt colectate cu elevatorul cu cupe reci sau cu o banda transportoare si trecute în uscător. Agregatele naturale sunt încalzite de gazele calde de ardere o data cu înaintarea lor în contracurent prin uscator.

Uscarea agregatelor naturale este o operație de importantă maximă care are o influență preponderenta asupra randamentului instalației ăi a consumului de combustibil. Factorii principali de care trebuie să se țină cont în procesul de uscare si încălzire sunt:

umiditatea agregatelor naturale;

granulozitatea agregatelor naturale;

temperatura necesară pentru o anrobare corespunzătoare.

Agregatele naturale la ieșirea din uscător sunt preluate de elevatorul cu cupe calde si sunt conduse la un siloz, care poate fi prevăzut cu instalații de sortare si dozare. Elevatorul cu cupe calde este acoperit pentru a evita pierderile de caldură și pierderile de particule fine.

Dozarea si malaxarea se fac astfel încât sa se poata realiza mixturi asfaltice cât mai omogene, respectându-se dozajele date de laborator. Agregatele naturale calde cântarite de catre sortatorul-distribuitor sunt introduse în malaxor. Se adaugă apoi filerul rece și se caută obținerea unei cât mai bune omogenizări a agregatelor naturale cu filerul. Se adauga bitumul fierbinte la temperatura de 150-170°C și se continuă amestecarea. Încălzirea bitumului se poate realiza cu picurătoare sau mai eficient cu serpentine prin care circula ulei mineral fierbinte. Dozarea bitumului se poate face gravimetric sau volumetric, iar dozarea filerului se face cu ajutorul unui dozator specific, prin cântărire. Malaxoarele cele mai raspândite sunt cele cu ax orizontal prevazute cu palete (fig1.7 ).

Fig 1.7 Malaxor cu ax orizontal

Sursa: www.bizoo.ro/firma/ocmerimpianti/vanzare/5364495/malaxor-dublu-ax-orizontal accesată în luna aprilie 2014

La ieșirea din malaxor, mixtura asfaltică se depoziteaza provizoriu într-un buncăr de unde este încărcată în autobasculante si transportată la locul de punere în opera. Temperatura mixturii asfaltice livrata de instalație trebuie sa fie 140- 170°C, în funcție de temperatura atmosferica si de distanța de transport. Pentru betoanele asfaltice rugoase, temperatura de livrare trebuie sa fie de 155- 170° C.

Transportul mixturilor asfaltice este posibil cu ajutorul autobasculantelor. Pe timp nefavorabil se recomandă acoperirea benei autobasculantelor cu prelate, iar în cazurile în care se lucrează la temperaturi mai scăzute sau distanța de transport este mare se recomandă să se folosească bene termoizolante sau prevăzute cu dispozitive de încălzire. Este necesar un număr suficient de autobasculante pentru a fi asigurat transportul continuu al mixturii asfaltice la așternere.

Așternerea mixturilor asfaltice pe stratul suport se face cu ajutorul raspânditoarelor finisoare (fig. 1.8) care sunt formate în principiu din: șasiu automotor pe șenile sau pe pneuri, un buncăr în care se descarcă autobasculantele (situat în partea din fața a utilajului), un alimentator construit dintr-o bandă transportoare metalică și două snecuri pentru repartizarea mixturii asfaltice pe întreaga lațime a benzii de executat, o grindă vibratoare si o placă nivelatoare care în general este încălzită. Lațimea de asternere este de max. 4,00 m.

Fig 1.8 Răspânditor-finisor

Sursa: www.smarttrd.ro accesată în luna aprilie 2014

Înainte de așternerea mixturii asfaltice, stratul suport trebuie pregatit cu grijă prin executarea în principal a unor operații:

repararea cu tehnologii adecvate a tuturor defecțiunilor existente;

curățirea temeinică a stratului suport de praf și de alte impurități;

amorsarea stratului suport în vederea realizării unei bune acroșări, folosind în acest scop emulsie bituminoasa, bitum tăiat sau suspensie de bitum filerizat, astfel încât sa se raspândeasca uniform o cantitate de 0,3…0,5 kg/m3 bitum pur (rezidual).

