Solutii Pentru O Infrastructura Rutiera Ecologica
Bibliografie:
[1] Popa, L. – ”Elemente de infrastructură rutieră”, note curs, [NUME_REDACTAT] București, București, 2012
[2] [NUME_REDACTAT] s.a, “Cai de comunicatii rutiere – principii de proiectare”, editura conspress Bucuresti, 2006
[3] [NUME_REDACTAT]
[4] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] ( NR2C ), Towards reliable, green, safe&smart and human infrastructure in Europe – Aprilie 2008
[5] http://www.fehrl.org/nr2c
[NUME_REDACTAT] de proiect
Memoriu tehnic
A.Studiul constructiv al infrastructurii rutiere pentru drumul europen E574, pe portiunea Bacau – Onesti ( DN11).
Capitolul 1. Stabilirea parametrilor initiali ai proiectarii
1.1 Clasa tehnica a drumului. Viteza de proiectare. Numarul de benzi si latimea acestora
1.2 Intensitatea traficului
1.3. Caracteristici dimensionale si masice admise ale vehiculelor rutiere care vor circula pe drumul proiectat.
Capitolul 2. Stabilirea caii rutiere, in plan transversal
2.1 Compunerea si dimensionarea complexului rutier
2.1.1 Alegerea tipului caracteristic al sistemului rutier
2.1.2 Dimensionarea si verificarea sistemului rutier suplu
Capitolul 3. Elemente de proiectare si de calcul a geometriei drumului in plan orizontal
3.1. Stabilirea traseului (aliniamente, curbe, intersectii) si consideratiile care stau la baza stabilirii sale
3.2. Studiul vizibilitatii traseului in aliniament, in curba si in intersectii
3.2.1. Vizibilitatea traseului in aliniament
3.2.2. Vizibilitatea traseului in intersectii
3.2.3. Vizibilitatea traseului in viraje
Capitolul 4. Elemente de proiectare si calcul a geometriei drumului, in plan transversal
4.1 Stabilirea tipului caracteristic de profil transversal
4.2 Determinarea latimii platformei si a partii carosabile, in aliniament
4.3 Determinarea formei geometrice si a dimensiunilor bombamentului, in aliniament
4.4 Stabilirea geometriei drumului in curba
4.4.1. Asigurarea stabilitatii deplasarii autovehiculelor in curbe
4.4.2. Stabilirea latimii drumului in curbe
B. Solutii pentru o infrastructura rutiera ecologica
Capitolul 1. Conceptul de infrastructura rutiera ecologica
1.1 Domeniul de aplicare al conceptului de infrastructura ecologica rutiera
1.2 Infrastructura (verde) ecologica
1.3 Solutii pentru combaterea poluarii
1.4 Asfalt la temperatura scazuta/asfalt reciclat .
Capitolul 2. Sisteme de infrastructura ecologice
2.1 Sistem rutier ecotehnic
2.1.1 Descrierea conceptuala si functionala a sistemului ERS
2.1.2 Sisteme rutiere anti-zgmot si anti-vibratii
2.1.3 Sisteme rutiere cu rezervor de apa si sistem de filtrare
2.1.4 Barierele pentru drum
2.2 Purificarea aerului : Reducerea NOx prin intemediul sistemelor rutiere
2.2.1 Aspecte generale
2.2.2 Fotocataliza eterogena, un proces pentru purificarea aerului
2.2.3 Rezultate de laborator, Evaluarea parametrilor.
2.2.4 Proiectul pilot din orasul Antwerp, [NUME_REDACTAT]:
[NUME_REDACTAT] de proiect
Memoriu tehnic
A.Studiul constructiv al infrastructurii rutiere pentru drumul europen E574, pe portiunea Bacau – Onesti ( DN11).
Capitolul 1. Stabilirea parametrilor initiali ai proiectarii
1.1 Clasa tehnica a drumului. Viteza de proiectare. Numarul de benzi si latimea acestora
1.2 Intensitatea traficului
1.3. Caracteristici dimensionale si masice admise ale vehiculelor rutiere care vor circula pe drumul proiectat.
Capitolul 2. Stabilirea caii rutiere, in plan transversal
2.1 Compunerea si dimensionarea complexului rutier
2.1.1 Alegerea tipului caracteristic al sistemului rutier
2.1.2 Dimensionarea si verificarea sistemului rutier suplu
Capitolul 3. Elemente de proiectare si de calcul a geometriei drumului in plan orizontal
3.1. Stabilirea traseului (aliniamente, curbe, intersectii) si consideratiile care stau la baza stabilirii sale
3.2. Studiul vizibilitatii traseului in aliniament, in curba si in intersectii
3.2.1. Vizibilitatea traseului in aliniament
3.2.2. Vizibilitatea traseului in intersectii
3.2.3. Vizibilitatea traseului in viraje
Capitolul 4. Elemente de proiectare si calcul a geometriei drumului, in plan transversal
4.1 Stabilirea tipului caracteristic de profil transversal
4.2 Determinarea latimii platformei si a partii carosabile, in aliniament
4.3 Determinarea formei geometrice si a dimensiunilor bombamentului, in aliniament
4.4 Stabilirea geometriei drumului in curba
4.4.1. Asigurarea stabilitatii deplasarii autovehiculelor in curbe
4.4.2. Stabilirea latimii drumului in curbe
B. Solutii pentru o infrastructura rutiera ecologica
Capitolul 1. Conceptul de infrastructura rutiera ecologica
1.1 Domeniul de aplicare al conceptului de infrastructura ecologica rutiera
1.2 Infrastructura (verde) ecologica
1.3 Solutii pentru combaterea poluarii
1.4 Asfalt la temperatura scazuta/asfalt reciclat .
Capitolul 2. Sisteme de infrastructura ecologice
2.1 Sistem rutier ecotehnic
2.1.1 Descrierea conceptuala si functionala a sistemului ERS
2.1.2 Sisteme rutiere anti-zgmot si anti-vibratii
2.1.3 Sisteme rutiere cu rezervor de apa si sistem de filtrare
2.1.4 Barierele pentru drum
2.2 Purificarea aerului : Reducerea NOx prin intemediul sistemelor rutiere
2.2.1 Aspecte generale
2.2.2 Fotocataliza eterogena, un proces pentru purificarea aerului
2.2.3 Rezultate de laborator, Evaluarea parametrilor.
2.2.4 Proiectul pilot din orasul Antwerp, [NUME_REDACTAT]:
Tema de proiect
Studiul constructiv al infrastructurii rutiere pentru un tronson de drum, zona de relief: deal, si prezentarea de solutii pentru a diminua impactul asupra mediului inconjurator. Se va analiza drumul european E574 pe portiunea nationala Bacau – Onesti (DN11).
Fig.1.1. Drumul european E574 (portiunea Bacau – Onesti, DN11)[3]
Memoriu tehnic
Studiul portiunii de drum Bacau – Onesti (DN11)
Stabilirea parametrilor initiali ai proiectarii (clasa tehnica a drumului, viteza de proiectare, numarul de benzi si latimea acestora, intensitatea traficului, caracteristici dimenstionale si masice admise ale vehiculelor rutiere care vor circula pe drumul studiat).
Stabilirea caii rutiere, in plan transversal (compunerea si dimensionarea complexului rutier).
Elemente de proiectare si de calcul a geometriei drumului in plan orizontal ( stabilirea traseului si consideratiile care stau la baza stabilirii sale, studiul vizibilitatii traseului in aliniament, in curba si in intersectii).
Elemente de proiectare si de calcul a geometriei drumului, in plan transversal ( stabilirea tipului caracteristic de profil tranversal, determinarea latimii platformei si a partii carosabile, in aliniament, determinarea formei geometrice si a dimensiunilor bombamentului, in aliniament, stabilirea geometriei drumului in curba.
Solutii pentru o infrastructura rutiera ecologica
Conceptul de infrastructura rutiera ecologica (domeniul de aplicare al conceptului, solutii pentru combaterea poluarii).
Sisteme de infrastructura rutiera ecologica ( sistem rutier ecotehnic, purificare aerului, reducerea NOx prin intermediul sistemelor rutiere).
A.Studiul constructiv al infrastructurii rutiere pentru drumul europen E574, pe portiunea Bacau – Onesti ( DN11).
Capitolul 1. Stabilirea parametrilor initiali ai proiectarii
1.1 Clasa tehnica a drumului. Viteza de proiectare. Numarul de benzi si latimea acestora
Din punct de vedere functional si administrativ-teritorial, in ordinea importantei drumurile publice se impart in:
Drumuri de interes national
Drumuri de interes judetean
Drumuri de interes local
Drumurile de interes national apartin proprietatii publice a statului si cuprind drumurile nationale, care asigura legaturile cu capitala tarii, cu resedintele de judet, cu obiectivele de interes strategic national, precum si cu tarile vecine si includ autostrazile, drumurile expres, drumurile national – europene ( E ), drumurile nationale principale si secundare.
Ca urmare a cerintei initiale a temei de proiect, se va considera un drum de interes national. (portiunea Bacau – Onesti a drumului european E574, fig.1.1).
Tabel 1.1 Valorile vitezelor de proiectare a drumurilor[1].
Conform tabelului 1.1, drumul ce urmeaza a fi proiectat se incadreaza in clasa tehnica III, avand doua benzi cu latimea de 3,5 metri.
Proiectarea drumurilor se face pe baza vitezei de proiectare, care reprezinta viteza ce trebuie asigurata vehiculelor rapide ( autoturisme ), in punctele cele mai dificile ale traseului si in conditii de deplina siguranta a circulatiei.
Normele in vigoare prevad mai multe categorii de viteze de proiectare in functie de clasa tehnica a drumului si de conditiile de relief. Clasa tehnica a drumului se stabileste in functie de intensitatea traficului sau prin debitul maxim orar.
Conform cerintei temei, drumul ce urmeaza a fi studiat este amplasat intr-o zona cu relief deluros, astfel, conform tabelului 1.1, viteza de proiectare este de 50 km/h.
1.2 Intensitatea traficului
Intensitatea traficului rutier reprezinta numarul de tone sau vehicule unitare ( etalon ) care circula pe un sector de sosea in timp de 24 de ore, in ambele sensuri sau intr-un singur sens ( la circulatia unidirectionala ).
La dimensionarea sistemelor rutiere se utilizeaza exprimarea intensitatii traficului in vehicule etalon.
Criteriul de transformare a vehiculelor reale in vehicule etalon este cel al deformatiei soselei. Relatia de transformare rezulta din faptul ca doua intensitati de trafic se considera echivalente daca deformatiile produse soselei in cele doua cazuri sunt egale.
Pentru usurinta calculelor, se va considera un vehicul etalon, reprezentat de autocamionul N13, avand masa totala de 13 tone. Legatura autocamionului cu drumul este caracterizata de latimea petei de contact de 340 mm si presiunea specifica de 5 daN/cm2.
Calculele privind capacitatea de circulatie a soselelor se exprima prin numarul de vehicule etalon tip autoturism, iar echivalarea numarului de vehicule efective in vehicule etalon se face prin coeficienti de echivalare. In cazul de fata, un asemenea coeficient de echivalare este exprimat astfel:
1 autocamion fara remorca (sarcina utila >3 tone) = 2 autoturisme;
1 motocicleta = ½ autoturisme.
