Raport Nr. 1 Paval Final [305453]

CUPRINS

I. INTRODUCERE. SCOPUL LUCRĂRII 4

II. DIFERENȚE ALE INFRASTRUCTURILOR DE TRANSPORT RUTIER URBAN FAȚĂ DE CEL EXTRAURBAN 6

II.1. Infrastructurile de transport rutier 6

II.2. Diferențe de clasă tehnică între străzi și drumuri 6

II.3. Diferențe constructive între străzi și drumuri 7

II.4. Diferențe ale utilizatorilor între străzi și drumuri 10

III. APARIȚIA DEGRADĂRILOR LA INFRASTRUCTURILE DE TRANSPORT RUTIER 11

III.1. Agresivitatea traficului rutier 13

III.1.1. Vehiculele rutiere 13

III.1.2. Suprafața carosabilă 17

III.1.3.Interacțiunea dintre pneu și suprafața carosabilă 19

III.1.4. Solicitările transmise structurilor rutiere 23

III.1.5. Solicitările străzilor vs. solicitările drumurilor 29

III.2. Condiții de rezemare ale structurilor rutiere 33

III.2.1. Rezemarea structurilor rutiere 33

III.2.2. Intervențiile efectuate asupra structurilor rutiere 35

III.3. Solicitări din variații ale factorilor de mediu 42

III.4. Factorii principali care stau la baza agresării structurilor rutiere stradale 44

IV. EVALUAREA STĂRII TEHNICE LA CAROSABILUL URBAN FAȚĂ DE CEL EXTRAURBAN 45

IV.1. Starea tehnică a rețelelor de infrastuctură rutieră 45

IV.2. Determinarea caracteristicilor utilizate în evaluarea stării tehnice 46

IV.2.1. Evaluarea rugozității suprafeței de rulare 48

IV.2.2. Evaluarea planeității suprafeței de rulare 49

IV.2.3. Determinarea capacității portante a complexului rutier 49

IV.2.4. Determinarea stării de degradare 50

V. TIPURI DE DEGRADĂRI 52

V.1. DEGRADĂRILE INFRASTRUCTURILOR DE TRANSPORT RUTIER 54

VI. MĂSURI DE REMEDIERE PRECONIZATE 66

VII. CONCLUZII 69

VIII. DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE ÎN DOMENIUL TEZEI DE DOCTORAT 70

IX. BIBLIOGRAFIE 71

Tabelul Figuri:

Figura nr.1 –Diferențe între Drum și Stradă 7

Figura nr. 2–Secțiune transversală Drum [4] 8

Figura nr. 3–Secțiune transversală Stradă[4] 8

Figura nr. 4– Secțiune transversală stradă și utilizatori specifici 9

Figura nr. 5– [anonimizat] 10

Figura nr. 6– Rolul structurilor rutiere[22] 12

Figura nr. 7 – Axele unui vehicul rutier 13

Figura nr. 8– Forțele care acționează asupra unui vehicul[14] 14

Figura nr. 9– Diagrama forțelor din pneu[20] 14

Figura nr. 10– Componente forțelor și distribuția presiunii într-o roată[14] 15

Figura nr. 14– [anonimizat][6] 19

Figura nr. 15– Pneuri cu structură diagonală[17] 20

Figura nr. 16– Pneuri cu structură radială [17] 20

Figura nr. 17– [anonimizat] (f) [17] 20

Figura nr. 18– Suprafață de lunecare (f) [17] 21

Figura nr. 19 – [anonimizat] [17] 22

Figura nr. 20 – Efectul de lubrefiant [17] 22

Figura nr. 21– [anonimizat] [17] 23

Figura nr. 22– Transmiterea solicitărilor într-o structură rutieră [18] 24

Figura nr. 23– Eforturile dintr-o structură rutieră [18] 24

Figura nr. 24– Agresivitatea traficului și vătămarea structurii rutiere 25

Figura nr. 25– Forțele și eforturile din pata de contact 26

Figura nr.26 – Efectul încărcărilor succesive date de autovehicule 26

Figura nr. 27 – Conceptul de shakedown 28

Figura nr. 28– Teoria dezvoltată de Melan referitoare la conceptul shakedown 28

Figura nr. 29– Trafic rutier urban (stânga) și trafic rutier extraurban (dreapta) 29

Figura nr. 31– Vehiculul de calcul utilizat la străzi 30

Figura nr. 32– Principiul frânării [6] 32

Figura nr. 33– Condiții de rezemare la drumuri 34

Figura nr. 34– Condiții de rezemare la străzi – existența rețelelor edilitare 34

Figura nr. 35 – Condiții de rezemare la străzi – exemplu de galerie edilitară[3] 35

Figura nr. 36– Profil transversal tip al tranșeelor edilitare[21] 37

Figura nr. 37– Cedarea pământului aflat exacat la marginea excavației[21] 38

Figura nr. 38– Cedarea pământului când excavația este deschisă[21] 38

Figura nr. 39– Soluție adecvată în ceea ce privește profilul excavației[21] 39

Figura nr. 40– Soluție adecvată de utilizare a unei umpluturi netasabile[21] 39

Figura nr. 41– Degradări frecvent întâlnite în România 40

Figura nr. 42 – Lucrări executate corect, în Germania, la cămine 41

Figura nr. 43 – Utilaj de putere mică, frecvent utilizat la deszăpezirea străzilor 43

Figura nr. 44 – Utilaje utilizate la deszăpezirea străzilor 43

Figura nr. 45 – Utilaje de mare putere, utilizate la deszăpezirea drumurilor 43

Figura nr. 46 – Utilaje de mare putere, utilizate la deszăpezirea drumurilor 44

Figura nr. 47– Condiții de rezemare la drumuri Error! Bookmark not defined.

Figura nr. 48 – Condiții de rezemare la străzi – existența rețelelor edilitare Error! Bookmark not defined.

Figura nr. 49 – Condiții de rezemare la străzi – exemplu de galerie edilitară[3] Error! Bookmark not defined.

Figura nr.47– Tipuri de degradări datorită acționării asupra carosabilului 56

INTRODUCERE. SCOPUL LUCRĂRII

Programul de pregătire universitară avansată, pe tematica tezei ”CONTRIBUȚII LA PROCEDURA DE ANALIZĂ A STĂRII TEHNICE PENTRU REȚEAUA STRADALĂ ÎN VEDEREA PROGRAMĂRII LUCRĂRILOR DE INTERVENȚII ” are următoarea structură:

Discipline Optionale:

D.O 1 : Managementul proiectelor de cercetare știintifică;

D.O 2 : Geotehnicăși fundații;

D.O 3 : Modelare fizică și principii privind achiziția și prelucrarea bazelor de date;

Discipline Elective:

D.E 1 : Statistică matematică aplicată rețelelor de străzi;

D.E 2 : Metode de evaluare a stării tehnice la infrastructuri de transport rutier

Raport de Cercetare nr.1: ”Cauzele apariției degradărilor la străzi – Clasificare și măsuri de remediere preconizate”;

Raport de Cercetare nr.2:“Evaluarea stării de degradare pe categorii de străzi determinată pe sectoare experimentale – Întocmirea și prelucrarea băncilor de date”;

Raport de Cercetare nr.3: ”Analiza volumelor de trafic în funcție de vehiculul de calculspecific străzilor și modul de evaluare a stării tehnice la trama stradală”;

Prin prezenta lucrare, respectiv Raportul de Cercetare nr.1, am dorit să prezint cauzele care stau la baza apariției degradărilor infrastructurilor rutiere precum și măsurile de remediere preconizate.

Pe toată durata de viață și exploatare, datorită solicitărilor repetate la care sunt supuse, rețelele de infrastructură rutieră se deterioreză prin apariția degradărilor care pot fi numai de suprafață sau structură sau combinate. Identificarea și cuantificarea degradărilor este un element foarte important pentru evaluarea stării tehnice a rețelelor de infrastructură rutieră.

Cunoașterea stării tehnice a rețelelor rutiere este necesară deoarece oferă informații relevante administratorilor rețelelor de infrastructură asupra necesităților existente în momentul efectuării lucrărilor de întreținere.În acest moment, în România, evaluarea stării tehnice atât a drumurilor cât și a străzilor se efectuează cu ajutorul normativelor și standardelor aflate în vigoare pentru drumuri.

Realitatea ne demonstrează că modul de abordare a lucrărilor de întreținere efectuate la străzi este deficitar deoarece aplicând metodele de evaluare a stării tehnice și implicit a lucrărilor de mentenanță similar la străzi ca la drumuri duce la neputința administratorilor rețelelor rutiere de a oferii străzilor, duratele de viață garantate necesare, din simplul motiv că există diferențe majore între acestea și drumuri, care nu sunt luate în calcul în evaluarea stării tehnice.

Pentru deținerea și realizarea unei infrastructuri rutiere urbane moderne și eficiente, datorită diferențelor constructive, de funcționalitate cât și a încărcărilor/sarcinilor diferite ale străzilor comparativ cu drumurile, este imperativ necesar modificarea modului de realizare a lucrărilor la străzi.