Temperatura mixturii asfaltice la așternere trebuie sa fie de min. 130°C, iar pentru betoanele asfaltice rugoase de min. 145°C. Așternerea mixturii asfaltice se face numai pe timp uscat, la o temperatură a mediului ambiant de min. 5°C.

Compactarea mixturilor asfaltice(fig 1.9 ) reprezintă operația de îndesare a materialului din stratul rutier si se realizeaza cu ajutorul unor utilaje adecvate, care sa permită obținerea unor caracteristici fizico-mecanice optime pentru stratul bituminos. Dupa compactare stratul bituminos trebuie sa aibă un grad de compactare de min. 96% pentru straturile de uzură și de legatura si de min. 95 % pentru stratul de bază din anrobate bituminoase. Compactarea mixturilor asfaltice este o operație de o mare importanță pentru obținerea unor straturi rutiere de calitate.

Fig 1.9 Compactor neted

Sursa: www.constructionweekonline.com accesată în luna mai 2014

După terminarea compactării, până la răcirea stratului, traficul este oprit (cca 6 h).

CAPITOLUL 2 EXECUTAREA ÎMBRĂCĂMINȚILOR RUTIERE DIN BETON DE CIMENT ÎN UNIUNEA EUROPEANĂ

2.1 Scurt istoric al evoluției îmbrăcăminților de beton din ciment în lume

În țara noastră îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment au, pâna în prezent, o arie de raspândire destul de restrânsă.

Îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment au apărut prima dată în anul 1865 în Scoția. În anul 1888, s-au executat lucrări asemănătoare și în Germania, iar în 1892 în S.U.A. (statul Ohio). Cu toate că aceste lucrări se comportă foarte bine în exploatare, se constată o staționare în realizarea acestora până în anul 1909, când se execută, în Elveția, aproape 3 km de îmbrăcăminte rutieră din beton de ciment, iar în anul 1914 alți 2,5 km pe același drum. După o nouă perioadă de stagnare, abia în anul 1925 se continuă realizarea îmbrăcăminților rutiere rigide, prin folosirea lor la construcția autostrăzilor în Italia și apoi în Germania. În perioada 1934- 1945, în Germania, s-au realizat 1 860 km de autostrăzi cu îmbrăcăminte din beton de ciment. Concomitent, îmbrăcămințile rutiere din beton de ciment își fac apariția în Franța și alte țări ale Europei.

Dovedindu-se a fi o soluție avantajoasă în anumite condiții tehnice și economice, rețeaua rutieră cu îmbrăcăminte din beton de ciment se dezvoltă rapid în S.U.A., ajungându-se până în anul 1923 la o lungime de 23 000 km.

La ora actuală, rețeaua de drumuri cu sisteme rutiere rigide depășește cu mult 200 000 km drumuri și autostrăzi în S.U.A., reprezentând peste 80 % din rețeaua rutieră interstatală și de mare importanță, respectiv circa 25 % din rețeaua de autostrăzi din Franța și Anglia, 90 % în Austria etc. Dintre țările Europei Germania are cea mai mare rețea de drumuri cu îmbrăcăminți din beton de ciment, cca 3 000 km.

În România, construcția drumurilor cu îmbrăcăminți din beton de ciment a început o dată cu realizarea, în anul 1932, a unui sector pe DN 1, lângă Predeal. Dintre drumurile cu îmbrăcăminți din beton de ciment, se menționează: București − Găești − Pitești, Adjud − Gh.Gheorghiu Dej, Orșova − Domașnea, Dej − Vatra Dornei, Lugoj − Ilia. Tehnica noastră rutieră actuală se bazează pe studii și experiențe acumulate de-a lungul ultimelor decenii, normele și prescripțiile tehnice asigurând realizarea unor lucrări de bună calitate.

La noi în țară, în mod obișnuit, au fost realizate următoarele tipuri de îmbrăcăminți rutiere rigide:

dale din beton de ciment (fig 2.1 a);

macadam cimentat (fig 2.1.b).

Fig. 2.1. a. dale din beton de ciment; 2.1.b. macadam cimentat.

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Imbr_rutiere_rigide.pdf acceasată în luna aprilie 2014

Betoanele de ciment reprezintă amestecuri bine omogenizate de agregate naturale, ciment și apa care după întarire dau un material cu aspectul conglomeratului. În betoanele de ciment partea activa este cimentul (liant neorganic) iar partea practic inerta, pasivă este scheletul mineral format din agregatele naturale (nisip, pietriș, piatră spartă sau cribluri).