[NUME_REDACTAT] drumurilor (Legea nr.13/1974), intensitatea traficului se incadreaza intre anumite limite, in functie de clasa tehnica a drumului si de categoria functionala a acestuia.
Tabel 1.2. Clasificarea drumurilor in functie de intensitatea traficului[1].
In cazul drumului ce urmeaza a fi studiat, conform tabelului 1.2, intensitatea traficului va fi:
Vehicule etalon – 8000 autovehicule;
Vehicule efective – 5000 autovehicule.
1.3. Caracteristici dimensionale si masice admise ale vehiculelor rutiere care vor circula pe drumul proiectat.
La dimensionarea sistemelor rutiere trebuie sa se tina seama si de unele caracteristici constructive ale vehiculelor care circula pe ele.
Categoriile de drumuri din punct de vedere al dimensiunilor si maselor maxime admise sunt clasificate in :
Drum european reabilitat (ER)
Drum european (E)
Drum modernizat (M)
Drum pietruit (P)
In tabelul 1.3 sunt centralizate dimensiunile maxime admise ale vehiculelor rutiere, in functie de categoria drumului mentionat mai sus.
Tabel 1.3 Caracteristici dimensionale ale vehiculelor rutiere ce vor circula pe drumul national european, in metri.[1]
Tabel 1.4 Caracteristicele masice admise la vehiculele rutiere care circula pe drumul national european, in tone.[1]
Tabel 1.5 Caracteristici masice de incarcare a puntilor vehiculelor ce vor circula pe drumul national european ce se proiecteaza, in tone.[1]
In tabelul 1.4 si 1.5 sunt centralizate masele totale admise, atat pentru intreg autovehiculul, cat si pentru ansamblul de vehicule, precum si masele admise pe punti, in functie de categoria drumului pe care se face deplasarea, in cazul de fata drum national european.
Pe langa aceste restrictii dimensionale si masice impuse vehiculelor rutiere se mai pot aminti si alte conditii constructive, cum ar fi:
Daca vehiculele sunt utilizate in trafic international, masa suportata de axa (axele) motoare va fi cel putin 25% din masa totala a autovehiculului sau a trenului rutier;
Masa maxima admisa (in tone) a unui autovehicul cu patru punti nu poate depasi de cinci ori distanta (in metri) dintre axele puntilor externe;
In cazul trenurilor rutiere, distanta dintre axa puntii spate (sau ultima punte a tandemului) si axa puntii fata a remorcii va fi de cel putin 3,0 [m];
La o semiremorca, distanta, masurata in plan si orizontal intre axa pivotului de cuplare si orice punct din partea frontala a semiremorcii, nu trebuie sa depaseasca 2,04 [m].
Capitolul 2. Stabilirea caii rutiere, in plan transversal
2.1 Compunerea si dimensionarea complexului rutier
Elementele componente constructive ale drumului cuprind doua mari categorii:
– Infrastructura;
– Suprastructura.
Fig 2.1 Elemente constructive ale structurii drumului.[1]
Infrastructura drumului este partea corpului drumului, care cuprinde terasamentele sau lucrarile de pamant si lucrarile executate in terasamente cu diferite scopuri (scurgerea apelor, traversarea vailor si a crestelor, etc.). Are rol de sustinere a suprastructurii drumului.
Suprastructura drumului cuprinde ansamblul lucrarilor de amenajare si consolidare a platformei drumului, in vederea asigurarii unui grad sporit de siguranta si confort a circulatiei autovehiculelor. Consolidarea platformei se executa de regula, pe o fasie centrala (parte carosabila), marginita si sprijinita de doua fasii laterale denumite acostamente. Cele doua elemente alcatuiesc platforma drumului.
Partea superioara a terasamentelor, pe care se aseaza sistemul rutier al partii carosabile se numeste patul drumului.
Zona drumului cuprinde ampriza, precum si doua fasii laterale, de o parte si de alta a acestia, denumite zone de siguranta.
Fig.2.2 Componenta zonei drumului, [1]
Rigolele sunt santuri laterale, aflate in componententa amprizei, avand rol de colectare a apei, fiind dispuse de o parte si de alta a platformei drumului.
Factorii ce actioneaza asupra drumului sunt vehiculele si agentii atmosferici. Vehiculele aplica drumului forte verticale (incarcarile statice si dinamice pe punti) si forte tangentiale (la suprafata de contact intre pneu si calea de rulare). Agentii atmosferici actioneaza asupra drumului in sensul degradarii calitatilor portante.
Pentru a asigura functionalitatea, corpul acestuia trebuie alcatuit astfel incat drumul sa nu sufere degradari majore datorita acestor factori. Acest deziderat se realizeaza prin construirea corespunzatoare a sistemului rutier.
2.1.1 Alegerea tipului caracteristic al sistemului rutier
Prin sistem rutier al corpului drumului se intelege un ansamblu de straturi alcatuite din diferita materiale ( nisip, pietris, piatra sparta, bolovani, beton, asfalt etc ) asezate succesiv, pornind de la patul drumului in sus destinate suportarii circulatiei in diferite conditii atmosferice si climatice.
Sistemul rutier este alcatuit dintr-un substrat, straturi de fundatie, straturi de baza si imbracaminte, unele din aceste straturi pot lipsi sau pot fi contopite.
Straturile sistemelor rutiere:
Stratul de baza – are rolul de a prelua eforturile tangentiale si de intindere, de a repartiza fundatiei eforturile normale preluate de la imbracamintea rutiera. Prin urmare, acest strat trebuie realizat din materialele cele mai rezistente si executat in cele mai bune conditii. Alcatuirea si dimensionarea acestui strat se face pe baza intensitatii traficului si a calitatii materialelor folosite.
Stratul de fundatie – preia sarcinile verticale de la stratul de baza si le repartizeaza, reducandu-le, pentru a putea fi suportate de patul soselei.
Imbracamintea rutiera – este un strat de suprafata, neted si impermeabil, ce are rolul de a proteja stratul de baza. De asemenea, imbracamintea suporta in mod direct actiunea agentilor atmosferici. In functie de intensitatea traficului, imbracamintea poate fi alcatuita din doua straturi: stratul de uzura si stratul de legatura (binder).
Substratul – reprezentat de nisipul sau balastul interpus intre corpul si patul soselei.
Prin alcatuirea si dimensionarea straturilor, se pot obtine diferite tipuri de sisteme rutiere, capabile sa suporte traficuri de diferite intensitati:
Sisteme rutiere usoare, pentru trafic de 1000 – 1500 t/zi;
Sisteme rutiere mijlocii, 1500 – 2500 t/zi;
Sisteme rutiere grele, >2500 t/zi.
Cele mai des folosite straturi ce intra in componenta sistemelor rutiere sunt:
Impietruirea: se executa din balast, pietris concasat sau piatra sparta, fixat prin compresare. Acest tip constructiv se recomanda pentru incarcari verticale.
Blocaj: obtinut in urma asezarii manuale a unor bolovani sau a pietrei brute pe un substrat de nisip impanat si cilindrat.
Pavaj de piatra: format din bolovani de rau sau calupuri de roca, asezate manual pe un substrat batatorit de nisip;
Strat de balast: format din pietris si nisip, compactate sau cilindrate;
Macadam: utilizat ca strat de baza sau fundatie, este obtinut prin cilindrarea pietrelor sparte mari, urmata de impanarea cu split. Se continua prin udarea si cilindrarea amestecului pana la indesare, iar golurile se umplu cu savura sau nisip;
Macadamul bituminos: strat similar cu macadamul, dar la care impanarea se face cu split sau criblura, iar fixarea cu lianti bituminosi;
Macadam cimentat: strat ce are la baza macadamul, dar la care umplerea se face cu mortar sau ciment;
Strat asfaltic: se foloseste ca strat superior al imbracamintei (strat de uzura), alcatuit din agregate minerale si filer, aglomerate cu bitum;
Beton asfaltic: obtinut din mixturi bituminoase, preparate la cald sau la rece. Este utilizat fie ca strat de uzura, fie ca binder;
Mortar asfaltic: mixtura bituminoasa cilindrata, alcatuita din nisip, filer si bitum;
Covor bituminos: realizat dintr-o mixtura bituminoasa fina, se aplica pe o imbracaminte deja existenta, in cadrul lucrarilor de reconditionare;
Beton de ciment: se toarna la fata locului, sub forma de dale dreptunghiulare, cu rosturi intre ele.
Construirea sistemului rutier din straturi ofera posibilitatea satisfacerii oricaror exigente ale traficului si ale conditiilor locale. Prin combinarea straturilor de diferite materiale si dimensionarea lor in mod corespunzator se pot obtine sisteme rutiere care sa foloseasca intr-o masura cat mai mare materialele locale si in acelasi timp sa satisfaca si necesitatile impuse de trafic.
Din punct de vedere al modului in care sunt alcatuite straturile, sistemele rutiere se clasifica in :
Sisteme rutiere suple
Siteme rutiere rigide
Sisteme rutiere semirigide.
In cazul studiului unui drum national european sa decis utilizarea unui sistem rutier de tip suplu.
Acestea pot prelua sarcini verticale, dar nu pot prealua solicitari de incovoiere. Aceste sisteme sunt alcatuite din materiale granulate, cu sau fara lianti plastici.
In figura 2.3 este prezentata componenta sistemului rutier suplu.
Figura 2.3 Straturi ale sistemului rutier suplu (nerigid).[1]
2.1.2 Dimensionarea si verificarea sistemului rutier suplu
Se presupune ca pe drumul studiat vor circula in 24 de ore, in ambele sensuri, urmatoarele tipuri de autovehicule si vehicule rutiere:
A1: 300 autocamioane usoare , cu p∙D = 100 daN/cm;
A2: 150 autocamioane mijlocii, p∙D = 120 daN/cm;
A3: 40 autobasculante grele, cu p∙D = 200 daN/cm;
A4: 15 autocamioane foarte grele, cu p∙D = 220 daN/cm;
A5: 15 remorci grele, cu p∙D = 220 daN/cm;
Se cunoaste ca solul din care este alcatuit patul pe care se vor aseza celelalte straturi ale drumului este un nisip argilos, avand modulul de deformatie al pamantului, E0 = 150 daN/cm2.
In cazul drumului proiectat, se cunoaste intensitatea efectiva a traficului. Trebuie insa aflat numarul de autovehicule etalon ce trec in 24 de ore pe drumul proiectat.
Pentru a afla numarul acestor autovehicule etalon, se utilizeaza urmatoarele relatii:
(2.1)
unde η este coeficientul de transformare, obtinut cu formula:
(2.2)
Se obtin urmatorii coeficienti:
η1=0.588 ; η2=0.705 ; η3=1.176 ; η4=1.294 ; η5=1.294
In continuare, se aplica relatia 2.1:
= 1.14
= 1.30
= 2.02
= 1.75
= 1.75
Va rezulta numarul de vehicule etalon, pentru fiecare tip de autocamion sau remorca ce trece pe drumul ce se proiecteaza, in interval de 24 de ore:
A1: 14 autovehicule etalon
A2: 20 autovehicule etalon
A3: 105 autovehicule etalon
A4: 56 autovehicule etalon
A5: 56 autovehicule etalon.
Se obtine numarul total de autovehicule etalon: T = 251 autovehicule etalon.