Atât tipul de utilizatori diferă foarte mult la străzi față de drumuri ( la drumuri avem preponderent vehicule foarte grele iar la străzi avem vehicule mici dar într-un număr extrem de mare dar avem și utilizatori noi, gen – bicicliști, pietoni, etc.) cât și modul de solicitare pe care îl exercită aceștia pe rețelele de infrastuctură rutieră, dar și modul de efectuare al intervențiilor pe care le efectuează administratorii rețelelor rutiere urbane diferă foarte mult față de intervențiile de la drumuri.

Rețeaua de străzi diferă de rețeaua de drumuri și prin modul care se execută lucrările edilitare în vederea întreținerii rețelelor de utilitaăți care există amplasate în ampriza acestora. Perioada în care se execută lucrările edilitare influențează foarte mult modul de comportare și starea tehnică a străzilor deoarece pe cuprinsul orașelor este vital ca lucrările de întreținere a rețelelor de utilități să fie executate în timp util de la apariția oricărei defecțiuni, indiferent de sezon. Această necesitate influențează negativ starea tehnică și durata de viață a străzilor deoarece lucrările de aducere a părții carosabile la nivelul avut înainte de efectuarea lucrărilor de remediere, a rețelelor edilitare, sunt de o calitate inferioară.

Prin această lucrare doresc să prezint diferențele majore dintre străzi și drumuri atât din punct de vedere funcțional cât și a încărcărilor, utilizatorilor, factorilor de mediu care acționează asupra acestora cât și diferențele lucrărilor de întreținere necesar a fi efectuate.

La structurile rutiere extraurbane apariția degradărilor este influențată foarte mult de lucrările edilitare sau cele de întreținere executate necorespunzător care conduc la propagarea microfisurilor sau fisurilor pe suprafețe mari sau chiar pe adâncime, transformându-se chiar și în degradări de structură.

Direcțiile următoare de cercetare se bazează pe realizarea unei baze de date cu sectoare de străzi unde s-au înregistrat degrădări, analizarea factorilor care au stat la baza producerii acestora printr-o analiză comparativă a degradărilor frecvent întâlnite la trama stradală față de rețeaua de drumuri.

DIFERENȚE ALE INFRASTRUCTURILOR DE TRANSPORT RUTIER URBAN FAȚĂ DE CEL EXTRAURBAN

II.1. INFRASTRUCTURILE DE TRANSPORT RUTIER

Infrastructurile de transport rutier sunt înpărțite în două categorii funcție de amplasamentul acestora. Cele care se află în interiorul localităților, sunt construite cu scopul menținerii proceselor funcționale și de dezvoltare ale acestora se numesc străzi, iar cele care fac legătura între localități se numesc drumuri și au rolul de meținere a schimburilor economice și a asigurării unui grad ridicat de mobilitate pentru toți utilizatorii acestora.

Drumul (provine de la grecescul„dromos”) este o fâșie îngustă și lungă de teren, relativ subțire, care în mod natural sau amenajată în mod special, este destinată exclusiv circulației. În general noțiunea de „drum” se referă la „șosea”.

Șoseaua (provine de la franțuzescul „chausée”) este un drum lucrat, amenajat în mod special pentru satisfacerea circulației vehiculelor și oamenilor în orice condiții de anotimp. Când șoseaua traversează o localitate ea se numește stradă.[1]

STRADA, reprezintă infrastructura transportului terestru urban, care pentru rețeaua rutierăeste alcătuită din partea carosabilă și trotuarele pietonale. Rețeaua de străzi urbane are drept funcție principală desfășurarea în bune condiții de fluență și siguranță a traficului rutier și a celui pietonal. În acestă lucrare se face referire strict la străzi destinate traficului auto și pietonal, căile specifice circulației tramvaielor fiind tratate ca elemente adiționale.[12]

II.2. DIFERENȚE DE CLASĂ TEHNICĂ ÎNTRE STRĂZI ȘI DRUMURI

Drumurile și străzile diferă foarte mult, în primul rând ținând cont de clasele tehnice în care sunt divizate:

Tabelul nr.1–Diferențe de clasă tehnică între Drumuri și Străzi

Din Tabelul nr. 1 se pot observa diferențele majore între străzi și drumuri pornind de la denumirea clasificării și mergând până la numărul de benzi și vitezele de proiectare.[1]

II.3. DIFERENȚE CONSTRUCTIVE ÎNTRE STRĂZI ȘI DRUMURI

Drumurile sunt căi de comunicație terestră sub forma unor fâșii de teren special amenajate pentru circulația rutieră. [2]

În accepțiunea generală, străzile mai sunt recunoscute și drept căi de comunicație rutieră urbană și reprezintă practic infrastuctura de transport a unei localități. De fapt, strada este un drum urban, care susține pe lângă traficul auto și traficul pietonal.[3]

Figura nr.1 –Diferențe între Drum și Stradă

Figura nr. 2–Secțiune transversală Drum [4]

Figura nr. 3–Secțiune transversală Stradă[4]

Infrastructurile de transport rutier urban, respectiv STRĂZILE, diferă constructiv foarte mult față de infrastructurile de transport rutier extraurban – DRUMURILE, iar aceste diferențe sunt prezentate în Tabelul următor:

Tabelul nr. 2–Diferențe constructive între Drumuri și Străzi

După cum se poate observa în Tabelul nr. 2, în afară de partea carosabilă, toate celelalte elemente constructive, ale drumurilor și ale străzilor, diferă.

Figura nr. 4– Secțiune transversală stradă și utilizatori specifici

Diferențele constructive între străzi și drumuri sunt prezentate în figura următoare:

Figura nr. 5– Secțiune transversală –Diferențe între Drumuri și Străzi

II.4. DIFERENȚE ALE UTILIZATORILOR ÎNTRE STRĂZI ȘI DRUMURI

Pentru stabilirea elementelor geometrice și constructive ale unui drum este necesar să se cunoască modul de comportare și de mișcare a vehiculelor în circulația rutieră precum și caracteristicile traficului pe drumul respectiv.

Prin trafic se înțelege totalitatea mijloacelor de transport ce se deplasează în ambele sensuri pe un sector de drum. În cazul străzilor, se are în vedere și traficul pietonal care se înregistrează pe acestea.

Caracteristicile traficului, care interesează în studiul drumurilor, sunt:

componența traficului,

intensitatea traficului,

viteza de circulație

caracteristicile constructive ale vehiculelor. [5]

Utilizatorii infrastructurilor de transport rutier sunt în mare parte aceeași, cu mici diferențe, atât pentru drumuri cât și pentru străzi însă diferă raportul acestora și implicit efectele pe care aceștia le produc în cazul infrastructurii rutiere extraurbane cât și în cazul infrastructurii rutiere urbane.

Tabelul nr. 3– Utilizatorii infrastructurilor rutiere

APARIȚIA DEGRADĂRILOR LA INFRASTRUCTURILE DE TRANSPORT RUTIER

Pentru identificarea corectă a cauzelor care stau la baza producerii degradărilor, trebuie analizat rolul infrastructurilor rutiere în interacțiunea cu vehiculele care rulează pe acestea și mediul înconjurător. Aceste infrastructuri sunt construite cu scopul asigurării transportului de mărfuri, produse sau persoane cu ajutorul vehiculelor prin asigurarea unor condiții de circulație optime.

Rolul principal al structurilor rutiere este acela de a prelua încărcările date de vehicule și de a le transmite mai departe terenului natural asigurând în același timp și integritatea infrastructurii rutiere.

Figura nr. 6– Rolul structurilor rutiere[22]

Administratorii rețelelor de infrastructură rutieră urmăresc constant starea tehnică a acestora, deoarece depinde de degradările înregistrate în timpul exploatării dar și pentru a putea programa lucrările de întreținere sau reparații necesare asigurării unui grad ridicat de siguranță rutieră și o bună funcționare a circulației.

Principalele cauze care stau la baza producerii degradărilor la infrastructurile rutiere sunt solicitările mecanice (agresivitatea traficului), condițiile climaterice extreme și intervențiile executate necorespunzător la structura rutieră.

Pentru menținerea rețelelor de infrastructură rutieră într-o starea tehnică corespunzătoare pentru o perioadă cât mai îndelungată de timp, trebuie analizate principalele cauze care stau la baza producerii degradărilor structurilor rutiere astfel încât să se poată implementa măsurile de întreținere optime și corespunzătoare.

În România nu au fost efectuate studii referitoare la apariția degradărilor și cauzele care au stat la baza producerii acestora precum și măsurile necesare de întreținere pentru rețeaua de drumuri urbane (străzi), iar în acest moment sunt utilizate normativele aplicate la drumuri.

III.1. AGRESIVITATEA TRAFICULUI RUTIER

Cauza principală care stă la baza apariției degradărilor la infrastructurile de transport rutier este traficul rutier care solicită mecanic structurile rutiere pe care le utilizează.

Agresivitatea traficului rutier diferă foarte mult funcție de numărul și greutatea vehiculelor rutiere dar și de dispunerea osiilor și a roților.

Pentru întelegerea modului în care traficul rutier agresează structurile rutiere trebuie înteles modul de interacționare dintre vehiculele rutiere și partea carosabilă.

III.1.1. Vehiculele rutiere

Asupra vehiculelor rutiere acționează mai multe tipuri de forțe atât pe axele longitudinală și transversală cât și pe axa verticală.