Pentru realizarea îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment se utilizează ca și materiale de bază:

agregate naturale neprelucrate (nisip si pietris);

produse de cariera prelucrate, sub forma de piatră spartă și cribluri;

cimenturi de tipuri si mărci obișnuite sau speciale;

apa;

aditivi (plastifianți, superplastifianți, antrenori de aer etc.);

alte materiale (oțel-beton, fibre de oțel, materiale pentru rosturi etc.).

Cimenturile folosite sunt în general cimenturi obișnuite, chiar dacă în unele țari unde se construiesc multe drumuri si în special autostrăzi cu îmbrăcăminți din beton de ciment se utilizează cimenturi rutiere speciale.

Principalele cerințe impuse cimentului rutier (rezistența mare la întindere si contracție redusa) sunt contradictorii având în vedere ca prin cresterea rezistentelor mecanice se mareste si pericolul de fisurare a betonului în perioada de întărire.

Având în vedere ca cele mai importante proprietați ale cimentului sunt determinate în primul rând de caracteristicile componenților mineralogici si de proporția în care acestia se regăsesc în compozitie, s-a demonstrat experimental că proprietațile unui ciment sunt cu aproximatie funcții aditive de compoziție mineralogica, conform expresiei:

PC3S C2S C4AF C3A , în care:

,, si sunt coeficienți de proporționalitate stabiliți statistic;

C3S, C2S, C4AF, C3A suntcomponenți mineralogici, în %.

Pentru alegerea unei compoziții mineralogice care sa corespundă condițiilor impuse îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment, în literatura de specialitate au fost tratate caracteristicile componenților mineralogici pe compușii chimici individuali:

Tabelul 2.1 Caracteristicile componentilor mineralogici pe compusii chimici individuali

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Imbr_rutiere_rigide.pdf accesată în luna aprilie 2014

*Comportări favorabile cimenturilor rutiere.

**Comportări nefavorabile cimenturilor rutiere

Din analiza modului de comportare a componenților mineralogici individuali, prezentată sintetic în tabelul anterior, rezulta următoarele concluzii:

C3S (silicatul tricalcic) este cel mai important component, prezentând din toate punctele de vedere caracteristici optime pentru cimenturile rutiere. Proporția de C3S în aceste cimenturi se consideră că trebuie sa fie mai mare de 55 %, recomandabil între 60 si 70 %;

prezența unor cantități mari de C2S (silicat bicalcic) este contraindicată în cimenturile rutiere;

este necesar să se limiteze strict conținutul de C3A (aluminat tricalcic) în componenta cimentului rutier, admitându-se maximum 6 % (10 % în cazul îmbrăcăminților revibrate).

În aceste condiții se consideră că un ciment rutier trebuie îndeplinească caracteristicile unui ciment feroportlandalitic, care este capabil sa genereze rezistențe corespunzătoare la compresiune, întindere din încovoiere, la uzură și gelivitate, având totodata contracții reduse.

Din aceste cauze, studiile efectuate au evidențiat necesitatea alegerii unui tip de ciment rutier, cu rezistențe mecanice medii și priză lentă, considerat eficient în ceea ce privește calitatea tehnică pentru a fi utilizat la realizarea îmbrăcăminților din beton de ciment.

2.2 Tipuri de ciment utilizate pentru îmbrăcăminți din beton de ciment în România și în alte țări ale Europei

În țara noastră, la primele lucrări rutiere cu îmbrăcăminți din beton de ciment, s-a utilizat cu bune rezultate cimentul de tip Ferrari, având compoziția mineralogică prezentată în tabelul 2.2.

Acest ciment rutier a fost realizat pe considerentul că silicatul tricalcic (C3S), în proporție de peste 50 %, conferă cimentului cele mai mari rezistențe mecanice și o contracție la uscare acceptabilă, precum și datorită faptului că tot trioxidul de aluminiu este legat de C4AF (lipsind C3A), piatra de ciment rezultată fiind rezistentă și la acțiunile corozive.