Cunoscand numarul de autovehicule etalon ce trec pe drumul ce se studiaza, se pot calcula solicitarile la care este supusa structura drumului. Deoarece structura drumului este una multi-strat, trebuie sa se aiba in vedere contributia fiecarui strat la rezistenta totala a drumului. In acest sens, se va utiliza metoda de calcul Ivanov, care se bazeaza pe urmatoarele consideratii:
Rezistenta unui sistem rutier sau a unui strat rutier se stabileste pe baza deformatiei maxime care se poate produce in urma actiunilor repetate ale unor sarcini verticale mobile, aplicate pe imbracamintea rutiera. Pe baza a numeroase studii, s-au stabilit astfel urmatoarele deformatii admisibile, in functie de tipul sistemului rutier si de imbracaminte:
sisteme rutiere grele cu imbracaminti permanente: l = 0,85 cm;
sisteme rutiere mijlocii cu imbracaminti semipermanente: l = 1 cm;
sisteme rutiere usoare cu imbracaminti provizorii: l = 1,25 cm;
drumuri din pamant stabilizat: l = 1,5 cm.
Dat fiind faptul ca drumul ce se va studia face parte din categoria drumurilor nationale, se va prefera o imbracaminte permanenta, reducand astfel numarul lucrarilor de reabilitare. Astfel, vom adopta valoarea deformatiei admisibile, l = 0,85 cm, specifica sistemelor rutiere grele, cu imbracaminte permanenta.
Pentru a se tine seama de faptul ca sarcina pe roata care produce deformatia nu este o sarcina concentrata, ci se aplica pe suprafata petei de contact, in loc sa se considere deformatia reala, l, se ia in calcule o deformatie relativa adimensionala.
(2.3)
Pentru autovehiculul etalon adoptat, se obtin urmatoarea valoare a lui λ:
λ = 0,025
Rezistenta fiecarui strat in parte, precum si a sistemului rutier in intregime, este caracterizata printr-un modul de deformatie (E), care reprezinta sarcina unitara maxima corespunzatoare deformatiei admisibile. Acesta constituie un indice de capacitate portanta care exprima deformabilitatea patului sau a diferitelor straturi nerigide. Se determina cu relatia:
daN/cm2 (2.4)
Pentru determinarea eforturilor si deformatiilor, un sistem rutier format din doua straturi diferite se poate transforma intr-un singur strat omogen si izotrop, echivalent cu sistemul initial, in ceea ce priveste repartizarea eforturilor si valoarea deformatiilor. Pe acest principiu se poate calcula modulul de deformatie echivalent al oricarui complex rutier format din mai multe straturi, determinand succesiv modulele echivalente pentru cate un sistem bi-strat. Relatia modulului de deformatie necesar este:
[daN/cm2] (2.5)
unde K = factor de trafic, care tine seama de efectul repetarii sarcinilor, precum si de efectul dinamic produs de sarcinile mobile.μ = coeficient de siguranta, care tine seama de neuniformitatile care se pot produce in timpul executiei sau de modul de comportare necorespunzator in timpul exploatarii.Factorul de trafic K este influentat de intensitatea traficului, precum si de posibilitatea repetarii solicitarilor pe aceeasi banda de circulatie. De asemenea, tine cont de latimea partii carosabile, printr-un coeficient y (pentru o sosea cu doua benzi, acest coeficient are valoarea 1).
(2.6)
Se obtine factorul de trafic K = 2,06.
Coeficientul de siguranta μ, se adopta in functie tipul de imbracaminte a drumului, conform tabelului 2.1
Tabelul 2.1. Valorile modulului de deformatie necesar ale imbracamintilor rutiere [daN/cm2].[1]
Se va opta astfel pentru coeficientul de siguranta μ = 1,1, specific imbracamintii permanente ce intra in alcatuirea drumului ce urmeaza a fi studiat.
Cunoscand valoarea tuturor factorilor ce influenteaza modulul de deformatie necesar, utilizand formula 2.5, se obtine urmatoarea valoare a acestuia:
daN/cm2
Se stabileste alcatuirea generala a complexului rutier pe straturi, unele din ele avand dimensiuni constructive. De asemenea se stabileste pentru fiecare strat valoarea de calcul a modulului de deformatie. La stabilirea acestei valori se tine seama de conditiile climatice si hidrologice in care va lucra sistemul rutier, urmarindu-se ca totodata raportul modulelor de deformatie a doua straturi alaturate sa nu fie mai mare de 2,5 – 3 (in caz contrar, nu se realizeaza o conlucrare a straturilor respective).
Fig.2.4 Schema complexului rutier pentru determinarea grosimii stratului de fundatie ( h1).
Fig 2.5 Nomogroma pentru dimensionarea unui sistem rutier nerigid, [1].
In continuarea se va dimensiona sistemul rutier urmand un set de 5 etape conform schemei din figura 1.6.
Fig. 2.6. Schema etapelor de calcul
Grosimea stratului de fundație se calculează cu ajutorul nomogramei din fig. 1.5, plecând de sus în jos și utilizând succesiv schema etapelor de calcul (fig. 2.6.)
Etapa I
Pentru și
rezultă:
Se obține valoarea modulului de deformație echivalent intermediar la nivelul stratului de binder:
EIech = 0,278 x 2 800 = 778 daN/cm2
Se calculează apoi în mod similar modulul de deformație echivalent intermediar, EIIech scăzându–se și aportul stratului de binder.
Etapa II
Pentru și
rezultă
de unde: EIIech = 0,275 x 2 600 = 715 daN/cm2
Se deduce în continuare modulul echivalent intermediar EIIIech luând în considerare schema bistrat din EIIech și modulul stratului din mixtură compactă.
Etapa III
Pentru:
rezultă:
de unde: EIIIech = 0,243 x 2 200 = 535 daN/cm2
Etapa IV
Se determină modulul de deformație echivalent EIVech la nivelul superior al stratului de balast.
Pentru: și
rezultă :
Se deduce astfel valoarea:
EIVech = 0,247 x 1 400 = 346 daN/cm2
Etapa V
În cele din urmă, utilizând schema bistrat formată din stratul de fundație din balast și terenul de fundație, pentru care se cunosc toate cele trei valori ale modulelor de deformație care intervin în relația 2.6 și anume: modulul de deformație E0 al stratului inferior, modulul de deformație al stratului superior E1, precum și modulul de deformație echivalent al sistemului în ansamblu său, întrucât se pune condiția ca acest sistem să ateste un modul echivalent efectiv egal cu EIVech, la care s–a ajuns în etapa de calcul imediat precedentă. În felul acesta, cu ajutorul aceleiași nomograme se determină grosimea stratului de balast h1.
Pentru și
rezultă
de unde: h1 = 0,772 x 34 cm = 26,25 cm. Se va adopta grosimea stratului de 27 de cm.
În mod analog, alegând grosimi constructive pentru celelalte straturi componente, se poate dimensiona grosimea oricărui alt strat rutier.
Capitolul 3. Elemente de proiectare si de calcul a geometriei drumului in plan orizontal
3.1. Stabilirea traseului (aliniamente, curbe, intersectii) si consideratiile care stau la baza stabilirii sale
Traseul drumului reprezinta proiectia axei drumului pe un plan orizontal. El este compus din portiuni rectilinii (aliniamente), racordate intre ele prin arce de cerc sau de alte curbe.
Fig.3.1 Elemente ale traseului unui drum rutier.[1]
Proiectarea unui drum nou sau modernizarea unui drum deja existent trebuie sa se ia in considerare influenta numerosilor factori ce determina marimea elementelor geometrice sau modul de desfasurare a traseului. Astfel, se incepe printr-o serie de studii tehnico-economice, care pun in evidenta avantajele economice ale unor solutii in raport cu celelalte, in conditiile in care cerintele tehnice de siguranta si confort ale circulatiei se realizeaza in intregime. Aceste studii trebuie riguros realizate, avand in vedere caracterul de durata al constructiilor rutiere, astfel incat sa se evidentieze atat beneficiile privind atat investitia initiala, cat si a costurilor de exploatare a drumului pe intreaga durata de serviciu.
La baza studiilor tehnico-economice stau conditii de ordin economic si administrativo-politic, pe care drumul trebuie sa le satisfaca, precum si conditii naturale care influenteaza alegerea traseului si dimensionarea elementelor constructive ale drumului:
a) Caracteristicile reliefului: au o mare influenta asupra desfasurarii traseului si a volumului lucrarilor de terasamente, de consolidari si de arta. Din punct de vedere al drumului, relieful poate fi reprezentat prin caracteristicile topografice ale zonei pe care se desfasoara traseul.
In cazul drumului ce se studiaza, zona de relief este una deluroasa, astfel ca o parte din caracteristicile topografice trebuie sa se incadreze in urmatoarele limite:
Tabelul 3.1. Caracteristici ale reliefului, cu implicatii asupra geometriei traseului.[1]
b) Structura geologica a terenului: conditioneaza stabilitatea straturilor pe amplasamentul sau in vecinatatea drumului, metodele de executie a terasamentului, precum si existenta materialelor de constructie locale necesare pentru realizarea infrastructurii si suprastructurii;
c) Considerentele geotehnice: natura si calitatile fizico-mecanice ale pamanturilor care alcatuiesc terenul pe care urmeaza sa se construiasca drumul. Aceste pamanturi pot fi utilizate ca materiale pentru terasamente, pot intra in alcatuirea straturilor de fundatie a drumului, a stratului de baza sau chiar a imbracamintii drumului.
d) Considerentele hidrogeologice: regimul apelor subterane si consecintele acestuia asupra stabilitatii terenului pe care se amplaseaza drumul, precum si eventualele degradari ale sistemului rutier prin inmuierea patului datorita ascensiunii capilare;
e) Considerentele hidrologice: regimul apelor de suprafata, care influenteaza traseele situate in lungul bazinelor si cursurilor de apa, sau la traversarea lor, precum si amplasamentul podurilor si podetelor, sau a deschiderii si cotelor acestora;
f) Considerentele climatice: influenteaza alegerea variantelor de drum printr-o serie de elemente caracteristice: vanturi dominante, regimul precipitatiilor, al zapezilor, temperaturi maxime si minime, etc. O consecinta a acestor factori este orientarea traseelor drumurilor pe directii apropiate de cele ale vanturilor dominante in timpul iernii (unghiul format de directia vantului dominant in regiune si axul drumului sa nu depaseasca 30°), pentru evitarea inzapezirilor. De asemenea, precipitatiile anuale si medii lunare, repartizarea lor in solide si lichide, intensitatea si frecventa lor, influenteaza volumul si amplasarea lucrarilor de scurgere a apelor, modul de consolidare si amenajarea taluzurilor pentru prevenirea efectului de coroziune.
Un alt criteriu de alegere a traseului drumului este existenta unor puncte obligatorii prin care traseul trebuie sa treaca, sau a unor zone necorespunzatoare pe care traseul trebuie sa le ocoleasca. De exemplu, aceste puncte obligatorii pot fi:
– puncte favorabile de traversare a raurilor;
– seile cele mai favorabile din regiune prin care este indicata traversarea culmii;
– intersectiile cu alte cai de comunicatie;
– centre populate prin care trebuie sa treaca drumul, etc.