Figura nr. 7 – Axele unui vehicul rutier

Figura nr. 8– Forțele care acționează asupra unui vehicul [14]

Interacțiunea dintre vehicul și calea de rulare se efectuează prin contactul direct dintre pneu și carosabil iar diagrama forțelor care se generează în roata vehiculului în timpul rulării pe infrastructura rutieră este:

Figura nr. 9– Diagrama forțelor din pneu [20]

Figura nr. 10– Componente forțelor și distribuția presiunii într-o roată [14]

Pneul unui autovehicul îndeplinește următoarele roluri:

oferă sprijin autovehicului pe teren;

are rol de transmitere spre teren a forțelor necesare frânării și propulsării și care sunt manifestate pe direcție longitudinală;

transmite spre teren pe direcție transversală forțele necesare virării;

amortizează șocurile suferite datorită neregularităților drumului.

Asupra autovehiculelor acționează forțe rezistente și forțe motrice (active) iar direcția, mărimea și sensul acestora influențează mișcarea automobilului.

Rezistențele la înaintare care acționează asupra unui autovehicul se clasifică astfel:

rezistența aerului care apare la frecarea cu aerul;

Reprezintă interacțiunea pe direcția deplasării dintre un autovehicul aflat în mișcare și aerul aflat în repaus. Această forță este permanentă și acționează în sens opus deplasării autovehicului.

Cauzele fiziceale rezistenței aerului sunt repartiția inegală a presiunilorpe partea din fațăși spate a caroseriei, frecarea dintre aer și suprafețele pe lângă care are loc curgereaacestuia, energia consumată pentru turbionarea aerului, rezistența curenților folosiți pentru răcirea diferitelor agregate și pentru ventilarea caroseriei. Rezistenta aerului devine semnificativă ca valoare odată ce autovehiculul ajunge la viteze de deplasare de 50-60 km/h.[24]

rezistența la rulare care apare la interfața dintre pneu și calea de rulare și se manifestă ca o forță opusă deplasării autovehicului, respectiv a pneului;

Această rezistență este o forță ce acționează permanent și care este determinată de acțiunea de rostogolire a pneurilor pe calea de rulare și acționează în sens opus deplasării autovehicului și depinde de foarte mulți factori, uneori aceștia neputând fi uneori separați, fapt ce crește dificultatea determinării valorii acestei rezistențe.

Cauzele fizice ale acestei rezistențe la înaintare sunt: deformarea cu histerezis a pneului, frecările superficiale dintre pneu și cale, frecările din lagărele roților(rulmenți), deformarea drumului, percuția dintre elementele pneului și neregularitățile drumului, efectul de ventuză (lipirea) produs de profilele cu contur închis pe banda de rulare.[24]

Cercetările științifice ample pun la îndemâna specialiștilor relații analitice cu ajutorul cărora se determină – puterea absorbită de complexele fenomene ale rulării pneului de automobil precum și relații empirice care pun în evidență diferiți factori ce influențează asupra rezistenței la rulare, în calculele dinamicii autovehiculelor, rezistența la rulare este luată în considerare prin coeficientul de rezistență la rulare f.[24]

La rularea roții se produce un moment de rezistență la rulare determinat de deplasarea în față a petei de contact, a recțiunii normale Z. Explicația acestui fenomen se regăsește în modul în care, datorită fenomenului de histerezis al cauciucului, sunt distribuite presiunile în pata de contact.[24]

rezistența la demarare apare datorită inerției elementelor care se află în mișcare de rotație;

Mișcarea autovehiculului este caracterizată de sporiri ale vitezei ( demarări) și reduceri ale vitezei (frânări).

Rezistența la demarare Rd este o forță de rezistență ce se manifestăîn regimul de mișcare accelerată al autovehiculului. [24]

rezistența la pantă care intervine în momentul deplasării autovehiculelor pe calea de rulare cu înclinare.

În momentul deplasării unuiautovehicul pe drum cu înclinare longitudinală, greutatea sa totală Ga, care are punct de aplicare, centrul de greutate cg, se descompune într-o componentă perpendiculară pe calea de rulare – Ga×cosα și una paralelă pe calea de rulare, respectiv Ga×sinα.

Figura nr.11– Rezistența în pantă a unui autovehicul[24]

III.1.2. Suprafața carosabilă

Carosabilul influențează contactul cu pneul și modul de rulare a vehiculelor, prin microtextura și macrotextura structurii rutiere.

Microtextura – suprafeței rugoase este rezultatul existenței suprafeței rugoase a fiecărei granule care se află în alcătuirea suprafeței de rulare. La microtextură poate contribui însuși matricea realizată cu liant. În cea mai mare parte a cazurilor, un drum devine alunecos din cauza pierderii rugozitatii suprafeței agregatelor din alcătuirea stratului sau a tratamentelor de suprafață. Pierderea acestor caracteristici se datorează șlefuirii suprafeței pietrelor de anvelopele vehiculelor care circulă. [15]

Macrotextura -determină rugozitatea suprafeței drumului și rezultă din micile denivelări datorită așezării granulelor de forme și dimensiuni diferite.Macrotextura contribuie la conferirea rezistenței la alunecare pentrurularea cu viteze mari.[15]

Figura nr. 12– Microtextura și macrotexturaagregatelor structurii rutiere[16]

Caracteristicile frecării pneu – carosabil sunt:

Adeziune – caracterizează oforță de frecare de suprafață determinată de fenomenul de stickslip (lipire – alunecare): legături moleculare între cauciuc și cale urmate de întinderea,ruperea și refacerea lor;

Histerezis – reprezintă o pierdere de energie care se manifestă în cauciuc atunci când acesta se deformează prin mularea acestuia pe suprafața agregatelor. În momentul deplasării cu o viteză v, pe agregatele drumului, pe suprafața acestora distribuția presiunii este nesimetrică datorită histerezisului specific cauciucului:pe flancul asperității atacat de cauciuc, presiunea este mai mare decât pe flancul de degajare.Componenta presiunii pe direcția de deplasare nu este nulă, ci se opune deplasării.

Figura nr. 13 – Caracteristicile frecării pneu- carosabil [24]

Pentru asigurarea unor condiții bune de circulație și totodată asigurarea unui grad ridicat de siguranță rutieră este necesară asigurarea unei rugozități ridicate, respectiv asigurarea calității de antiderapare covoarelor rutiere.

Atunci când macrotextura agregatelor nu este foarte mare, se pot realiza straturi subțiri asfalt care sunt caracterizate de o grosime cuprinsă între 10-30 mm.

În Europa se utilizează frecvent covoarele asfaltice subțiri (ca strat de uzură), astfel a apărut necesitatea efectuării unor cercetări științifice în vederea verificării calităților antiderapare a acestor covoare.

În anul 2005, Institutul Danez de drumuri a efectuat studii pe straturile rutiere subțiri, în urma cărora au fost efectuate măsurători și a rezultat că aceste straturi au calități antiderapare foarte bune.

Tot în anul 2005, au fost efectuate și în Franța studii pe aceste straturi subțiri care au avut ca rezultat demonstrarea calităților superioare antiderapare. În urma studiului s-a ajuns la concluzia că odată cu scăderea mărimii agregatelor crește rezistența antiderapare datorită creșterii numărului de puncte de contact între carosabil și pneu.

III.1.3.Interacțiunea dintre pneu și suprafața carosabilă

Toate forțele care acționează asupra unui vehicul și care au fost arătate în figurile anterioare acționează prin intermediul pneurilor asupra suprafeței carosabile, atât la staționare dar mai ales în timpul rulării ducând la apariția unei suprafețe de contact rezultată din deformarea căii și deformarea pneului.

Figura nr. 114– Contactul pneu – cale[6]

Există două tipuri de pneuri care au o influență diferită asupra carosabilului:

Pneuri cu structură diagonală;

Figura nr. 1512– Pneuri cu structură diagonală[17]

Pneuri cu structură radială.

Figura nr. 136– Pneuri cu structură radială [17]

După cum se observă în figura anterioară, contactul pneu-carosabil este parțial în cazul pneurilor diagonale, ceea ce conduce la o solicitare în sens transversal direcției de mers, pe când, la pneul radial contactul cu suprafața carosabilă este complet pe urma sa, ceea ce conduce la solicitări tangențiale în lungul direcției de mers.[17]

Figura nr. 147– Alunecare tangențială pneu-carosabil (f) [17]

a)

f = 5% f = 10% f = 15%

25%V 60%V 95%V

10%S 40%S 90%S

V=ct

b)

Direcție mers

Figura nr. 158– Suprafață de lunecare (f) [17]

Analizând figura de mai sus se poate observa creșterea suprafeței de lunecare (f) de pe urma de contact pneu-carosabil (S) pe măsura creșterii vitezei (V). De asemenea, se poate observa modificarea suprafeței de lunecare (f) cu modificarea unghiului direcției de mers a autovehiculului cănd viteza este (V=ct.).[17]

Forma texturii pneului are o mare influență asupra siguranței în circulație, asupra confortului șoferului, precum și asupra uzurii carosabilului. Astfel, lățimea bandajului pneului, elasticitatea și presiunea de umflare, textura bandajului de rulare, precum și reglajul corespunzător al roții din punct de vedere a unghiului de cădere pe carosabil, influențează în mare măsură rezistența la rulaj a roții și indirect uzura pneu-carosabil.[17]

Datorită forțelor care apar la contactul pneu-carosabil, au loc o serie de efecte:

Efectul de aderență – reprezintă întrepătrunderea asperităților carosabilului cu textura pneurilor și se datorează contactului static pneu – carosabil;