Tabelul 2.2 Compoziția mineralogică a unor tipuri de ciment

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Imbr_rutiere_rigide.pdf accesată în data de 2 mai 2014

În anul 1941, cu ocazia execuției noilor îmbrăcăminți rutiere din beton de ciment pe traseul București − Găiești − Pitești, cimentul utilizat, de tip portlandalitic, avea compoziția mineralogică prezentată în tabelul anterior.

În perioada 1950- 1970 cimenturile utilizate în țara noastră la îmbrăcămințile din beton de ciment au fost de tip Pz 400, M 400 precum și RIM 300, ultimul fiind folosit în cazul dării în exploatare urgentă a unor sectoare de drum.

Aceste cimenturi, recomandate până în anul 1975 de instrucțiunile tehnice de la noi din țară pentru executarea îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment, datorită compoziției mineralogice, a adaosurilor folosite la macinarea clincherului, precum și datorită vitezei de întărire mai lente, nu au satisfacut exigențele funcționale ale acestor lucrari rutiere, prezentând rezistențe mecanice în general mici la termene scurte, contracții mari, nefiind rezistente la uzură, la îngheț-dezgheț si la acțiunea fondanților chimici utilizați în activitatea de deszăpezire a drumurilor.

Experimental, în perioada 1968- 1979, s-au utilizat pe sectoare de drum de pe DN 73 A Brasov-Râșnov și DN 68 A Lugoj-Ilia, tipuri de cimenturi rutiere speciale produse la fabricile de ciment din Medgidia si “Temelia” – Brasov.

Studiile efectuate în această perioadă la noi în țara au scos în evidența caracteristicile deosebite ale cimentului de tip feroportlandalitic prin utilizarea căruia se pot realiza îmbracaminți din beton de ciment cu rezistențe superioare la întindere, contracție, uzură, îngheț- dezgheț etc., concomitent cu o sensibilitate sporită la revibrarea betonului în perioada de priză. Este de remarcat faptul că, în asemenea condiții de execuție, s-au putut realiza economii de până la 20 % ciment cu respectarea prescripțiilor tehnice impuse betoanelor rutiere.

Pe baza acestor experimentări, în anul 1975 a fost standardizat la noi în țară cimentul pentru drumuri tip CD 40, la care conținutul de aluminat tricalcic C3A este limitat la maximum 6 %.

Se remarcă din tabel că noul tip de ciment pentru betoane rutiere utilizat în țara noastră corespunde din punct de vedere al compoziției mineralogice cimenturilor rutiere franceze.

Având în vedere resursele mineralogice extrem de variate din Franța (nisipuri și pietrișuri aluvionare, calcare, roci eruptive), prescripțiile tehnice din această țară prevăd ca alegerea tipului de ciment, respectiv conținutul de aluminat tricalcic C3A, să se facă în funcție de natura agregatelor naturale și temperatura betonului la punerea în operă, urmărindu-se evitarea riscurilor de fisurare precoce a betonului.

Rezistențele mecanice ale diferitelor tipuri de ciment utilizate la noi în țară și în străinatate, la prepararea betonului de ciment pentru îmbrăcămințile rutiere sunt prezentate în tabelul 2.3:

Tabelul 2.3 Rezistențele mecanice ale cimenturilor folosite la prepararea betonului de ciment pentru îmbrăcăminți rutiere

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Imbr_rutiere_rigide.pdf accesată în luna mai 2014

În prezent, la noi în țară se utilizează în mod curent cimentul P 45 si P 40. Se observă ca rezistențele la întindere din încovoiere, determinate pe mortare plastice, sunt în general mari, depășind, la 28 de zile, 6 N/mm2, iar rezistențele la compresiune sunt medii, nedepășind 40 N/mm2.

Cimenturile utilizate, în general de tip portlandalitic, se stabilesc în funcție de clasa de rezistență a cimentului.

De exemplu, în Germania se utilizează cimenturi de clasă minimă 350, putându-se folosi și cimentul cu rezistențe inițiale mari (Z. 450), în perioadele de toamnă și primavară, pe vreme racoroasă sau în cazul unor sectoare de drum având termenele de execuție scurte.