In urma studiilor tehnico-economice, se creaza o imagine asupra:
– variantelor de traseu in functie de conditiile naturale specifice;
– numarul de benzi de circulatie si latimea partii carosabile, in functie de compozitia si intensitatea circulatiei in timp;
– sistemului rutier ales, in functie de intensitatea traficului si de resursele locale de matieriale;
– modul de amenajare a intersectiilor cu alte cai de comunicatie, in functie de traficul de perspectiva, etc.
Proiectarea traseului se face pe baza vitezei de proiectare alese in urma stabilirii clasei tehnice a drumului si a tipului de relief predominant prin care drumul va trece, dar si pe baza conditiilor tehnice, naturale si economice ce trebuiesc indeplinite. Studiile tehnico-economice determina lungimea aliniamentelor, frecventa curbelor si marimea razelor, in functie de punctele unde este necesara frangerea aliniamentelor si racordarea lor prin curbe.
Curbele prezinta avantaje tehnice, economice si estetice, deoarece utilizarea lor judicioasa permite obtinerea unui traseu care sa se incadreze mai firesc in relieful terenului si in peisajul regiunii. Regiunile deluroase prezinta atat aliniamente lungi racordate prin curbe cu raze mari, specifice sesului, cat si aliniamente mai scurte, racordate prin curbe cu raze mai mici, regasite in general in regiunile mai muntoase.
3.2. Studiul vizibilitatii traseului in aliniament, in curba si in intersectii
Pentru evitarea accidentelor de circulatie trebuie asigurate conditii de buna vizibilitate atat in cazul deplasarii pe drum drept in timpul depasirilor, dar si in cazul apropierii de intersectii sau in timpul virajelor.
3.2.1. Vizibilitatea traseului in aliniament
La deplasarea in aliniament, se va studia cazul cel mai periculos, in care un autovehicul trebuie sa execute manevra de depasire a altui autovehicul. In acest caz, distanta de vizibilitate (Dv) la depasire reprezinta distanta minima necesara de la care conducatorul unui autovehicul ce urmeaza sa execute o depasire, trebuie sa vada autovehiculul care vine din sens opus, pe banda alaturata.
Fig.3.2 Distanta de vizibilitate (Dv) in cazul unei depasiri
Aceasta lungime Dv este egala cu distanta de depasire Sd, la care se adauga distanta S’ care este parcursa in acelasi timp “t” de autovehiculul ce se deplaseaza din sens opus cu viteza v’. Vom avea astfel:
(3.1)
Calculul acestei distante de vizibilitate se va realiza pentru cea mai periculoasa situatie, in care conducatorul unui autovehicul avand lungimea maxima admisibila pentru portiunea respectiva de drum (in speta, un tren rutier avand lungimea de 18,75 metri) executa manevra de depasire a unui autovehicul similar, in timp ce din sens opus se apropie un autoturism.
Se presupune ca autovehiculul C se deplaseaza cu viteza maxima admisibila pe acea portiune de drum, respectiv 100 km/h. Se va presupune ca autovehiculul A se deplaseaza cu acceasi viteza cu autovehiculul B in momentul inceperii depasirii. Aceasta viteza se va adopta mai mica decat viteza maxima admisa pe acel sector de drum european, pentru autovehiculele in cauza, si anume 90 km/h. Pentru calcule se va alege viteza autovehiculului B egala cu 70km/h. In timpul depasirii, se presupune ca autovehiculul A va accelera de la viteza initiala de 70km/h pana la viteza maxima admisa de 90km/h. Pentru usurinta calculului, se va adopta o viteza de deplasare medie a autovehiculului A pe parcursul depasirii, VAned = 80 km/h.
Pentru a putea calcula timpul necesar efectuarii depasirii, trebuie sa cunoastem distanta dintre autovehicule in momentul inceperii depasirii, lungimea celor doua autovehicule si distanta dintre autovehicule dupa efectuarea depasirii. Aceste distante se vor adopta dupa cum urmeaza:
– distanta dintre autovehicule in momentul inceperii depasirii: L1 = 20m;
– lungimea autovehiculelor: LA = LB = 18,75m;
– distanta dintre autovehicule dupa efectuarea depasirii: L2 = 5m;
Se va considera astfel ca timpul total pentru efectuarea depasirii reprezinta timpul in care autovehiculul A parcurge relativ fata de autovehiculul B, urmatoarea distanta:
L = L1 + LA + LB + L2 = 20 + 2∙18.75+5 = 62,5 metri (3.2)
Deoarece autovehiculul A se afla in miscare relativa fata de autovehiculul B, acest spatiu va fi parcurs in urmatorul timp:
(3.3)
In consecinta, timpul in care se efectueaza depasirea va fi:
(3.4)
Se obtine astfel t = 22,5 secunde
Cunoscand vitezele autovehiculelor A si C, se poate calcula cu ajutorul relatiei 3.1
Distanta de vizibilitate in aliniament necesara efectuarii in siguranta a depasirii va fi astfel DV = 1125 metri.
3.2.2. Vizibilitatea traseului in intersectii
Intersectiile de drumuri trebuie amenajate astfel incat conducatorii autovehiculelor sa se vada reciproc de la o anumita distanta, pentru a putea frana si opri autovehiculele inainte de punctul lor de intalnire, numit punct de coliziune sau de ciocnire.
Fig.3.3 Delimitarea zonei de vizibilitate la intersectii
Este posibil ca ambele drumuri sa fie de aceeasi importanta, caz in care vitezele de circulatie ale autovehiculelor sunt aceleasi (v1 = v2), sau un drum poate fi principal, astfel ca v1>v2. Punctele limita de unde trebuie sa se vada reciproc cei doi conducatori sunt A si B, situate la distantele de franare totale pentru fiecare, S1 si S2.
Expresia generala pentru calcularea spatiului total de franare al unui autovehicul pana la oprirea lui este:
(3.5)
unde af si bf sunt coeficienti ai spatiului de franare, avand valori diferite in functie de prescriptiile unor norme standardizate sau recomandate de organizatii internationale. In general, af si bf se aleg in functie de tipul autovehiculului si masa sa totala. Aceste valori, precum si valorile deceleratiei minime si ale vitezei de la care incepe franarea, sunt prezentate in tabelul de mai jos:
Tabelul 3.2. Parametrii eficacitatii franei de serviciu de la autovehicule.[1]
Cunoscand viteza de proiectare necesara a drumului, situatia cea mai nefavorabila va fi astfel intalnirea a doua autocamioane, ce se deplaseaza cu viteza de 50 km/h, ambele aflandu-se pe drumuri de aceeasi categorie, respectiv drumuri europene.
In acest caz, spatiile de franare vor fi identice, S1 = S2. Din relatia 3.5, se obtin cele doua spatii de franare
metri
Amenajarea intersectiei pentru o buna vizibilitate consta in asigurarea unui camp de vizibilitate liber de orice obstacol. In acest sens, din figura 3.2, se va considera ca AB este ipotenuza in triunghiul ACB. Distanta AB reprezinta raza vizuala limita in momentul in care cei doi conducatori auto trebuie sa se observe reciproc, pentru a putea frana si opri cele doua autovehicule.
Conform teoremei lui Pitagora, se obtine distanta AB:
(3.6)
3.2.3. Vizibilitatea traseului in viraje
Vizibilitatea in curbe reprezinta cazul cel mai frecvent al problemelor de vizibilitate in plan. Din cauza curburii, raza vizuala este dirijata pe directia coardelor cercului interior virajului.
Fig.3.4 Delimitarea zonei de vizibilitate in viraj ( curba ).
Coarda AB, notata cu Dv, reprezinta distanta de vizibilitate. Cunoscand lungimea coardei AB se determina grafic campul de vizibilitate (zona hasurata) prin trasarea mai multor coarde de lungime AB in diferite pozitii pe axa benzii interioare de circulatie si apoi curba infasuratoare a acestor coarde (curba de vizibilitate). In acest fel se delimiteaza zona ce trebuie eliberata de orice obstacol pentru asigurarea vizibilitatii.
[NUME_REDACTAT] de la axa benzii interioare de circulatie pana la limita campului de vizibilitate se numeste distanta libera laterala. Cunoscand valoarea razei de virare, Ra si a distantei de vizibilitate Dv, cu ajutorul teoremei inaltimii, aplicata in cercul de diametru 2Rv, se poate afla valoarea distantei Dl, cu ajutorul relatiei:
(3.7)
Se obtine din formula 3.7, relatia de calcul a distantei libere laterale:
(3.8)
[NUME_REDACTAT] de la axa drumului la curba de vizibilitate se numeste masura de vizibilitate. Cunoscand latimea “d” a benzii de circulatie, se poate calcula astfel masura de vizibilitate, cu relatia:
(3.9)
Pentru determinarea distantei de vizibilitate (Dv), in cazul drumurilor cu doua benzi de circulatie, ipoteza cea mai frecvent folosita tine seama de situtia in care doua autovehicule circula in sensuri opuse cu viteze egale cu viteza de proiectare a drumului, iar unul din ele (autovehiculul B), circula neregulamentar. In acest caz, cunoscand cele doua viteze, va si vb, cei doi conducatori auto trebuie sa se vada de la o distanta minima, distanta de vizibilitate astfel incat sa fie posibila efectuarea manevrelor necesare evitarii ciocnirii.
Manevrele efectuate de catre cele doua autovehicule sunt diferite. Astfel, autovehiculul B, care circula neregulamentar, va continua sa se deplaseze pe banda interioara in timpul suplimentar necesar luarii deciziei de a trece pe banda exterioara, dupa care va trece pe banda sa regulamentara, descriind o mica curba in “S”. In acest timp, autovehiculul A, care isi continua drumul pe banda interioara regulamentara, va parcurge distanta aferenta timpului suplimentar necesar luarii deciziei si actionarii sistemului de franare, dupa care se deplaseaza franat cu o viteza din ce in ce mai redusa, pana in punctul A’, pentru a da posibilitatea autovehiculului B sa poata ajunge in pozitia B’.
In calculele de proiectare a vizibilitatii in curbe, distanta Dv se asociaza cu spatiile parcurse de cele doua autovehicule pana in momentul cand trec unul pe langa celalalt (pozitia A’, respectiv B’). Astfel, distanta Dv devine:
[m] (3.10)
Spatiul parcurs de automobilul B este format, la randul sau, de spatiul parcurs pe banda initiala, corespunzator timpului de reactie al soferului (tr) si de spatiul corespunzator trecerii pe banda exterioara (curba in “S”).
Pentru aprecierea spatiului parcurs la schimbarea benzii de circulatie, se considera cazul in care autovehiculul B trebuie sa ocoleasca un obstacol aflat pe banda pe care circula.
Fig.3.5 Determinarea distantei de vizibilitate pentru ocolirea unui obstacol ( schimbarea benzii de circulatie )
Astfel, daca in punctul B, conducatorul auto sesizeaza obstacolul, autovehiculul B va parcurge pana in B’ spatiul suplimentar S0B corespunzator vitezei vB si a timpului de reactie al soferului, tr. Din B’, incepe ocolirea, dupa o traiectorie in “S”, alcatuita din doua arce de cerc de sensuri opuse, avand punctul de inflexiune in punctul “I”. In dreptul obstacolului autovehiculul B se va afla in pozitia B’’, la distanta d, corespunzatare latimii benzii de circulatie.