Efectul de frecare inițial – apare în momentul demarării autovehiculelor datorită creșterii progresive a eforturilor unitare tangențiale;

Figura nr. 19 16– Efectul de adeziune pneu – carosabil [17]

Efectul de frecare la viteză mică – la viteze reduse de deplasare, frecarea pneu – carosabil apare ca un rezultat al compunerii adeziunii infinitezimale cu un proces continuu de relaxare interfacială;La viteză de deplasare crescătoare și/sau temperatură descrescătoare, forța de frecare crește (ARIANO 1930) în același mod cum vâsco-elasticitatea îmbrăcăminții rutiere crește cu frecvența încărcărilor date de vehicule;[17]

Efectul de frecare la viteză mare – S-a constatat că odată cu creșterea vitezei vehiculelor, efectul de alunecare pneu – carosabil dispare, dar apare o suprapunere a pliurilor la suprafața imbrăcăminții care conduce la fenomenul de extragere a pietrelor mari și la șlefuirea suprafețelor;

Efectul de rugozitate – Se manifestă proeminent atunci când procentul de contact pneu – carosabil este cât mai redus din aria de contact corespunzătoare tipului de autovehicul;

Efectul de lubrefiant- Apariția unui film lubrefiant (apă, zăpadă sau bitum în exces) la contactul pneu-carosabil reduce coeficientul de frecare pe măsura scăderii greutății pe roată.

Figura nr. 20 17– Efectul de lubrefiant [17]

O îmbrăcăminte rutieră așezată pe un suport rigid din beton prezintă, sub același trafic, deformații diferite în funcție de compoziție grosime, temperatura ambiantă, viteza de încărcare și modul de conlucrare cu suportul.[17]

Figura nr. 2118– Urme de contact pneu – carosabil [17]

III.1.4. Solicitările transmise structurilor rutiere

În afara efectelor apărute la contactul pneu-carosabil, anterior prezentate, vehiculele transmit solicitări structurilor rutiere, care au rolul de a le transmite mai departe cât mai uniform terenului natural.

Figura nr. 192– Transmiterea solicitărilor într-o structură rutieră [18]

La contactul pneu- carosabil apar solicitări importante și în interiorul structurii rutiere și sunt de 2 tipuri:

Eforturi de întindere;

Eforturi de compresiune.

Figura nr. 203– Eforturile dintr-o structură rutieră [18]

Agresivitatea traficului rutier prin solicitările transmise carosabilului duce implicit la vătămarea structurilor rutiere.

Figura nr. 214– Agresivitatea traficului și vătămarea structurii rutiere

Roțile vehiculelor acționează direct asupra căii, creând pe suprafața acesteia solicitări verticale și orizontale. Intensitatea acțiunii este proporțională cu încărcarea pe roată și cu viteza de circulație.[5]

Roțile nemotoare (trase, conduse) au asupra căii o acțiune mai mult verticală, de zdrobire – presare, pe când roțile motoare au mai mult o acțiune de roade – șlefuire.[5]

În funcție de forțele și momentele care acționează asupra roților de autovehicule, acestea pot fi pot fi:

a) în poziție statică, când nu se rotesc și asupra lor nu acționează forțe și momentede propulsie sau de frânare;

b) motoare, când asupra lor acționează un moment motor, care are același sens cuviteza unghiulară a roții;

c) frânate, când asupra lor se aplică un moment de frânare, care are sens opus vitezeiunghiulare a roții;

d) conduse, când se aplică numai forțe de împingere sau tragere.[24]

Figura nr. 225– Forțele și eforturile din pata de contact

În cazul drumurilor, vehiculul luat în considerație cu pondere mare de agresivitate asupra carosabilului este camionul cu încărcare mare pe osie. Noțiunea de agresivitate este introdusă ca element nou în parametrii de calcul a drumurilor și exprimă efectul încărcărilor succesive date de autovehicule asupra structurii rutiere.

Figura nr.236 – Efectul încărcărilor succesive date de autovehicule

Deși, atât în România cât și în alte țări, străzile și drumurile sunt în accepțiunea generală identice, realitatea ne-a demonstrat comportări diferite ale acestora sub trafic iar în ultima perioadă de timp, s-a ajuns la concluzia necesității efectuării de studii suplimentare pentru străzi deoarece acestea diferă extrem de mult de drumuri.

Solitările structurilor rutier urbane este mult diferită de cele extraurbane deoarece în interiorul localităților se impune un număr extrem de mare de accelerări – decelerări, care conduc la solicitări tangențiale mari, respectiv un număr semnificativ de compresiune – întindere în structura rutieră.

Se știe că acțiunea forțelor de tracțiune (frecare) la suprafața carosabilului are potențialul de a reduce capacitatea portantă a structurilor rutiere. Cu toate aceste, efectele acestor forțe de suprafață nu au fost pe larg studiate nici în Europa, nici în Australia sau America, iar metodele de dimensionare nu abordează această problemă.[19]

Așa cum au fost arătați anterior utilizatorii drumurilor și străzilor diferă, respectiv în interiorul localităților singurele mașini grele acceptate sunt vehiculele de transport public iar în rest traficul este alcătuit din autoturisme dar într-un număr extrem de mare.

Pe străzi, comparativ cu drumurile, există multe sectoare cum ar fi intersecțiile, stațiile de transport public, trecerile de pietoni, pe care se impune frânarea sau oprirea și implicit existența unui număr semnificativ de demarări succesive.

Când suprafața carosabilă a unui drum este supraîncărcată de un număr semnificativ de vehicule în mișcare în mod repetat într-o singură direcție, aceasta duce la deformări plastice (nerecuperabile) pe suprafața drumului. Apare astfel, o redistribuire a eforturilor în structura rutieră, pe care nu o putem vedea. Eforturile prezente în structura rutieră după descărcare este cunoscut ca un "deformație reziduală". Se poate arăta teoretic că există o mărime de sarcină sub care o solicitare de protecție reziduală se va dezvolta în drum, și peste care dacă este depășită structura rutieră va suferi o defecțiune incrementală. [19]

Cu condiția că sarcinile ulterioare sunt mai mici decât o anumită sarcină limită experimentată de partea carosabilă, această deformație reziduală în structura rutieră oferă protecție împotriva acumulării de deformări plastice, care conduc în continuare la apariția degradărilor. Acest efort este cunoscut sub numele de"efort limită shakedown" și tensiunile reziduale de protecție asociate cu acest efort limită sunt tensiunile reziduale optime pentru durata de viață a structurii. [19]

În teoria efortului shakedown, se presupune că o structură, atunci când este supusă la încărcare pe termen lung cu repetări succesive, poate răspunde în două moduri distincte: fie un colaps incremental sau o deformație elastică. Primul presupune acumularea continuă a deformărilor permanente cu cicluri de încărcare ulterioare în timp ce acesta din urmă indică un comportament de deformare elastică cu o anumită deformare permanentă inițială.[19]

În mod ideal, structurile rutiere se vor deforma în cele din urmă în cazul în care a fost stabilită o limită de încărcare pentru un drum particular. Împreună cu acest fenomen apare și o deformare permanentă. Acest lucru este interesant deoarece se reflectă în majoritatea situațiilor reale ale structurilor rutiere supuse la încărcări repetate. Într-adevăr, cedarea unei structuri rutiere este consecința încărcărilor repetate și deformărilor plastice, o investigație mai realistă a comportamentului sistemului, cum ar fi de abordare a "deformării shakedown", este necesară în studiul de performanță a structurilor rutiere.[19]

Figura nr. 247 – Conceptul de shakedown

Numeric vorbind, termenul de "analiza shakedown" este utilizat pentru evaluarea siguranței sarcinilor structurilor elastoplastice supuse încărcărilor repetate variabile. Bazat pe munca lui Melan (1936), Johnson (1968), Sharp și Booker (1984), Sloan (1988), Shiauet al. (2000 și 2001) au propus recent o analiză shakedown limită inferioară folosind elemente finite și programarea matematică pentru a studia comportamentul pe termen lung a structurilor rutiere stratificate sub sarcini de suprafață repetate. [19]

Figura nr. 258– Teoria dezvoltată de Melan referitoare la conceptul shakedown

III.1.5. Solicitările străzilor vs. solicitările drumurilor

Structurile rutiere urbane diferă foarte mult față de cele extraurbane din punct de vedere al solicitărilor la care sunt supuse. Dacă la drumuri traficul majoritar este cel format din vehicule grele, care sunt într-un număr relativ mare, la străzi traficul rutier este format în proporție majoritară de autoturisme, dar într-un număr extrem de mare dar se întâlnesc și vehicule grele, respectiv vehiculele de transport în comun precum troleibuzele și autobuzele, care sunt într-un număr mare.

Figura nr. 269– Trafic rutier urban (stânga) și trafic rutier extraurban (dreapta)

La drumuri traficul majoritar este cel format din vehicule grele, chiar și standardele în vigoare prevăd ca vehicul de calcul care trebuie luat în considerare la dimensionarea structurii rutiere, vehiculul greu cu osia standard de 115 kN.

La străzi traficul majoritar este format din autoturisme iar cel mai greu vehicul care are drept să circule pe toate străzile este autobuzul.