În Franța, clasa cimenturilor rutiere utilizate este în general 45 (exprimată în megapascali, 1 Mpa = 10 bari = 1 N/mm2) din categoriile CPA, la fabricarea cărora se limitează conținutul în adaosuri inactive de zguri de furnal sau cenuși de termocentrală la maximum 15 %, putându-se utiliza cu precauțiile necesare și cimenturi de clase superioare (55) pentru betoanele de ciment folosite la execuția îmbrăcăminților rutiere pe sectoare de drum care trebuie date rapid în exploatare.

În general, cimenturile cu adaosuri nu se folosesc în mod curent pentru lucrări rutiere, betoanele preparate cu aceste cimenturi fiind sensibile la fisurare, prezentând contracții rapide în timpul prizei și având rezistențe scăzute la uzură.

Având în vedere faptul că în compoziția betoanelor utilizate la îmbrăcămințile rutiere rigide, cimentul intervine într-o cantitate apreciabilă (în medie 500 t/km de drum), folosirea unor tipuri speciale de ciment pentru drumuri poate conduce la importante economii în executarea acestor lucrări, prin posibilitatea reducerii dozajului de ciment, în condițiile îmbunătățirii simțitoare a calității lucrărilor.

Aditivii utilizați la prepararea betoanelor de ciment sunt substanțe care, adăugate în cantități mici în compoziție, influențează în mod favorabil unele caracteristici ale betonului proaspăt sau întărit. Dintre acele substanțe se mentioneazț:

plastifianții sunt substanțe care se adsorb la suprafață particulelor solide și micșoreaza tensiunea superficială, determinând fenomene ca: dispersarea, hidratarea cimentului si formarea structurii de rezistența.

superplastifianții sunt adaosuri tensioactive de eficiență crescută, folositi în ultimul timp si în tehnica rutieră și care se utilizeaza în cantitați de 1-3 % din masa cimentului, având repercusiuni imediate asupra caracteristicilor reologice, a procesului de priza si formării structurii de rezistență;

antrenorii de aer sunt substanțe tensioactive care adșugate în proporții mici formează și angajează în masa betonului un număr mare de microbule de aer cu dimensiuni cuprinse între 20 si 60 μm, distribuite uniform la distanțe de 0,1- 0,2 mm. Antrenorii de aer permit înaugmentarea lucrabilității betonului proaspăt si ridică rezistenta betonului la îngheț-dezgheț. Prezinta dezavantajul ca reduc pâna la 10 % rezistențele mecanice ale betonului.

acceleratorii de priză si de întărire sunt subsțante care modifica viteza de hidratare si hidroliza a componenților mineralogici ai cimentului. Un accelerator cunoscut si des utilizat este clorura de calciu CaCl2 care se foloseste în proporție de maximum 2-3% din masa cimentului.

Apa necesară fabricării betoanelor de ciment rutiere trebuie să satisfaca în principal condițiile impuse apei potabile. Se impune ca sarurile dizolvate în apă să fie cel mult de 1 g/L din care mai puțin de 0,5 g clorura de calciu, iar conținutul de materii în suspensie trebuie să fie sub 0,5 g/L.

2.3 Producerea betoanelor de ciment

Producerea betonului de ciment presupune o serie de operații tehnologice în urma carora agregatele naturale, cimentul și apa, în proporții bine stabilite, vor fi corect omogenizate. Cele mai întâlnite centrale de preparare a betoanelor de ciment sunt cele fixe.

Procesul tehnologic de preparare a betoanelor de ciment

Procesul tehnologic de preparare a betonului cuprinde o amestecare la uscat a agregatului natural și cimentului, după care se introduce în acelasi timp apa și soluția de aditiv în toba betonierei, efectuându-se o nouă amestecare. Fiecare betoniera trebuie dotată cu rezervoare închise pentru soluția de aditivi, amplasate pe platforma betonierei și cu dozator special pentru soluție. Dozarea agregatului natural total și a cimentului se impune a se realiza gravimetric, iar apa, cu dozatorul de apă, pe baza masurării volumului sau a debitului. Pentru a asigura uniformitatea granulozității agregatelor naturale, trebuie să se asigure cântărirea separata a acestora pe sorturi.

Dozarea cantitații de apă necesară la amestecare este cea mai importantă operație la prepararea betonului, ea influențând hotărâtor calitatea betonului prin modificarea raportului A/C (apa/ciment) si a lucrabilității.