Notand cu “x” proiectia unui arc de cerc pe axa drumului, distanta AB va fi egala cu:
(3.11)
unde S0b este spatiul parcurs de autovehicul in timpul de reactie al soferului:
(3.12)
Statistic, s-a observat ca timpul de reactie mediu al unui sofer este de aproximativ 1 secunda. In acest caz, spatiul parcurs in acest timp de reactie va fi:
(3.13)
Distanta de vizibilitate Dv’ se poate calcula insa, doar dupa cunoasterea distantei parcurse de autovehicul pe traiectoria de evitare a obstacolului, respectiv distanta parcursa pe cele doua arce de cerc de lungime “x”. Aceasta lungime a unui arc de cerc se poate determina cu relatia:
(3.14)
Pentru a putea calcula distanta efectiva in care autovehiculul parcurge cele doua arce de cerc pentru a reveni pe banda sa de circulatie, se va analiza miscarea in curba, in timpul careia este generata o forta centrifuga, a carei valoare maxima admisa reprezinta o cincime din greutatea autovehiculului. Expresia de calcul a acestei forte centrifuge este de forma:
(3.14)
Expresia vitezei autovehiculului B, in functie de forta centrifuga dezvoltata, va fi:
(3.15)
Timpul in care autovehiculul va parcurge cele doua arce de cerc de lungime “x”, va fi:
(3.16)
Cunoscand latimea unei benzi de circulatie, “d”, se observa ca acest timp in care sunt parcurse cele doua arce va fi influentat doar de latimea benzii, nu si de viteza autovehiculului sau alti parametri ai autovehiculului sau ai drumului.
Cu relatia 3.11, se poate astfel calcula distanta parcursa de autovehiculul B, de la observarea autovehiculului A si pana la revenirea pe banda de circulatie regulamentara. Acest spatiu va fi egal cu:
(3.17)
Spatiul parcurs de autovehiculul B va fi astfel Sb = 50.63 metri
Lungimea parcursa de autovehiculul A (SA), este la randul ei, compusa din spatiul parcurs in timpul de reactie al soferului (se va considera acelasi timp de reactie ca in cazul soferului autovehiculului B, tr = 1s) si din spatiul parcurs cu franele actionate, pana in punctul A’, cand viteza atinge valoarea va’ < va.
(3.18)
In relatia 3.18, apar urmatoarele necunoscute:
– VA’ = viteza autovehiculului A in punctul A’;
– φx = valoarea coeficientului de aderenta longitudinal;
– p = valoarea pantei, in profil longitudinal, pentru calea de rulare.
Daca se va presupune ca franarea are loc la deplasarea in palier, valoarea pantei va fi egala cu 0, obtinandu-se expresia spatiului parcurs de autovehiculul A, la rularea in palier:
(3.19)
Aprecierea valorii vitezei autovehiculului A in punctul A’, vA’, se considera ca spatiul parcurs de autovehiculul franat se parcurge in acelasi timp “t” in care autovehiculul B parcurge curba in forma de S, avand o valoare determinata cu ajutorul relatiei 3.16. De asemenea, se va presupune ca scaderea vitezei are loc dupa o variatie liniara iar franarea se face la limita de aderenta, astfel incat spatiul parcurs de autovehiculul franat A, va fi:
(3.20)
Simplificand relatia 3.20, va rezulta viteza in punctul A’:
(3.21)
Distanta parcursa de autovehiculul A, in timpul franarii, va fi:
(3.22)
Dupa gruparea termenilor, relatia 3.22 va deveni:
(3.33)
Cunoscand astfel si spatiul parcurs de autovehiculul A in regim de franare, relatia 3.19 va deveni:
(3.34)
Pentru a putea calcula acest spatiu parcurs de autovehiculul A pana in punctul A’, se vor stabili urmatoarele valori ale coeficientului de aderenta longitudinala si pentru panta:
– φx = 0,8
– p = 10%
Va rezulta ca spatiul parcurs de autovehiculul A, in cazul in care coboara o panta de 10%, SA va fi:
Se obtine SA = 26.6 metri.
Cunoscand spatiile parcurse de ambele autovehicule pana in punctul evitarii pericolului, se poate determina astfel distanta de vizibilitate in curba, pentru drumul ce urmeaza a fi proiectat, inlocuind SA si SB in relatia 3.10:
Se obtine astfel distanta de vizibilitate, DV = 77.2 metri.
Capitolul 4. Elemente de proiectare si calcul a geometriei drumului, in plan transversal
4.1 Stabilirea tipului caracteristic de profil transversal
Profilul transversal reprezinta intersectia corpului drumului si a suprafetei terenului natural cu un plan vertical, normal pe axa drumului.
Profilele transversal se intocmesc in toate punctele traseului in care terenul natural isi schimba inclinarea, unde drumul isi modifica declivitatea si in punctele unde apar lucrari de arta (podete, ziduri de sprijin) sau alte lucrari importante. Distanta intre doua profile transversale consecutive depinde de caracteristicile reliefului si nu trebuie sa depaseasca 50m.
Profilele transversale trebuie sa cuprinda elementele de executie a infrastructurii drumului, ca de exemplu dimensiuni, cote, pante, date privind amenajarea virajelor, elemente caracteristice lucrarilor de arta si dispozitive pentru scurgerea apelor etc. , dar si unele elemente ale suprastructurii , ca de exemplu latimea si grosimea sistemelor rutiere, dimensiunile benzilor de incadrare, pantele transversale etc.
Profilele transversale se indica prin pozitia lor kilometrica si numarul lor de ordine.
La elaborarea proiectului se intocmesc profile transversale tip pentru toate sectiunile in care elementele constructive se schimba ca alcatuire sau dimensiune. De exemplu de profil transversal tip are urmatoarele caracteristici.
Fig.3.6 Profil transversal tip ( exemplu de reprezentare ),[1].
Acesta, de regula, se executa la scara 1:50 sau 1:20 si trebuie sa indice limitele sectiunii de drum pe care se aplica.
Profilul transversal este alcatuit din:
portiuni orizontale sau inclinate ( panta 1…4%) numite banchete ;
portiuni inclinate numite taluzuti ;
Cea mai importanta bancheta este platforma drumului. In functie de pozitia platformei fata de terenul natural inconjurator se definesc urmatoarele tipuri caracteristice de profile transversale:
profil transversal in rambleu (sau umplutura) este acela cand platforma drumului se afla deasupra terenului natural cu cel putin 0.50m , inaltime masurata la marginea platformei, evitandu-se astfel executarea santurilor;
Fig.3.7 Profil transversal in rambleu
profil transversal in debleu (sau sapatura) este caracteristica prin amplasarea platformei drumului sub nivelul terenului natural. Pentru executarea deblului este necesara saparea si transportul pamantului cuprins intre linia terenului natural si platforma drumului. Caracteristica drumului in debleu o constituie existenta santurilor care colecteaza si evacueaza apele de suprafata;
Fig.3.8 Profil transversal in debleu ,[1].
profil transversal mixt cand drumul se afla partial in rambleu si partial in debleu. Acest profil este caracteristic drumurilor de coasta.
Figura 3.9 Profil transversal mixt ( rambleu si debleu ) ,[1].
4.2 Determinarea latimii platformei si a partii carosabile, in aliniament
Conform [1], latimea partii carosabile se determina in functie de caracteristicile traficului. Fasia din partea carosabila destinata circulatiei unui singur sir de vehicule, care se deplaseaza in acelasi sens, se numeste banda de circulatie. Latimea benzii de circulatie se stabileste tinand seama de latimea vehiculelor si de spatiile de siguranta necesare realizarii circulatiei cu o anumita viteza.
Numarul benzilor de circulatie este determinat de compozitia si intensitatea traficului si de viteza de proiectare.
s1 – spatiul necesar de la marginea partii carosabile pana la planul median longitudinal al rotii exterioare a vehiculului. Daca se considera intalnirea sau depasirea intre un autoturism si
un autocamion, care circula cu viteze diferite, spatiile respective vor fi diferite si anume s1 și s1’,
in functie de viteza. Aceste spatii se determina pe baza unei relatii, dedusa pe cale experimentala, [1]:
unde V este viteza de circulatie a autovehiculului in km/h.
Se obtine
s2 – spatiul de siguranta dintre gabaritele a doua vehicule alaturate care se intalnesc sau se depasesc;
In cazul intalnirii se considera:
Iar in cazul depasirii:
Astfel in cazul depasirii se obtine: .
In mod obisnuit se considera ca latimea unei benzi de circulatie trebuie sa fie de minim 3m, iar in cazul soselelor de trafic intens si viteze mari de circulatie latimea necesara este de 3,50…3,75m. Pentru autostrazi se prevad benzi cu latimea de 3,75m.
Pentru tarea noastra normele standardizate prevad urmatoarele valori ale latimilor drumurilor in aliniament, conform urmatorului tabel:
Tabel 4.1. Latimea drumului in aliniament [m], conform STAS 863-85.[1]
Pentru clasa tehnica din care face parte drumul ce va fi proiectat, carosabilul va avea latimea recomandata de 7m, in timp ce platforma drumului va avea latimea de 12m, deoarece este un drum destinat circulatiei internationale ( drum european).
4.3 Determinarea formei geometrice si a dimensiunilor bombamentului, in aliniament
Forma drumului in profil transversal se numeste bombament si aceasta forma se alege in functie de felul imbracamintii rutiere, astefl incat inlesneasca scurgerea apelor de pe platforma.
Bombamentul curb se realizeaza printr-un arc de parabola sau arc de cerc si este utilizat de regula la impietruiri si pavaje.
La aceasta forma prin bombament se mai intelege si raportul dintre sageata in axa (f) si latiema caii (l):
Panta medie a acestui profil este definita de relatia:
Bombamentul in forma de acoperis cu doua versante plane este folosit pe scara larga la imbracamintile rutiere executate mecanic. Panta transversala a celor doua versante se alege in functie de felul imbracamintii. In cazul drumului ce urmeaza a fi proiectat se va alege o panta specifica betonului asfaltic si anume : .
Linia de cea mai mare panta , numita si panta oblica , rezulta din compunearea celor doua inclinari si anume : declivitatea longitudinala si panta transversala. Normele privind limitele pentru panta oblica, in functie de viteza de proiectare sunt prezentate in tabelul urmator:
Tabel 4.2. Valori maxime ale pantei oblice in functie de viteza de proiectare.[1]
Bombamentul sub forma de acoperis cu racoarde in zona mijlocie rezulta din cel cel cu doua versante plane modificat prin introducerea, in partea mediana, a unei racordari sub forma unui arc de cerc sau arc de parabola, pe o portiune de din latimea caii.
Bombamentul sub forma de streasina este bombamentul cu un singur versant plan si este folosit, de regula, in viraje la profilele suprainaltate.
Pentru drumul ce urmeaza a fi studiat se va alege un bombament de tipul acoperis cu doua versante plane avand pantele transversale si panta oblica
4.4 Stabilirea geometriei drumului in curba
4.4.1. Asigurarea stabilitatii deplasarii autovehiculelor in curbe
Deplasarea laterala a autovehiculului, care parcurge cu viteza mare o curba cu raza mica se numeste derapaj. Combaterea derapajului se face prin convertirea si suprainaltarea caii de rulare. Curbele astfel tratate se numesc viraje, iar amenajearea curbei , racordarea in spatiu.