Figura nr. 30– Vehiculul de calcul N115 utilizat la drumuri

Figura nr.2731– Vehiculul de calcul utilizat la străzi

Diferențe de solicitări la străzi față de drumuri:

Tabelul nr. 4– Diferențe de solicitări străzi vs drumuri

Tabelul nr. 5– Tipuri de solicitări și modul de acționare

Tabelul nr.7– Tipuri de rezistențe la drumuri și la străzi

Un factor principal, specific străzilor, care stă la baza apariției degradărilor structurilor rutiere este numărul mare de frânări înregistrate în interiorul orașelor.

Pentru a-și reduce viteza sau pentru a se opri, fiecare vehicul este prevăzut cu un sistem de frânare care acționează atât asupra vehicului cât și asupra căii de rulare, prin intermediul pneurilor.

Prin frânare, în jurul axelor roților apare câte un cuplu de frânare, care la contactul roată-cale, datorită aderenței roți-cale, provoacă reacțiunea tangențială a căii, îndreptată în sens contrar deplasării autovehiculului.[6]

Figura nr.28– Principiul frânării [6]

Unde:

N – reacțiunea verticală a căii asupra roții încărcată cu sarcina P

Tf – Reacțiunea tangențială de frânare

ff – coeficient de frecare la frânare cu lunecare. In absența lunecării coeficientul de frecare

are o valoare mai mare cu cca. 30%. Din acest motiv, în scopul considerării unei valori acoperitoare pentru Tf se adoptă coeficientul de frecare pentru situația cu lunecare).

m*w – forța de inerție

w – decelerația

Numărul mare de frânări și accelerări, înregistrat în interiorul unei localități, conduce la degradarea stării suprafeței de rulare prin degradarea rugozității suprafeței de rulare care conduce implicit la condiții de circulație neplăcute datorită creșterii distanțelor de frânare. Funcție de caracterizarea suprafeței de rulare putem determina viteza optimă de circulație.[6]

III.2. CONDIȚII DE REZEMARE ALE STRUCTURILOR RUTIERE

III.2.1. Rezemarea structurilor rutiere

Atunci când se analizează diferențele dintre străzi și drumuri trebuie să se aibă în vedere și modul de rezemare al acestora iar cea mai importantă întrebare cu răspunsul aferent de care trebuie să se țină obligatoriu cont este următoarea:“Este suportul structurii rutiere stradale asemanator suportului structurii rutiere aferente drumului national?” – “Raspunsul este cert NU”

Între infrastructura rutieră extraurbană și cea urbană există mari diferențe și în ceea ce privește condițiile de rezemare.

Tabelul nr. 6– Diferențe de rezemare între străzi și drumuri

Figura nr. 293– Condiții de rezemare la drumuri

Figura nr. 304– Condiții de rezemare la străzi – existența rețelelor edilitare

Figura nr. 315 – Condiții de rezemare la străzi – exemplu de galerie edilitară[3]

III.2.2. Intervențiile efectuate asupra structurilor rutiere

Plecând de la modul de rezemare a structurilor rutiere, identificăm o cauză suplimentară care conduce la apariția degradărilor și la diminuarea stării tehnice a infrastructurilor rutiere, deoarece existența rețelelor edilitare sub patul căii conduce la necesitatea executării de intervenții asupra părții carosabile în vederea efectuării lucrărilor de remediere a rețelelor de utilități.

Ținând cont că în interiorul orașelor nici nu se pune problema amânării lucrărilor de intervenție la rețelele de utilități ajungem la problema ridicată de aceste intervenții, respectiv după finalizarea acestora, de aducere a structurilor rutiere la o stare tehnică corespunzătoare pentru a fi redate traficului rutier.

Discontinuitățile suprafețelor rutiere, în special cele legate de servicii, deformările permanente și fisurile existente, au un impact negativ semnificativ asupra funcționalității tramei stradale.[21]

Lucrările edilitare, respectiv tranșeele edilitare executate necorespunzător creeză probleme grave tuturor administratorilor de rețele rutiere indiferent de țara/ continentul unde activează, deoarece reduc drastic durata de viață a infrastructurilor rutiere pe care le administrează.[21]

Atât în Canada cît și în Statele Unite ale Americii precum și în mai multe state de pe continentul european au fost efectuate studii cu privire la modul în care se execută tranșeele edilitare iar în urma acestor studii au fost găsite soluții cu privire la modul corect în care ar trebuii să fie executate acestea.

Datele statistice raportate de către Departamentul Lucrărilor Publice (DPW) din San Francisco, arătau că starea tehnică a străzilor scade proporțional cu creșterea numărului de tranșee edilitare executate.[21]

De asemenea, Consiliul Național de Cercetare din Canada indica faptul că săpăturile efectuate de către companiile de utilități cu scopul intervenirii la rețelele edilitare, reduc durata de viață a străzilor cu până la 50% (Tiewater 1997).

Și Autoritatea Metropolitană din Toronto a efectuat un studiu asupra efectelor lucrărilor edilitare executate necorespunzător asupra stării tehnice a străzilor și emis și recomandări cu privire la calitatea și modalitatea în care ar trebuii să fie executate aceste tranșee edilitare. [21]

La nivelul României menționăm că nu au fost executate studii cu privire la modalitatea executării tranșeelor edilitare din punct de vedere al modului în care afectează strada, întreținerea/refacerea părții carosabile a străzilor se execută dupa normativele de la drumuri iar din punct de vedere al condițiilor în care se execută intervențiile la rețelele edilitare numai câteva autorități locale au emis regulamente dar care stabilesc numai regulile administrative/legislative nu și cele tehnice, care trebuie îndeplinite în vederea executării unor lucrări corespunzătoare și care să nu afecteze starea tehnică a rețelei rutiere urbane.[21]

În urma studiilor efectuate, s-a determinat profilul transversal tip al tranșeelor edilitare efectuate pentru intervențiile de la rețelele de utilități, precum și al suprasolicitărilor părții carosabile și a materialelor adiacente "șanțului":[21]

Figura nr. 326– Profil transversal tip al tranșeelor edilitare[21]

S-a determinat că modul de executare al săpăturii propriu-zise utilizat până în prezent, respectiv perpendicular pe suprafața carosabilă, este deficitar și favorizează apariția degradărilor deoarece pământul aflat imediat lângă tăietură/tranșeu are tendința de cedare spre interiorul săpăturii.[21]

Zonadeinfluență, ilustratăîn figura de mai sus, joacăunrolcriticîndeteriorarea structurii rutiereîn jurultranșeelor edilitare.[21]

Sarcinile din traficul rutierproduc odeformațiemai mareîn această zonăcritică, ca urmare a scăderii rezistenței date de solul care a fost excavat și astfel duce la deterioarea părții carosabile și conduce la scăderea duratei de viață a structurii rutiere.[21]

Figura nr. 337– Cedarea pământului aflat exacat la marginea excavației[21]

O altă cauză care conduce la efectuarea de lucrări edilitare de o calitate inferioară o reprezintă cedarea pământului, atât în momentul efectuării excavației (când tranșee edilitare sunt deschise) cât și după efectuarea lucrărilor și închiderea zonei de lucru, compactarea necorespunzătoare conduce la cedarea pământului de sub partea carosabilă și implicit la apariția degradărilor de structură și de suprafață.[21]

Figura nr.34– Cedarea pământului când excavația este deschisă[21]

Studiile efectuate au avut ca scop principal identificarea unor măsuri/reguli necesar a fi respectate în timpul executării lucrărilor edilitare astfel încât calitatea acestora să nu afecteze starea tehnică a străzilor.

În cazul modului de efectuare a tranșeelor edilitare s-a ajuns la concluzia că tăierea perpendiculară pe partea carosabilă nu este benefică deoarece favorizează apariția unor goluri sub partea carobilă neexcavată și se recomandă păstrarea profilului transversal al tăieturii.

Figura nr.35– Soluție adecvată în ceea ce privește profilul excavației[21]

Se pune accentul și pe utilizarea unei material de umplutură a excavației, cu grad de contractare foarte mic, care să nu permită tasarea pământului sub partea carosabilă, după închiderea excavației.

Figura nr. 4036– Soluție adecvată de utilizare a unei umpluturi netasabile[21]

În cazul degradărilor identificate la căminele de inspecție și vizitare aferente rețelelor de utilități, ca soluție de remediere a acestora trebuie efectuate lucrări care implică o suprafață mai mare decât locația propriu-zisă a defecțiunii identificate.

În țara noastră remedierile care se efectuează la căminele de vizitare se efectuează foarte precis doar pe deficiența identificată și de cele mai multe ori și fără respectarea cotelor părții carosabile și a planeității existente, dar realitatea ne-a demonstrat că această modalitate de reparație este ineficientă deoarece conduce în timp la propagarea și agravarea deficienței.

Figura nr.3741– Degradări frecvent întâlnite în România

la cămine și la străzi care conțin și cale de rulare a tramvaielor[21]

În schimb, în alte țări ca de exemplu Germania, lucrările de remediere a deficiențelor apărute la cămine sau la căile de rulare a tramvaielor atunci când acestea fac parte din structura rutieră urbană sunt executate pe suprafețe puțin mai mari decât degradarea în sine, iar acest fapt conduce la execuția unor lucrări de o calitate foarte ridicată.