Executarea îmbracamintilor din beton de ciment

Execuția îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment se caracterizează prin volumul mare de materiale care se manipulează și se pun în operă, ceea ce impune mecanizarea proceselor tehnologice. Funcție de gradul de mecanizare sau de automatizare atins pe șantierele rutiere, respectiv de utilajele de care se dispune, se deosebesc mai multe procedee sau fluxuri tehnologice de execuție a îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment. În toate cazurile însă, fazele de execuție principale sunt aproape aceleasi:

pregătirea stratului suport;

transportul betonului;

așternerea si compactarea betonului;

executarea rosturilor;

finisarea, protejarea si tratarea ulterioara a betonului;

controlul calitații și receptia lucrărilor.

Tehnologia traditională de execuție a îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment arătată schematic în fig 2.2.

Fig 2.2 Tehnologia clasică de execuție a îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment

Sursa: www.ct.upt.ro/users/GheorgheLucaci/Imbr_rutiere_rigide.pdf accesată în data de 28 mai 2014

Din punct de vedere tehnologic se deosebesc următoarele două metode de punere în operă a betonului de ciment:

cu cofraje fixe (longrine, șine, borduri etc.);

cu cofraje glisante (mașini speciale).

În primul caz, executarea îmbracamintilor rutiere din beton de ciment se face în sistemul clasic (tradițional), prin care betonul este așternut în cofraje laterale fixe alcătuite de obicei din longrine metalice, ce delimitează lațimea și grosimea dalei din beton, cofraje care se înlatură numai dupa întărirea betonului. Această metodă are dezavantajul unei productivitati reduse si unui necesar mare de forța de muncă( Fig 2.3)

Fig 2.3 Cofraje fixe

Sursa: www.depozit-online.ro accesată în luna mai 2014

Mașinile cu cofraje glisante sunt utilaje de mare productivitate, introduse în ultima perioadă pe marile șantiere rutiere fiind cele mai bine adaptate tehnologiilor de realizare a îmbrăcăminților din beton de ciment. De menționat este faptul că prin folosirea acestor masini se pot realiza numai îmbrăcăminți rutiere într-un singur strat. Mașinile cu cofraje glisante au posibilitatea de a realiza straturi de grosimi pâna la 30- 45 cm si cu lațimi de 3- 15m. O mașină cu gofraje glisante de mica capacitate este prezentată în fig 2.4.

Fig 2.4 Mașină cu cofraje glisante

Sursa www.powercurbers.com accesată în luna mai 2014

Masinile cu cofraje glisante prezintă anumite caracteristici legate de punerea în opera a betonului din îmbrăcămințile rutiere:

șasiul masinii este montat pe 2 sau 4 șenile, prin 4 suspensii hidraulice;

viteza de înaintare este de 1,5- 3,0 m/min;

vibrarea betonului se face de obicei cu o baterie de pervibratoare;

cofrajele laterale glisante, putând avea diferite forme în profil transversal, sunt montate între șenile si au o lungime de 4 m si se deplasează o data cu utilajul;

betonul este mulat între stratul suport, cofrajele laterale și superioare ale mașinii;

ghidarea mașinii se face automat, de regulă, cu ajutorul unui fir montat lateral;

echipamentele mașinii sunt acționate hidraulic.

Toate mașinile cu cofraje glisante fabricate în prezent sunt automatizate si comandate electronic, având sistemul de control integrat în echipamentul de bază al mașinii.

Tehnologia clasică presupunea așternerea betonului manual sau cu repartizatoare mecanice, iar compactarea betoanelor se face prin vibrare folosind grinzi sau plăci vibratoare sau prin pervibratoare.

2.4 Sisteme rutiere la autostrăzile din diferite țări europene

În continuare vom prezenta schematic, prin 12 reprezentări, structura sistemelor rutiere la autostrăzile din variate țări ale Europei.

Îmbrăcămințile rutiere moderne sunt concepute diferit în țările Europei, fiecare dintre specialiști fiind preocupați cu dezvoltarea unei tehnologii optime în ceea ce privește predicibiltatea acestora în timp.

Nu există o concepție universal valabilă în ceea ce privește cea mai bună tehnologie de construcție a unui sistem rutier, de aceea fiecare dintre exemple prezintă plusuri și minusuri.

Fig 2.5 Sisteme rutiere la autostrăzile din Germania