In aliniament calea de rulare are bombamentul in forma de acoperis cu doua pante transversale, iar pentru a impiedica derapajul in curba, bombamentul este convertit la forma streasina cu un singur versant, inclinat spre interiorul curbei si avand panta transversala egala cu panta de aliniament.
Rezulta expresia razei de virare necesare evitarii derapajului autovehiculului aflat in miscare circulara:
In care viteza de proiectare, V, se exprima in km/h. => raza de virare
Normele standardizate din tara noastra introduc notiunea de coeficient de confort, k , ca fiind raportul dintre coeficientul de aderenta transversal si panta transversala in curba pentru combaterea derapajului in curba.
Rezulta coeficientul de confor egal cu
Raze caracteristice si conditii de confort
Curbele avand raze mai mari decat cele recomandabile nu mai au nevoie de niciunfel de amenajare in spatiu. In acest caz profilul transversal din aliniament se mentine si in curba, iar autovehiculul circula in conditii bune de confort atat pe deverul pozitiv, cat si pe cel negativ, in functie de sensuul de circulatie.
Curbele avand razele cuprinse intre cele curente si cele recomandabile se amenajeaza prin convertirea bombamentului caii de rulare, circulatia facandu-se numai pe un dever pozitiv.
Curbele avand razele cuprinse intre cele minime si cele curente se amenajeaza prin suprainalatrea profilului convertit, circultia desfasurandu-se numai pe un dever pozitiv.
Conform normativelor din tara noastra valorile pantelor transversale din curbe sunt:
Pentru raza minima:
Pentru raza curenta:
Pentru raza recomandabila:
In cazul unei curbe cu raza cuprinsa intre raza minima Rv si raza recomandabila pentru viteza de proiectare V=50km/h, Rr = 400m (conform STAS 863-85), deverul se va calcula cu urmatoarea relatie:
In cazul curbelor suprainaltate, virarea autovehiculului duce la aparitia unui moment care tinde sa il rastoarne. Se pune astfel urmatoarea conditie, pentru a nu aparea fenomenul de rasturnare a autovehiculului in curba:
In cazul curbelor de raza minima, in care deverul are valoarea maxima, ptc = 0,05, pentru viteza de proiectare a drumului, conditia de stabilitate la rasturnare este indeplinita.
4.4.2. Stabilirea latimii drumului in curbe
Pentru inscrierea si deplasarea vehiculelor in curbe cu raza mai mica de 250 metri, este necesar ca latimea partii carosabile a drumului sa fie mai mare decat in aliniament. Aceasta diferenta dintre latimea carosabilului din curba si cea din aliniament se numeste supralargire.
Deoarece curbele se amenajeaza pentru a permite circulatia vehiculelor cu viteza de proiectare, spatiile de siguranta stabilite pentru latimea caii in aliniament se pastreaza ca valoare si in curbe.
In timpul miscarii in curba, rotile autovehiculului descriu arce cu raze diferite, dupa cum se poate observa:
Fig.3.10 Determinarea supralargirii (l) pentru o banda de circulatie.[1]
Astfel, roata interioara din spate descrie curba cu raza cea mai mica, iar roata exterioara din fata descrie curba cu raza cea mai mare. Punctul A descrie curba cu raza cea mai mare, determinand marimea supralargirii “e”.
Pentru drumul ce urmeaza a fi proiectat, se va adopta urmatoarea valoare a supralargirii “e”, in functie de viteza de proiectare si de raza curbei, conform STAS 863-85.
Tabelul 4.3. Valorile supralargirii, in functie de raza curbei si viteza de proiectare.[1]
Deoarece raza pentru care s-a calculat supralargirea este aceea a curbei arc de cerc, rezulta ca pe toata lungimea acesteia valoarea supralargirii se mentine constanta, iar lungimea de racordare a supralargirii de la valoarea 0, din aliniament, la valoarea e, din curba arc de cerc, este data de lungimea racordarii progresive, Lr.
Supralargirea se calculeaza pentru fiecare banda de circulatie in parte si se acorda, in general, jumatate la marginea exterioara a curbei si jumatate la marginea interioara.
Fig.3.11.Repartizarea supralargirii unei benzi de circulatie, e, in curba.[2]
Uneori, datorita dificultatilor de executie, apare necesitatea de a se atribui intreaga supralargire “e”, numai la marginea exterioara. De asemenea, in general, supralargirea partii carosabile nu se acorda in dauna acostamentului, care isi pastreaza latimea curenta din aliniament. Sunt insa si situatii, cand, din motive tehnico-economice, supralargirea partii carosabile se poate face pe seama acostamentelor, cu conditia ca latimea acestora sa nu coboare sub valoarea de 1m.
B. Solutii pentru o infrastructura rutiera ecologica
Capitolul 1. Conceptul de infrastructura rutiera ecologica
1.1 Domeniul de aplicare al conceptului de infrastructura ecologica rutiera
Asa cum raurile si muntii revendica in mod natural compozitia geografica a tarilor, tot astfel sistemele de transport rutier domina planificarea fizica a oraselor si a peisajelor. Aceste sisteme artificiale ofera, pe de o parte, libertate de miscare oamenilor si bunurilor in societate, avand insa consecinte aproape ireversibile asupra comunitatilor si habitatelor naturale de-a lungul cailor rutiere si ale cailor ferate, pe de alta parte. Libertatea de transport a bunurilor si a persoanelor genereaza prosperitate economica si imbunatateste standardul de viata, fiind intr-un conflict ce ia amploare cu bunastarea sociala a vecinilor directi ai sistemelor de transport, in mod special in ariile urbane si suburbane dens populate. Cererea sociala pentru un transport rutier mai curat, mai silentios si mai eficient din punct de vedere energetic, cu un impact minim asupra comunitatilor si a habitatelor naturale, reprezinta o provocare din punct de vedere a reducerii decalajului dintre aceste nevoi conflictuale de catre toate industriile implicate in transportul rutier. Prin intermediul proiectarii, constructiei si a alegerii materialelor folosite, sectoarele de inginerie rutiera pot contribui la o infrastructura rutiera ecologica.
1.2 Infrastructura (verde) ecologica
Minimizarea efectelor asupra mediului comunitatilor si a habitatelor naturale reprezinta cea mai mare problema a acestui concept. Infrastructura verde contribuie prin mijloace de proiectare si compozitie la minimizarea impactului generat de trafic (zgomot, poluarea aerului, vibratiile) si la consumul de energie a sistemului de transport. De asemenea, optimizeaza utilizarea de materiale neconventionale pentru construirea drumurilor si reduce astfel utilizarea resurselor naturale. Infrastructura rutiera ecologica militeaza pentru reducerea impactului pe care traficul si infrastructura il au asupra mediului si a societatii durabile.
1.3 Solutii pentru combaterea poluarii
Integrarea infrastructurii rutiere in mediul inconjurator este mai degraba o problema de vointa in a oferi o sansa de supravietuire habitatelor naturale, decat o lipsa de solutii din punct de vedere al ingineriei in domeniul rutier. Proiectarea si modelarea de acostamente fara bariere pentru ariile ecologice utilizand canale ecologice, sunt exemple de inginerie ecologica ce pot fi gasite deja in unele tari europene. Circumstantele locale si cererile vor determina in final cele mai bune solutii. In calitate de consumator major de materiale de constructii, o contributie importanta a ingineriei rutiere pentru conceptul de infrastructura ecologica implica economisirea resurselor naturale.
Fig 1.1 Reziduri [4]
Constructiile rutiere anexeaza teren sau spatiu public zonelor urbane, afectand peisajul si in alta locatie din considerentul furnizarii de materiale de constructie de prima clasa. Mai mult decat atat, activitatile de mentenanta si de reconstructie genereaza o cantitate semnificativa de reziduri de materiale de constructii ce sunt transportate la depozitele de deseuri, care afecteaza in egala masura peisajul. Reciclarea completa si refolosirea acestor reziduri de materiale de constructii va fi prima provocare a inginerilor de drumuri in viitorul apropiat. Transformarea molozului generat de salubrizarea cladirilor comerciale, ale gospodariilor si a altor deseuri industriale in materiale de constructii rutiere este al doilea pas.
Scopul economisirii resurselor naturale ar trebui extins catre economisirea energiei. Manevrarea a mii de tone de materiale de constructii determina un consum mare de energie in ceea ce priveste construirea drumurilor. Cu toate acestea, economii semnificative se pot face prin tratarea acestor materiale pe teren si in instalatii. Amestecurile de asfalt fierbinte reprezinta cel mai important component al constructiilor de pavaje. Dezvoltarea de lianti de inalta calitate si amestecuri la temperaturi scazute genereaza economii substantiale in costurile de energie si de productie. In acest context si, de asemenea, avand in vedere deficitul si cheltuielile de ulei natural, dezvoltarea asa-numitilor BIO-lianti va fi o optiune serioasa.
Fig 1.2 Infrastructura rutiera ecologica [4]
Recuperearea de energie din pavajele incalzite in mod continuu de radiatia solara devine atractiva, in ciuda necesitatii tot mai mari de surse de energie durabila. Economisirea resurselor naturale in baza evolutiilor tehnologice din domeniul constructiei de drumuri acopera doar o singura zona. Alinierea verticala (gradientul de contrafonturi) si orizontala (curbe) a proectarii drumurilor si starea suprafetei drumului (textura, uniformitate) afecteaza in special rezistenta la rulare a camioanelor, si astfel consumul de combustibil (poluarea aerului). Suprafetele rutiere aspre si neuniforme vor determina cresterea consumului de combustibil.
Cercetarea este necesara pentru a cuantifica si modela efectele acestor interactiuni anvelopa/drum, in scopul de a dezvolta solutii eficiente si in conditii de siguranta.
Nimeni nu poate invinui autoritatile rutiere pentru deciziile persoanelor de a folosi retelele de transport rutier pentru a transporta marfuri sau persoane. In lipsa unor masuri, popularitatea transportului rutier tinde sa cresca datorita propiului sau succes.
Cresterea uriasa a volumului de trafic de-a lungul ultimelor doua decenii a produs un impact negativ asupra mediului. Poluarea aerului si emisiile de zgomot continua sa afecteze sanatatea si calitatea vietii a unui numar substantial de persoane. Mai mult decat atat, consumul de energie in acest sector contribuie la emisiile globale de gaze.
Dezvoltari ale motoarelor cu nivel scazut de emisie (de combustie) si restrictionarea utilizarii autovehiculelor ar trebui sa reduca semnificativ aceste emisii in urmatorii zece ani. Intre timp, autoritatile rutiere ce se ocupa de studiul si controlul emisiilor, s-au implicat in gasirea unor solutii inovatoare pentru a reduce impactul acestora asupra mediului.
In ceea ce priveste pavajele silentioase, se pot face progrese prin diferite metode. Reglajul fin al amestecului si a tehnicilor de aplicare, prefabricarea de straturi de absorbtie a zgomotelor fine in conditii controlate, va promova aceasta dezvoltare. Materiale capabile sa absoarba zgomotul si posibile componente poluante ale aerului trebuie sa fie create pentru a reduce impactul emisiilor conform standardelor legale. Pentru a preveni evacuarea si non-evacuarea particulelor de materie emise in aer in cadrul traficului, ar trebui proiectate sisteme de curatare pentru a elimina acesti poluanti din zonele urbane si suburbane.