Figura nr.3842 – Lucrări executate corect, în Germania, la cămine

III.3. SOLICITĂRI DIN VARIAȚII ALE FACTORILOR DE MEDIU

Structurile rutiere sunt construcții care sunt suporta solicitările permanente datorate variațiilor de temperatură, acțiunii apei, vântului, etc. și suferă și acțiunile distructive ale acestora.

Pentru a putea estima comportarea în exploatare a complexelor rutiere, sunt necesare atât studii asupra comportării materialelor ce îi alcătuiesc cât și variația eforturilor și deformațiilor în cadrul acestuia.[11]

Atât în cazul drumurilor cât și în cazul străzilor, condițiile geografice sunt aceleași, dar măsurile de intervenție ale administratorilor căilor de comunicații sunt diferite.

Tabelul nr. 7– Factori de mediu. Diferențe între străzi și drumuri

Figura nr. 393 – Utilaj de putere mică, frecvent utilizat la deszăpezirea străzilor

Figura nr.40 – Utilaje utilizate la deszăpezirea străzilor

Figura nr.41– Utilaje de mare putere, utilizate la deszăpezirea drumurilor

Figura nr. 426 – Utilaje de mare putere, utilizate la deszăpezirea drumurilor

În afară de anotimpul rece și vara conduce la apariția degradărilor structurilor rutiere datorită temperaturilor foarte ridicate care pot ajunge și la 40-500 Celsius în aer iar la nivelul carosabilului sunt mult mai ridicate.

Aici între străzi și drumuri iar regăsim diferențe majore deoarece în interiorul orașelor temperaturile care se înregistrează la nivelul carosabilului sunt mult mai ridicate decât la drumuri deoarece existența unui mare de mașini (căldura degajată de motoarele acestora în special când se utilizează și aerul condiționat), lipsa vegetației și împiedicarea circulației curenților (datorită clădirilor înalte adiacente drumului) influeanțează în mod considerabil la creșterea temperaturilor.

III.4. Factorii principali care stau la baza agresării structurilor rutiere stradale

Factorii specifici și principali care stau la baza agresării structurilor rutiere stradale sunt prezentați în Tabelul nr.ul următor și evidențiați în figura nr. 24.

Tabelul nr. 8– Factori specifici de agresare a străzilor

EVALUAREA STĂRII TEHNICE LA CAROSABILUL URBAN FAȚĂ DE CEL EXTRAURBAN

IV.1. STAREA TEHNICĂ A REȚELELOR DE INFRASTUCTURĂ RUTIERĂ

Permanent, trebuie stabilită starea tehnică a infrastructurilor de transport rutier.

Starea tehnică a drumurilor se determină în scopul stabilirii lucrărilor de întreținere periodică și respectiv a lucrărilor de reparații curente, lucrări menite să aducă starea tehnică la nivelul cerut de evoluția traficului.[7]

Starea tehnică se determină funcție de caracteristicile infrastructurii rutierere, respectiv:

Indicele de degradare (ID) care se determină pe baza evaluării cantitative a tuturor degradărilor structurale și a ponderii acestora;

Indicele e stare al îmbrăcămintei (PCI – Pavement Condition Index) – care este un număr de clasificare al îmbrăcămintei bituminoase cu valori cuprinse între 0 și 100, 0 indicând starea “complet distrus” iar 100 – “excelent”.

În calculul indicilor de degradare sunt implicați următorii parametri:

tipurile de degradări identificate pe drum/stradă;

ponderea procentuală a fiecărui tip de degradare;

coeficienții de importanță, în funcție de nivelul de severitate al fiecărui tip de degradare;

coeficienții de importanță ai frecvenței de apariție sau extinderii;

puncte de scădere (negative).[10]

În acest moment evaluarea stării tehnice a străzilor se efectuează utilizând normele tehnice aflate în vigoare pentru drumuri, respectiv : ”Normativ pentru evaluarea stării de degradare a îmbrăcămintei bituminoase pentru drumuri custructuri rutiere suple și semirigide” și CD 155 – 2000: “Instrucțiuni tehnice privind determinarea stării tehnicea drumurilor moderne”

Actualul „Normativ pentru evaluarea stării de degradare a îmbrăcăminților rutiere suple și semirigide „Indicativ 540, elaboratdupă reglementări americane în domeniu, folosește coeficienții de ponderare și frecvențele de apariție a degradărilor orânduite pe tipuri specifice din programul specializat S.H.R.P.

IV.2. DETERMINAREA CARACTERISTICILOR UTILIZATE ÎN EVALUAREA STĂRII TEHNICE

Determinarea caracteristicilor utilizate în evaluarea stării tehnice a drumurilor moderne se face cu ajutorul CD 155 – 2000: “Instrucțiuni tehnice privind determinarea stării tehnicea drumurilor moderne”. Pentru străzi este utilizată aceeași normă numai că pentru o eficientizare ar trebuii avute în vedere diferențele constructive dintre acestea.

Starea tehnică a unei rețele de drumuri se stabilește pe toată lungimea acesteia. În acest scop rețeaua de drumuri se împarte în tronsoane omogene de drum, caracterizate prin aceleași date privind:

caracteristicile traficului;

tipul structurii rutiere;

anul modernizării sau al ultimei lucrări de întreținere sau de reparații curente.

Evaluarea stării de degradare se efectueazăîn 2 etape de măsurare:

etapa inițială de măsurare;

etape curente de măsurare.

Etapa inițială de măsurare corespunde:

primei etape de măsurare după modernizarea sau reabilitarea drumului sau dupa ranforsarea structurii rutiere;

primei etape de măsurare a unor drumuri în exploatare.

Rezultatele obținute constituie valorile de referință pe baza cărora urmează să se aprecieze evoluția ulterioară a stării tehnice.

În tabelul următor, sunt prezentate intervalele între etapele de măsurare ale caractesticilor drumurilor stabilite prin instrucția “CD 155 – 2000: INSTRUCȚIUNI TEHNICE DEPARTAMENTALE PRIVIND DETERMINAREA STĂRII TEHNICEA DRUMURILOR MODERNE” și intervalele de măsurare ale caracteristicilor străzilor prin adaptarea instrucției sus-menționată funcție de necesitățile din realitate.

Tabelul nr. 9– Factori specifici de agresare a străzilor

În tabelul următor este prezentată perioada de măsurare care este stabilită funcție de condițiile de măsurare.

Tabelul nr. 10– Perioada de măsurare funcție de condițiile de măsurare

IV.2.1. Evaluarea rugozității suprafeței de rulare

Starea suprafeței de rulare sub aspectul rugozității se caracterizează pe bază de indicatori obținuți prin intermediul a două metode de măsurare, practicate și în țara noastră și anume:

rugozitatea (Skid Resistance Tester), măsurată prin folosirea pendulului și exprimată în unități . Aceasta caracterizează rugozitatea suprafețelor de rulare bituminoase;

rugozitatea HS (hauteur de sable), măsurată prin metoda înălțimii petei de nisip și exprimată în mm. Aceasta caracterizează rugozitatea suprafețelor derulare din beton de ciment și a celor bituminoase.

Caracterizarea rugozității suprafeței de rulare pe baza indicatorilor menționați anterior se prezintă în tabelul următor:[6]

Tabelul nr. 11– Indicatorii rugozității rutiere[6]

Măsurările pentru determinarea rugozității și HS a suprafeței îmbrăcăminții rutiere se efectuează în profiluri transversale amplasate în lungul tronsonului omogen de drum, la distanțe aproximativ egale, situate în puncte reprezentative pentru suprafața de rulare. Numărul profilelor transversale a fost prezentat la cap. III.4 dar pentru străzi acest număr ar trebuii să difere deoarece lungimile sectoarelor omogene ale străzilor sunt mult mai mici decât cele existente la drumuri.

În Tabelul nr.ul de mai jos, este prezentat numărul profilurilor transversale necesar pentru determinarea rugozității și HS, la drumuri, conform instruției CD 155 -2000, dar și recomandarea pentru străzi funcție de necesitățile din teren.

Tabelul nr. 12– Numărul profile transversale necesar pentru determinarea rugozității

IV.2.2. Evaluarea planeității suprafeței de rulare

Planeitatea suprafeței drumurilor este o caracteristică funcțională a drumului exprimată prin indicele . Acesta descrie deplasările unei suspensii supuse solicitărilor datorate defectelor de uniformitate ale drumului. O valoare mică a I.R.I. indică o uniformitate bună. El se determină conform instrucțiunilor proprii de utilizare a echipamentelor 72 și BUMP Integrator și anume[7]:

Instrucțiuni tehnice privind metodologia de determinare a planeității suprafeței drumurilor cu ajutorul analizorului de profil longitudinal 72

Instrucțiuni tehnice privind metodologia de determinare a planeității suprafeței drumurilor cu ajutorul BUMP Integrator.

Echipamentul care se utilizează este funcție de categoria drumului:

echipamentul 72 pentru drumurile europene și naționale principale;

echipamentul BUMP Integrator pentru celelalte categorii de drumuri.

În cazul utilizării echipamentului , măsurările se efectuează pe firul de măsurare situat la mijlocul benzii de circulație. Prelucrarea rezultatelor măsurărilor se efectuează din 200 în , pe toată lungimea drumului. În cazul utilizării echipamentului BUMP Integrator, măsurările se efectuează pe firele de măsurare corespunzătoare urmei roților de pe banda de circulație.