In cazul unor situatii de poluare extrema si unde este imposibila renuntarea la automobilele poluante, o solutie ar fi drumurile acoperite in combinatie cu sisteme de curatare a aerului.
1.4 Asfalt la temperatura scazuta/asfalt reciclat .
[NUME_REDACTAT], 320 de milioane de tone de asfalt sunt produse in fiecare an pentru constructia de drumuri. Asfaltul este produs la temperaturi ridicate (160-180C) fiind necesara o energie medie de 275 MJoule pe tona de asfalt, rezultand un consum de energie de 88 miliarde de MJoule pentru intreaga Europa. Productia de asfalt este, prin urmare, o industrie consumatoare de multa energie avand emisii ridicate de CO2. In contextul acordului de la Koyoto, reducerea consumului de energie si reducerea emisiilor de CO2 in activitatile de productie reprezinta o prioritate. In ultimii ani, au devenit disponibile numeroase tehnici de producere a asfaltului la temperaturi reduse, fapt ce este sustinut de numeroase experimente pe teren in diverse tari.
Reducerea temperaturii(reduceri de 30-60) este posibila din punct de vedere tehnic. Rezultatele sunt promitatoare, dar exista inca multe provocari si intrebari nerezolvate. In special, un moment crucial pentru acceptarea generala a acestor tehnici de catre autoritatile rutiere este dovada de performanta echivalenta a acestora cu amestecurile rezultate la temperaturi mari si de posibilitatea aplicarii acestor tehnici in combinatie cu reutilizarea asfaltului vechi.
Asa cum reciclarea in productia de asfalt este comuna si foarte importanta in multe tari, tot astfel este esential ca aceste tehnici sa poata fi combinate cu procente ridicate de materiale reutilizate, in caz contrar, utilizarea generala a acestor tehnici va fi dificila de acceptat. Pe langa reutilizarea de asfalt regenerat, este interesant din punct de vedere financiar, intrucat preturile la depozitele de deseuri au crescut foarte mult in majoritatea tarilor.
Cercetarea va fi realizata in laborator si pe teren. In laborator, cunostintele necesare vor fi elaborate pentru testarea tip (proiectare si testare mix) a acestor amestecuri cu lucrabilitatea, capacitatea si performanta necesara. Aceasta experienta de laborator va fi implementata in producta de scara larga pentru a demonstra ca productia reala este adecvata si indeplineste performantele cerute.
Mai precis, urmatoarele rezultate sunt de asteptat:
Recomandari pentru proiectarea de mixuri asfaltice, inclusiv procentele fezabile de asfalt regenerat care urmeaza sa fie aplicate
Performanta diferitelor tehnici de productie: temperaturi reduse, performanta produselor finale
Recomandari privind productia, de aplicare si de compactare
Mediu si analiza costurilor”
Capitolul 2. Sisteme de infrastructura ecologice
2.1 Sistem rutier ecotehnic
Poluarea cauzata de traficul rutier este atat poluare de tip chimica cat si fonica, zgomotul fiind un mod de poluare foarte nociv.
ERS este un concept modular pentru combaterea poluarii ce are ca prioritati reducerea zgomotului si a vibratiilor. Asa cum este prezentat si in figura 2.1, sistemul de infrastructura rutiera ecotehnica consta in amplasarea pavajelor reducatoare de zgomot si vibratii cat si amplasarea unor bariere anti zgomot pe marginea drumului.
Fig.2.1 Sistem de drum ecotehnic (ERS- [NUME_REDACTAT] System )[4]
Infrastructura rutiera are un rol important deoarece este ca o interfata a mediului natural, si este in stransa legatura cu acesta fiind conditionata de resursele pentru viitor. Impactul mediului rutier asupra mediului natural este considerabil datorita resurselor pe care acesta le consuma, spatiul pe care il ocupa ( diminuand spatiul mediului natural ) si il transforma si perturbanta pe care o creeaza ca rezultat al prezentei sale.
Deci, construirea unei infrastructuri rutiere durabile este un lucru vital pentru protejare mediului natural. Astfel introducerea ERS conform spuselor celor de la NR2C in viziunea anului 2040 reprezinta solutia durabila provizorie spre o industrie a constructiei de drumuri ecologica.
2.1.1 Descrierea conceptuala si functionala a sistemului ERS
Conceptul ERS este definit ca fiind o combinatie originala a unor elemente pentru combaterea poluarii : sisteme rutiere ale drumului ce amortizeaza vibratiile si reduc zgomotul, bariere pentru siguranta in cazul accidentelor si iesirii de pe carosabil a autovehiculelor si reducerea zgomotului si subsisteme auxiliare precum filtre de aer bazate pe concepte inovative, materiale si tehnologii menite sa controleze calitatea aerului, apei si zgomotului si a vibratiilor fiind in concordanta cu cerintele de siguranta a soferului.
2.1.2 Sisteme rutiere anti-zgmot si anti-vibratii
Pavajele de acest tip sunt solutii eficiente in vederea reducerii si controlului nivelului de zgomot datorita design-ului ce este concentrat pe proprietati de absorbtie a vibratiilor si caracteristici de textura.
In cadrul proiectului NR2C performanta a fost analizata prin monitorizarea pavajelor experimentale folosind tehnologie flexibila si rezonanta, pentru controlul zgomotului, de frecvente joase.
Conceptele au fost introduse pe autostrada A1 ( Milano – Napoli ) in 2001-2002 in vedere reducerii zgomotului cu 3-5 dB(A) in comparatie cu traditionalul asfalt poros si suprafele bituminoase dense.
Straturi bituminoase duble cu comportament flexibil, suprafata carosabila din asfalt micro poros ( 20 mm grosime, 0-5 mm agregat bazaltic) si baza din asfalt poros ( 40 mm, 0-25 mm calcar) pe membrana modificata ca intrestrat pentru absorbtia de vibratii.
Multi strat bituminos ( comportament flexibil ) care include fata de cele doua straturi inca un strat bituminos semidens ca baza a drumului ( 150 mm ) pentru a reduce impedanta mecanica .
Composit euphonic multistrat ( comportament rezonant ), dublu strat poros – incluzand astfalt micro poros ca parte carosabila ( 20 mm ) si astfalt poros ca baza a drumului (40 mm ) conectate de un strat cu un sistem de rezonanta Helmholtz facut pentru absorbtia de zgomot in intervalul 100 -250 Hz obtinut prin incorporarea intr-un strat poros de ciment –mortat de 100 mm a unor cavitati ( tuburi) cu proprietati de absorbtie a sunetului.
Combatarea zgomotului si a vibratiilor cu aceste sisteme rutiere a fost folositoare pentru a defini conceptul de specializare a benzilor de drum pavate in conditiile respectarii normelor de zgmotot redus pentru interactiunea pneu – drum prin uniformizare unui strat superficial cu diferite substraturi ale sistemului rutier. Tipul de trafic influenteaza in mod direct, din punct de vedere a numarului de vehicule usoare sau grele ce parcurg drumul in timp de 24h, tipul de sistem rutier din punct de vedere al optimizarii nivelului de zgomot si vibratii si a mentenantei necesare.
2.1.3 Sisteme rutiere cu rezervor de apa si sistem de filtrare
Datorita efectului de infiltrare, asfaltul poros poate reduce substantial cantitatea unui numar mare de poluanti.
Referitor la prelevarea de apa in vederea analizei chimice au fost testate ape rezultate in urma precipitatiilor in doua etape, precum si in urma spalarii pavajului. Concentratiile de metale derivate din probele de apa colectate in cea de-a doua etapa sunt in conformitate cu reglementarile nationale in ceea ce priveste calitatea standard a apelor de suprafata.
Prezenta plumbului persista in pofida utilizarii tot mai frecvente a benzinei ecologice, fiecare ciclu de esantionare prezentand o concentratie de ulei mineral relativ constanta.
Dinamica de transport si eliminarea uleiului pe suprafetele de carosabil s-ar parea sa manifeste o scadere fata de situatia anterioara. In lini mari, nu a existat nici o diferenta intre analiza specifica privind fractiunea de probe solide din apa analizata in a doua etapa fata de prima etapa.
2.1.4 Barierele pentru drum
In mod traditional, mijloacele pasive, ca barierele fizice de atenuare a zgomotului produs de traficul rutier au fost utilizate. Datorita costului acestora, contributia ineficienta asupra sunetelor de frecventa joasa (pentru a realiza reduceri semnificative ale zgomotului, barierele trebuie sa fie destul de voluminoase) au fost dezvoltate solutii ale sistemului rutier impotriva zgomotului de frecventa joasa. Abordarile cercetarii pentru barierele rutiere au fost concentrate la sectiunea de configuratie U, care este obtinuta atunci cand L 2H si in cazul in care L este latimea carosabilului si H este inaltimea cladirilor sau a obstacolelor cum ar fi peretii, dunele din fata infrastructurii.
Forma de U determina reducerea nivelurilor ridicate de poluare acustica in corespondenta cu toti receptorii datorita campului de sunet semi-difuz (reflexii multiple ale razelor de sunet). Pe baza definitiei acustice a sectiunii U si pentru a rezolva anumite constrangeri de infrastructura existente la poduri si terasamente, dezvoltarea de solutii inovatoare pentru sectiunea de drum avand bariere fonice in forma de U au fost in principal orientate spre cuplarea traditionalelor tipuri de bariere/capac anti zgomot.
Au fost propuse, de asemenea, noi concepte pentru imbunatatirea ale performantelor structurale si acustice prin folosirea unor materiale noi sau prin tipuri de structuri cu propritati de absorbtie ale zgomotului optimizate. Proprietatile de absorbtie ale zgomotului aerian si cele mai comune materiale “naturale” in mediul rutier de infrastructura (asfalt, vopsea) prezinta coeficienti de absorbtie acustica semnificativi pentru frecventele inalte (1000-4000 Hz).
Ca urmare, in cazul segmentelor de profil in U spectrul de receptori ai zgomotului aflati in vecinatate este modificat, si, in general, frecventele cuprinse intre 400 si 1600 Hz predomina. In asemenea conditii, caracteristicile de absorbtie a sunetului ale materialelor folosite trebuie ajustate pentru a contracara aceste zgomote de frecventa joasa si, in general, acest lucru este obtinut prin cresterea latimii materialelor utilizate cu o crestere in consecinta, a costurilor.
Panourile anti-zgomot inovative pot fi fabricate folosind straturi subtiri de materiale cu absorbtie a sunetului (10, dar construit cu o densitate mai mare ( 2000 3000 gr/m3) si cu insertie de aer pentru distantarea panoului cu o latime in valoare de ¼ din lungimea de unda de cea mai joasa frecventa pentru a atenua utilizarea de pelicula rezistenta la apa,. Acest sistem poate reprezenta, de asemenea, un element favorabil in controlul poluarii atmosferice si desfasurarea de rezonatori, de obicei Helmoltz de ¼ lungimi de unda. Aceste tehnici inovatoare pot fi utilizate nu doar pentru captusirea peretilor ale barierelor de drumuri in forma de U, dar si pentru producerea de panouri anti-zgomot care urmeaza sa fie plasate in partea de sus a unei dune sau a unui sant.
Fig.2.2 Bariera inovativa integrata ( antifonica si de siguranta ).[4]
Fig.2.3 Acoperisuri inovative ( modelarare acustica ).[4]
Fig.2.4 Bariera integrate de reciclare.[4]
Fig.2.5 Teste ale materialelor cu absorbtie fonica si prototipuri de bariere.[4]
Au fost propuse, de asemenea, concepte noi care adauga noi functii precum protectia aerului si gestionarea traficului prin intermediul senzorilor si a sistemulor fotovoltaice de sine statatoare.
S-au facut experimente pe autostrazi prin utilizarea dioxidului de titan (TiO2), un copus chimic rezistent, capabil sa reduca anumiti poluanti ai aerului atunci cand este incorporat in vopsea sau mortar. Studiu experimental la scara completa a fost efectuat pe autostrada A1 intre Scandicci si legatura cu A11 Florenta-Pisa-Livorno, unde un rand dublu de bariere a fost tratat cu vopsea in a carei copozitie a fost inclus TiO2.
2.2 Purificarea aerului : Reducerea NOx prin intemediul sistemelor rutiere
Modul de folosire a materialelor pentru construirea drumurilor are un impact major asupra traficului rutier si a acestuia asupra mediului natural si a infrastructurii drumului. In special in zonele urbane, unde riscul de formare a smogului in timpul verilor calduroase este ridicat, folosirea pavajelor fotovoltaice poate reduce poluarea aerului semnificativ.
2.2.1 Aspecte generale
Emisiile generate de sectorul de transport au o impotanta mare asupra calitatii aerului datorita cresterii rapide : transportul de marfuri pe cai rutiere a crescut in Europa cu 54% din anul 1980, in timp ce in ultimii 10 ani transportul de persoane pe cai rutiere a crescut cu 46 % si cel pe cale aeriana cu 67%.
Emisiile principale cauzate de motoarele cu ardere interna sunt oxizii de azot ( NOx), hidrocarburile (HC) si monoxid de carbon (CO), in proportie de 58%, 50% respectiv 75%.
Acesti poluanti au impact negativ asupra calitatii aerului din zone urbana. Reactiile fotochimice, rezultate din actiunea razelor solare asupra dioxidului de azot (NO2) duce la formarea smogului fotochimic si a ozonului, poluanti secundari ce au deasemenea un impact negativ asupra zonelor urbane si chiar si la distante mari de la sursa de poluare. Ploaia acida este un alt poluant influentat de emisiile de NOx din industria transporturilor, ce se oxideaza in aer, rezultand NO3, si in final precipitatii de acid cu consecinte negative asupra materialelor de constructii ( coroziune ) si asupra vegetatiei.
[NUME_REDACTAT] impun o limita de max 40 μg/m3 de NO2 in medie pe an si 200 μg/m3 in medie pe ora. Aceste limiti scad gradual de la 50 si 250 in 2005 la limita finala in 2010.
Fotocataliza eterogene este o metoda promitatoare pentru diminuarea poluarii cu NOx. Pana acum razele ultraviolete au fost necesare pentru activarea procesului de fotocataliza, dar cercetarile recente indica faptul ca se poate obtine acest fenomen si cu raze de lumina din spectrul vizibil. Acest lucru ne duce cu ideea ca aplicatiile in tunele si in interioare pot deveni realitate. In special aplicatia pentru tunele merita atentie datorita nivelul concentratiei de poluanti din aceste locatii.
2.2.2 Fotocataliza eterogena, un proces pentru purificarea aerului
Solutia pentru poluarea cauzata de traficul rutier poate surveni din neutralizarea poluantilor cat mai aproape de sursa. Astfel, materialele fotocatalitice pot fi adaugate pe suprafata carosabila a sistemelor rutiere si in materialele de constructie. In combinatie cu lumina, poluantii sunt oxidati, datorita prezentei fotocatalizatorului si precipitat pe suprafata materialului. In consecinta acestia sunt eliminati de pe suprafata materialului datorita ploii.
In cazul sistemelor rutiere din beton, anatasul este pus in sistemul rutier pe stratul carosabil, care are aproximativ 8 mm grosime. Faptul ca dioxidul de titan ( TiO2) este prezent in toate grosimea acestui strat inseamna ca in ciuda faptului ca exista posibilitatea datorita abraziunilor ca acest strat sa se subtieze, TiO2 continua sa exista la suprafata, astfel reactia catalitica nefiind impiedicata.
Aplicatiile dioxidului de titan in combinatie cu cimentul duc la transformarea NOx in NO3, care este mai apoi absorbit in suprafata stratului datorita alcalinitatii cimentului si este in consecinta eliminat de ploaie.
2.2.3 Rezultate de laborator, Evaluarea parametrilor.
Diferite teste au fost devzoltate pentru determinare eficacitatii materialelor fotocatalitice in vedere purificarii aerului. O distinctie este facuta de debitul de aer. Cu metoda de curgere directa ( JIS TR Z 0018/ISO TC 206/SC N), aerul, cu o concentratie de 1 ppmV, trece peste monstra, care este iluminata de o lampa cu o intensitate a luminii de 10W/m2 intro raza de 300 – 460 nm. Concentratia de NOx este masurata la iesire. Acest test este folosit pentru cercetare. In metoda statica, aerul este pus in circulatie intr-un circuit inchis. Diferentele de concentratie de NOx sunt masurate in timp. Acest metoda simuleaza efectul de canion care poate avea loc pe strazile mai mici in zonele urbane.
Fig.2.6 Rezultate obtinute in laborator conform procedurii standard a experimentului.[4]
Modul de preparare a mostrelor are o importanta deosebita. Datorita activitatii fotocatalitice, NO3 este precipitat pe suprafata materialului si acopera o parte din acesta, implicit o parte din TiO2. Din acest considerent eficienta scade in timp. Prin curatarea suprafetei, se pot atinge pragurile de eficienta maxima de la inceput. Pre tratamentele din laborator asupra mostrelor sunt importante pentru a obtine rezultate reproductibile. Efectul se poate vedea in figura 2.6, unde a fost aplicat un test tipic pentru o mostra : 0.5 ore la 1ppmV NO,concentrat, fara lumina, – 5 ore expunere la un curent de aer cu 1ppmV NO – concentrat si iluminat – 0.5 ore cu iluminare si fara expunere. O crestere mica in timp a concentratiei de NOx este vizibila datorita depozitarii de NO3 pe suprafata materialului.
Programul de cercetare in laborator a constat in controlul diferitilor parametri cum ar fi temperatura, umiditatea relativa, timp de contact ( suprafata, viteza de curgere, inaltimea curentului de aer fata de mostra … ). In general se poate spune ca eficienta spre reducerea NOx creste odata cu cresterea timpului de contact ( suprafata mai mare, viteaz de curgere mai mica, inaltime mai mica fata de mostra, turbulence mai mari pe suprafata si umiditate relativa mai mica).
Fig.2.7 Influenta umiditatii relative asupra eficientei.[4]
Datorita activarii electronilor la suprafata a TiO2, energia este stocata in material. Aceasta energie poate fi folosita pentru crearea radicalilor liberi, care reactioneaza cu apa sau cu poluantii. Apa este astfel un competitor cu poluantii, astfel se poate explica de ce scade eficienta odata cu cresterea umiditatii relative. Dar prezenta nitratilor pe suprafata materialului face ca apa sa fie o necesitate pentru curatarea suprafetei.
Figura 2.7 ilustreaza influenta umiditatii relative asupra eficientei, masurata pe doua sisteme rutiere din orasul Antwerp.
2.2.4 Proiectul pilot din orasul Antwerp, Belgia
O problema importanta este conversia rezultatelor obtinute in laborator in aplicatii reale. Pentru a observa influenta sistemelor rutiere fotocatalitice in conditii reale, a fost efectuat un experiement pe o sectiune de 10.000 m2 implementandu-se sisteme rutiere fotocatalitice intr-o parcare din Antwerp, Belgia.
Fig.2.8 Locuri de parcare separate in Antwerp cu sisteme rutiere fotocatalitice.[4]
Doar stratul carosabil contine TiO2. In ciuda faptului ca suprafata aplicata in Antwerp este destul de mare, trebuie mentionata latimea relativ mica a parcarii fotocatalitice in comparatie cu toata strada,24,5 m in comparatie cu 60 m toata strada.
Doua seturi de teste diferite au fost efectuate. Seturi de pavaje au fost luate si diferite perioade de expunere. Aceste pavaje au fost masurate in laborator fara a curata suprafata si dupa curatarea suprafetei. Rezultatele sunt prezentate in figura 2.9.
Figura 2.9 Concentratiile de NOx la iesire, masurate pe doua pavaje, inainte si dupa curatarea suprafetei.[
Acestea indica o durabilitate buna a eficientei care poate fi reobtinuta dupa curatarea suprafetei.
In afara masuratorilor din laborator, s-au efectuat si masuratori pe teren. Fara marimi de referinta, fara material fotocatalitic, interpretarea acestor rezultate is foarte dificila. In special influenta traficului, viteza vantului, intensitatea luminii si umiditatea relativa joaca un rol foarte important.
Figura 2.10 ilustreaza masuratorile efectuate la fata locului in 3 locatii diferite. In consecinta masuratorile au fost efectuate la casele cu nr 50,108 si 38. Parcarea de la numarul 50 si 38 contine pavaje fotovoltaice in timp ce parcarea de la nr 108 este din beton clasic.
Figura 2.10 Masuratorile concentratiei de NOx.[4]
Aerul a fost luat constant la 5 cm deasupra suprafetei pavajului fotocatalitic. Intensitatea luminii a fost masurata in paralel cu suprafata. Vehiculele au fost numarate manual pe drumul principal pe o perioada de 10 min .
Rezultatele indica o scadere a concentratiei de NOx la locatiile cu pavaje fotovoltaice.
In concluzie
Utilizarea materialelor fotocatalitice pentru a diminua poluarea aerului cauzata de traficul rutiere, este eficienta pe suprafete verticale si orizontale. Testele de laborator indica o eficienta ridicata in reducerea emisiilor NOx in aer prin utilizarea de materiale fotocatalitice.
Cu toate acestea, umiditatea relativa este un parametru semnificativ, ce poate reduce eficienta acestor materiale. In cazul in care umiditatea reativa este mare, apa va fi absorbita la suprafata carosabilului prevenind astfel reactia materialelor fotovoltaice cu poluantii.
Masuratorile repetate in laborator pe blocuri de pavaj fotovoltaice confirma eficienta acestora in timp. Cu toate acestea, o scadere a eficientei poate fi observata ca urmare a depunerilor de NO3 pe suprafata, eficienta anterioara poate fi redobandita prin spalarea suprafetei.
Bibliografie:
[1] Popa, L. – ”Elemente de infrastructură rutieră”, note curs, [NUME_REDACTAT] București, București, 2012
[2] [NUME_REDACTAT] s.a, “Cai de comunicatii rutiere – principii de proiectare”, editura conspress Bucuresti, 2006
[3] [NUME_REDACTAT]
[4] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] ( NR2C ), Towards reliable, green, safe&smart and human infrastructure in Europe – Aprilie 2008
[5] http://www.fehrl.org/nr2c
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Solutii Pentru O Infrastructura Rutiera Ecologica (ID: 2050)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.