Prelucrarea rezultatelor măsurărilor se efectuează pentru lungimi de max. . Indicele de planeitate, , se calculează cu ajutorul unui program de calcul propriu al echipamentului de măsurare și se măsoară în m/km.Valorile I.R.I. variază între 0 m/km (drum fără nici un defect de uniformitate) și 12 m/km (drum de calitate foarte scăzută din punct de vedere al uniformității). [7]

IV.2.3. Determinarea capacității portante a complexului rutier

Capacitatea portantă a complexului rutier este o caracteristică structurală a drumului exprimată prin valorile deformației elastice (deflexiunea) caracteristică.

Deflexiunea se măsoară cu deflectometrele cu sarcină dinamică în conformitate cu instrucțiunile proprii de utilizare sau cu deflectometrele cu pârghie tip Benkelman, în conformitate cu "Instrucțiunile tehnice departamentale pentru determinarea prin deflectogralie și deflectometrie a capacității portante a drumurilor cu sisteme rutiere suple" indicativ CD 31-93.

Măsurările de deformabilitate cu deflectometrele cu sarcină dinamică se utilizează pentru determinarea capacității portante pe toate categoriile de drumuri publice și se efectuează pe întreaga lungime a tronsonului omogen de drum, pe o bandă de circulație, în firul de măsurare situat la distanțe de 1,00m de marginea părții carosabile, în puncte de măsurare situate la distanțe de max. .

La prelucrarea statistică a rezultatelor măsurărilor de deformabilitate, se vor depista valorile singulare maxime (vârfurile) care indică anomalii locale de drenaj, sau defecte localizate ale complexului rutier (în special grosimi reduse ale structurii rutiere).[7]

IV.2.4. Determinarea stării de degradare

Pentru realizarea unei evaluări corecte a stării tehnice a infrastructurilor rutiere stradale respectiv a stării de degradare a îmbrăcăminților structurilor rutiere a străzilor trebuie avută în vedere norma în vigoare utilizată la drumuri, 540 – și corelată cu realitatea și caracteristicile traficului rutier urban.

Normativul 540-se referă la metodologia de evaluare a stării de degradare a îmbrăcăminții pentru drumuri cu structuri rutiere suple și semirigide și este elaborat în vederea evaluării stării de degradare, prelucrarea datelor și interpretarea rezultatelor investigațiilor.

Evaluarea stării de degradare a îmbrăcăminților bituminoase se face prin inspecție de vizualizare pe eșantioane unitare de lungime redusă sau pe întreaga secțiune de drum supusă analizei.

Delimitarea secțiunilor se face prin vizualizarea sectoarelor propuse, la o viteză de 60-70 km/h și calificarea stării îmbrăcăminții pe fiecare kilometru prin atribuirea calificativului bun (B), mediu (M) sau rău (R). Lungimea unei secțiuni omogene nu poate fi mai mică de 100 m.

Calificative sunt atribuite în funcție de total suprafață degradată astfel:

BUN (B) – < 10%;

MEDIU (M) – 10-30% ;

RĂU (R) – >30%.

Evaluarea stării de degradare a îmbrăcăminților drumurilor cu structuri rutiere suple și semirigide ia în considerare următoarele tipuri de degradări:[23]

Degradări de tip structural:

degradări datorate oboselii straturilor bituminoase – Faianțări în pânză de păianjen (FPP);

faianțări în plăci (FP);

fisuri și crăpături longitudinale (FL);

plombe (Pb);

Gropi (G);

Făgașe Longitudinale (F);[23]

Degradări de suprafață:

fisuri și crăpături transversale (FT);

fisuri și crăpături datorate reflexiei rosturilor dalelor din beton de ciment (FTR) ;

fisuri și crăpături de margine (FM);

peladă;

văluiri;

suprafață exudată;

suprafațășlefuită;

suprafață cu ciupituri;

cedări de acostamente.[23]

Degradări diverse:

Fenomene de pompaj;

Tasări locale;

Defecțiuni apărute șa intersecțiile cu CF și linii de tramvai;

Degradări între partea carosabilă și capace canal utilități;

Degradări apărue în urma lucrărilor la utilități (tăieturi și șanțuri).

TIPURI DE DEGRADĂRI

Tabelul nr. 13– Tipuri de degradări[10]

În calculul indicilor de degradare sunt implicați următorii parametri:

tipurile de degradări;

ponderea procentuală a fiecărui tip de degradare, conform Tabelul nr.elor 3 și 4;

coeficienții de importanță, în funcție de nivelul de severitate al fiecărui tip de degradare;

coeficienții de importanță ai frecvenței de apariție sau extinderii;

puncte de scădere (negative).

În calculul indicilor de degradare se iau în considerare:

lățimea eșantionului, w;

suprafața eșantionului, A;

suprafața urmei roților, A(u).

Relațiile de calcul a indicilor de degradare sunt:

I.E.St. = 100 – NSt

I.E.SU = 100 – NSU

în care:

100 – numărul de puncte corespunzător lipsei oricărei degradări;

NSt, NSU – numărul de puncte de scădere (negative) corespunzător tuturor degradărilor structurale, respectiv de suprafață.

în care i = 1 … n, numărul de tipuri de degradări constatate pe eșantion.

Pentru calculul numărului punctelor de scădere (negative) se iau în considerare ponderile procentuale ale diverselor tipuri de degradări care conduc la starea de degradare a structurii sau suprafeței.

în care: i = 1, …, m, reprezintă numărul tipurilor de degradare considerate.

V.1. DEGRADĂRILE INFRASTRUCTURILOR DE TRANSPORT RUTIER

Degradările unei infrastructuri rutiere sunt de două categorii funcție de adâncimea de deterioare a structurii rutiere:

Degradări de suprafață;

Degradări de structură.

Degradări de tip structural:

degradări datorate oboselii structurii rutiere;

faianțări;

fisuri și crăpături longitudinale;

plombări;

făgașe;

gropi care afectează structura rutieră.

Degradări de suprafață:

degradări de margine;

fisuri transmise la rosturile de lucru;

fisuri și crăpături transversale;

gropi care afectează stratul de suprafață;

văluiri;

suprafață exudată;

suprafațășlefuită;

suprafață cu ciupituri;

cedări acostamente.

Figura nr.43– Tipuri de degradări datorită acționării asupra carosabilului

Factorii ce determină nivelul de degradare sunt:

Factorii de trafic:

încărcare;

uzură.

Factorii de mediu:

diferențe de temperatură;

diferențe de umiditate.

În timpul exploatării infrastructurilor rutiere apar defecțiuni ale sistemului rutier datorită următoarelor cauze:

agresivitatea traficului (intens)

tipul de trafic înregistrat pe structura rutieră (greu sau ușor);

agresivitatea factorilor de mediu (îngheț – dezgheț);

capacitatea portantă a complexului rutier;

calitatea necorespunzătoare a materialelor;

execuția lucrărilor cu calitate slabă;

creșterea sarcinii pe osie;

lipsa lucrărilor de întreținere la timp.

Evaluarea stării de degradare a îmbrăcaminților drumurilor cu structuri rutiere suple și semirigide ia în considerare următoarele tipuri de degradări:

Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere bituminoase sunt prezentate în Tabelul nr.ul următor:

Tabelul nr. 14– Tipuri de defecțiuni ale îmbrăcăminților bituminoase[9]

Defecțiunile îmbrăcăminților bituminoase se clasifică în funcție de urgențele de remediere în defecțiuni ușoare, mijlocii și grave.[9]

Tabelul nr. 15– Urgențele de remediere a defecțiunilor îmbrăcăminților bituminoase[9]

Defecțiunile îmbrăcăminților rutiere din beton de ciment sunt prezentate în Tabelul nr.ul următor:

Tabelul nr. 16– Tipuri de defecțiuni ale îmbrăcăminților din beton de ciment [9]

Defecțiunile îmbrăcăminților din beton de ciment se clasifică în funcție de urgențele de remediere în defecțiuni ușoare, mijlocii și grave.[9]

Urgențele de remediere a defecțiunilor îmbrăcăminților bituminoase țin seama de efectul lor asupra desfășurării normale a traficului rutier, modul în care afectează siguranța circulației și de influența lor asupra comportării în exploatare a îmbrăcăminților din beton de ciment.[9]

Tabelul nr. 17– Urgențele de remediere a defecțiunilor îmbrăcăminților din beton de ciment[9]

Ținând cont de cele sus-prezentate, în ceea ce privește diferențele dintre drumuri și străzi, în Tabelul nr.ul de mai jos vor fi prezentate degradările înregistrate pe drumuri și cele înregistrate pe străzi.

Degradările de pe străzi au fost înregistrate în Municipiul București, pe sectoare de străzi cu trafic rutier intens format din vehicule mici dar într-un număr foarte mare. Singurele vehicule grele care au dreptul să circule pe sectoarele de străzi unde au fost înregistrate aceste degradări sunt vehiculele de transport public.

Dar și aceste vehicule grele păstreză aceeași modalitate de circulație ca și vehiculele ușoare, mai exact viteze de circulație mici, cu frânări și accelerări bruște și în număr foarte mare.

MĂSURI DE REMEDIERE PRECONIZATE

Normativul “ 547 – 2013: Normativ pentru prevenirea și remedierea defecțiunilor la îmbrăcăminți rutiere moderne“ identifică cauzele și stabilește metodele de prevenire și soluțiile tehnice de remediere a defecțiunilor care apar la îmbrăcămințile rutiere moderne.

Dar și acest normativ prezintă o lipsă în departajarea drumurilor de străzi și prezentarea unor măsuri de remediere a defecțiunilor aplicabile la străzi.

Acest normativ prezintă următoarele măsuri de remediere funcție de deficiențele identificate:[13]

CONCLUZII

Pentru deținerea unei infrastructuri rutiere care să permită condiții de circulație bune pentru o durată de timp îndelungată, este necesară realizarea unei întrețineri periodice astfel încât să nu se permită apariția sau mărirea degradărilor.

Deficiențele infrastructurilor rutiere apar datorită solicitărilor mecanice provocate de către utilizatori (vehiculele rutiere) care coroborate cu acțiunea factorilor meteorologici (temperaturi extreme, precipitații abundente, etc.), îmbătrânirii produselor utilizate și acțiunilor diverse (lucrări efectuate la rețelele edilitare, acțiunea agenților chimici utilizați la acțiunile de deszăpezire etc.) conduc la apariția unor microfisuri în structura rutieră care datorită solicitărilor frecvente și repetate se transformă în fisuri și mai departe în degradări mai mari.

Dacă la drumuri, cauza apariției degradărilor sunt solicitările mari la care sunt supuse, respectiv vehiculele rutiere care utilizează aceste infrastructuri au sarcini mari pe osie iar degradările preponderente sunt cele de structură, la străzi cauza principală o reprezintă solicitările tangențiale mari (datorită numărului foarte mare de accelerări/deccelerări) transmise de către autoturisme, neuniformitatea structurilor rutiere și intervențiile la rețelele edilitare conduc la apariția frecventă a degradărilor de suprafață care influențează negativ condițiile de circulație și chiar impun un grad scăzut de siguranță rutieră.

La drumuri solicitările frecvente sunt cele verticale datorită existenței unor viteze de circulație sporite și a unui număr însemnat de vehicule grele iar la străzi solicitările frecvente sunt cele tangențiale produse de numărul mare de frânări și accelerări la care sunt obligate autovehiculele datorită existenței semaforizării, trecerilor de pietoni și a stațiilor de transport public.

La străzi o cauză importantă a apariției degradărilor o reprezintă lucrările edilitare executate necorespunzător care conduc la apariția degradărilor într-o perioadă extrem de scurtă de timp de la executarea acestora iar o subcauză o reprezintă necesitatea executării acestor intervenții pe toată durata anului indiferent de condițiile meteorologice existente, fapt ce se datorează imposibilității blocării activităților în interiorul unei localități.

DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE ÎN DOMENIUL TEZEI DE DOCTORAT

În cadrul tezei mele de doctorat cu titlul ”CONTRIBUȚII LA PROCEDURA DE ANALIZĂ A STĂRII TEHNICE PENTRU REȚEAUA STRADALĂ ÎN VEDEREA PROGRAMĂRII LUCRĂRILOR DE INTERVENȚII ” voi continua cu următorul raport de cercetare care se va numi: “Evaluarea stării de degradare pe categorii de străzi determinată pe sectoare experimentale – Întocmirea și prelucrarea băncilor de date” și după accea voi face ”Analiza volumelor de trafic în funcție de vehiculul de calculspecific străzilor și modul de evaluare a stării tehnice la trama stradală”.

În cadrul acestui raport voi arată diferențele majore între degradările înregistrate pe străzi comparativ cu cele pe care le regăsim pe drumuri și influența diferită a acestora asupra stării tehnice generale a infrastructurii rutiere.

Aceste cercetări vor fi efectuate cu scopul demonstrării diferențelor majore dintre rețeaua de drumuri și trama stradală precum și necesitatea existenței unor normative separate numai pentru evaluarea stării tehnice a rețelei stradale.

BIBLIOGRAFIE

[1] –DIACONU ELENA,DICU MIHAI,RĂCĂNEL CARMEN : “CĂIDECOMUNICAȚII RUTIERE principii de proiectare” – 2006, CONPRESS, București;

[2] –“STAS 4032 1-1990 -TERMINOLOGIE” – 1991, România;

[3] –DICU MIHAI: “ARTERE DECIRCULAȚIEURBANĂ” – 20, CONPRESS, București;

[4] –DICU MIHAI, LAZĂR ȘTEFAN, LOBAZĂMIHAI :“CĂI DE COMUNICAȚII RUTIERE.ÎNDRUMĂTOR DIDACTIC DEPROIECTARE PENTRU SPECIALIZAREACCIA” – 2008, CONPRESS, București;

[5] –SIMINEA IOANA:”CĂI DE COMUNICAȚII RUTIERE” – 2005, BREN, București;

[6] – COSOSCHI BENONIA: ”DRUMURI, TRASEE” – 2005, "MATEI-TEIU BOTEZ" ;

[7] –“CD 155 – 2000: INSTRUCȚIUNI TEHNICE PRIVIND DETERMINAREA STĂRII TEHNICEA DRUMURILOR MODERNE” – 2001, România;

[8] – PAVĂL FLAVIUS-FLORIN, DICUMIHAI : “EXPLOATAREA RETELEI STRADALE VS EXPLOATAREA RETELEI DE DRUMURI NATIONALE SI AUTOSTRAZI”- 10-13.09.2014,CONGRESUL NATIONAL DE DRUMURI SI PODURI DIN ROMANIA

[9]-“ 547 – 2013: ”NORMATIV PENTRU PREVENIREA ȘI REMEDIEREA DEFECȚIUNILOR LA ÎMBRĂCĂMINȚI RUTIERE MODERNE”– 2013, România;

[10]- “ 540 – 2003: ”NORMATIV PENTRU EVALUAREA STĂRII DE DEGRADARE A ÎMBRĂCĂMINTEI BITUMINOASE PENTRU DRUMURI CUSTRUCTURI RUTIERE SUPLE ȘI SEMIRIGIDE”– 2003, România;

[11]– RUJA MIHAI, DICU MIHAI: “RAPORT DE CERCETARE NUMARUL – România;

[12] –DICU MIHAI: “TEHNOLOGII SPECIFICE DE REALIZARE ȘI REABILITARE LA STRĂZI” – 2011, CONPRESS, București;

[13]- 547 – 2013: ”NORMATIV PENTRU PREVENIREA ȘI REMEDIEREA DEFECȚIUNILOR LA ÎMBRĂCĂMINȚI RUTIERE MODERNE”– 2013, România;

[14] -”BASIC PRINCIPLES OF VEHICLE DYNAMICS” – BRAKES, BRAKE CONTROL AND DRIVER ASSISTANCE SYSTEMS – 2014, Springler.com;

[15] -”ASFALTATOR MANUAL DE CALIFICARE/ RECALIFICARE” – ”PROIECTUL ACCES LA FORMARE PROFESIONALĂ- ACCED” – 2010, ;

[16] – ”SYNTHESIS OF THE EFFECTS OF PAVEMENT, PROPERTIES ON TIRE ROLLINGRESISTANCE – RESEARCH SYNOPSIS–NCAT REPORT 11-05” – NATIONAL CENTER FORASPHALT TECHNOLOGY AT AUBURN UNIVERSITY;

[17] – DICU MIHAI: ”ÎMBRĂCĂMINȚI RUTIERE INVESTIGAȚII ȘI INTERPRETĂRI” – 2010, București ;

[18] – ”THICKNESS DESIGN – FULL DEPTH ASPHALT PAVEMENT STRUCTURES FOR HIGHWAYS AND STREETS”– THE ASPHALT INSTITUTE, 1970, Statele Unite ale Americii;

[19] – JIM SHIAU, TAGARAJAN PERUMAL, MICHAEL BENJAMIN, SELVAN PATHER, AND RON AYERS – ” DEVELOPING A TRACK MODEL FOR TESTING THE ROAD PAVEMENT UNDER REPEATED MOVING SURFACE LOADS” – University of Southern Queensland, Australia;

[20] – FLINTSCH GERARDO W., MCGHEE KEVIN K. , IZEPPI EDGAR DE LEÓN,SHAHRIAR NAJAFI – ”THE LITTLE BOOK OF TIRE PAVEMENT FRICTION” – PAVEMENT SURFACE PROPERTIES CONSORTIUM, 2012;

[21] – DICU MIHAI, PAVĂL FLAVIUS-FLORIN: ”INFLUENȚA LUCRĂRILOR EDILITARE ASUPRA STRUCTURILOR RUTIERE URBANE” – CONFERINȚA ȘTIINȚIFICĂ INTERNAȚIONALĂ Cercetare și Administrare Rutieră, “CAR 2015”, 2015;

[22] -”CHAPTER 12 – PRINCIPLES OF DESIGN FOR RIGID PAVEMENTINTERSECTIONS” – Colorado Department of Transportation Pavement Design Manual, 2015;

[23] – “ 540 – 2015: ”NORMATIV PENTRU EVALUAREA STĂRII DE DEGRADARE A ÎMBRĂCĂMINTEI BITUMINOASE PENTRU DRUMURI CU STRUCTURĂ RUTIERĂ SUPLĂ ȘI SEMIRIGIDĂ (MIXTĂ)”– 2015, România;

[24] – “DINAMICA AUTOVEHICULELOR – CURS”– UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI, Facultatea de Transporturi – Catedra Vehicule Rutiere- România;