Investigarea capacitatii portante a complexelor rutiere

INVESTIGAREA CAPACITATII PORTANTE A COMPLEXELOR RUTIERE

Cunoasterea capacitatii portante a structurilor rutiere, in lungul si transversal drumului (cand sunt mai mult de 2 benzi de circulatie), asigura elementele de baza pentru selectarea si dimensionarea solutiilor de reabilitare.

Evaluarea capacitatii portante poate fi facuta numai avand in vedere degradarile existente, alcatuirea structurii si rezultatele investigarii nedistructive.

Degradarile existente, cauzate in principal de incarcarile din trafic, dau informatii privind efectul traficului de perspectiva asupra structurilor rutiere. La drumurile cu structuri rutiere suple, cand mai mult de 10 % din suprafata prezinta degradari sub forma de faiantari sau fagase longitudinale cu adancimea medie mai mare de 12 mm, inseamna ca valorile mari ale traficului sunt cauza degradarii structurii. Acelasi semnal trebuie luat in considerare la drumurile cu structuri rutiere rigide, atunci cand mai mult de 10 % din dalele din beton de ciment prezinta fisuri si crapaturi. Tipul si volumul degradarilor pot fi cel mai bine apreciate pe o diagrama liniara (releveul degradarilor) a intregului drum, pe toate benzile de circulatie. Daca aceasta scoate in evidenta situatii de tipul celor de mai sus, este evidenta o deficienta structurala si este necesar sa se execute investigatii nedistructive si analize de laborator pentru a cunoaste in totalitate starea structurala.

Alcatuirea structurii rutiere existente se obtine din sondaje executate in drum, pe urmele rotilor si in afara acestora. Datele rezultate din sondaje indica tipul materialelor care alcatuiesc straturile rutiere, grosimea straturilor, aderenta intre straturi si permit aprecierea vizuala a calitatii materialelor. Pe baza probelor prelevate cu aceasta ocazie, se determina prin analize de laborator, caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor.

Investigarea nedistructiva de masurare a deflexiunilor, folosita impreuna cu releveul degradarilor, este metoda cea mai buna pentru determinarea capacitatii portante a complexului rutier. Scopul investigarii nedistructive este de a furniza date pentru:

- evaluarea structurala a complexului rutier si dimensionarea ranforsarii;

- stabilirea sectiunilor omogene, prin examinarea si interpretarea variabilitatii deflexiunilor in lungul unui traseu;

- identificarea cauzelor degradarilor, localizarea golurilor sub dale si a eficientei transferului de sarcina la rosturi;

- determinarea perioadelor critice de degradare ale structurilor rutiere, datorate variatiilor sezoniere;

- precizarea, prin calcul, a duratei de exploatare, ca indicator al capacitatii portante a structurii rutiere de a suporta traficul prezent si viitor.

Investigarea nedistructiva trebuie executata inaintea sondajelor in structura, pentru a se putea preciza pe baza datelor de deflexiune, pozitia sondajelor si a locurilor de unde trebuie prelevate probe pentru analizele de laborator.

1. Deflexiunea structurii rutiere

Deflexiunea unei structuri rutiere reprezinta un sistem de raspuns complet, a straturilor structurii si a terenului de fundare, la o sarcina aplicata pe suprafata. Cand sarcina este exercitata, toate straturile se deformeaza, dand nastere la eforturi de intindere si compresiune.

Starea de deformatii si eforturi unitare intr-o structura rutiera, produsa sub efectul sarcinilor date de roata in miscare, este aratata in figura 1.

dSA Deflexiunea straturilor bituminoase eSA Eforturi orizontale de intindere la baza strturilor eTF Efort vertical in terenul de fundare

Suprafata deformata

Suprafata initiala

Teren de fundare

Balast compactat

Strat de baza

Straturi bituminoase

Legenda

Fig. 1. Starea de eforturi unitare si deformatii in structura rutiera.

Sub actiunea rotii in miscare, structurile rutiere grele si foarte grele se deformeaza mai putin decat structurile usoare sau medii. In structurile usoare, se dezvolta eforturi mari de intindere in straturile bituminoase si eforturi mari de compresiune in terenul de fundare. Diferentele cele mai mari intre aceste structuri rutiere rezulta in cazul eforturilor de compresiune la nivelul terenului de fundare.

Investigatiile nedistructive au fost aplicate cu succes deopotriva pe structurile suple, mixte si rigide. Datele rezultate din masurarile nedistructive au fost folosite pentru evaluarea structurilor suple, pe baza teoriei stratului elastic. Aceasta teorie a fost folosita si pentru structurile rigide, dar nu este intotdeauna adecvata datorita discontinuitatilor la rosturi, marginilor si crapaturilor din placi. Toate aceste discontinuitati caracterizeaza modul de lucru al imbracamintilor rigide, ceea ce a condus ca evaluarea structurilor rigide sa se bazeze pe teoria elementelor finite.

2. Principalele tipuri de echipamente utilizate pentru masurarea deflexiunilor

In ultimii ani li s-a acordat o atentie deosebita si au fost perfectionate tipurile de echipamente pentru masurari nedistructive. Clasele generale de echipamente folosite in prezent sunt:

- echipamente cu actiune statica;

- echipamente automate cu parghia de deflexiune;

- echipamente cu incarcare prin impuls;

Caracteristicile tehnice de baza ale echipamentelor folosite in mod curent sunt prezentate in tabelul 1.

2.1. Echipamente cu actiune statica

In aceasta clasa sunt incluse echipamentele care masoara deflexiunea de raspuns a structurii rutiere la sarcinile aplicate static. Cele mai obisnuite echipamente cu actiune statica sunt parghia Benkelmann si Dispozitivul cu placa.

2.1.1. Determinarea deformabilitatii cu deflectometrul cu parghie Benkelmann

Acest aparat serveste la determinarea deflexiunilor elastice ale complexelor rutiere nerigide.

Prin deflexiune se intelege deformatia verticala a complexului rutier sub actiunea incarcarii date de roata unui vehicul.

Deflectometrul Benkelmann (fig. 2.) se utilizeaza la stabilirea deformabilitatii complexelor rutiere nerigide in urmatoarele cazuri:

- pe drumurile nemodernizate avand imbracaminti provizorii, alcatuite din pietruiri, macadam sau macadam protejat cu tratamente bituminoase;

- pe drumuri modernizate avand imbracaminti bituminoase, in unul sau mai multe straturi.

Tabelul 1

Fig. 2. Deflectometrul Benkelmann

Pentru determinarea deformabilitatii complexelor rutiere se utilizeaza un vehicul de masurare. Acesta poate sa fie autocamionul SR 113 Bucegi, incarcat cu 50 kN sarcina utila (65 . 67 kN sarcina pe osia din spate uniform repartizata pe cele 2 roti duble, cu 5 atm. presiune in pneuri) sau autocamionul R 8135 F cu motor Diesel tip 797-05 incarcat cu 70 kN sarcina utila (75 . 77 kN sarcina pe osia din spate uniform repartizata pe cele 2 roti duble, cu 6,5 atm. presiune in pneuri).

In mod exceptional se admite utilizarea altui tip de vehicul cu sarcina utila peste 3 tone, cu caracteristici cunoscute si cu conditia sa aiba in spate o singura osie, cu roti duble si presiunea aerului in pneuri sa fie de 4,50 atmosfere.

Inainte de inceperea masuratorilor este necesar a se verifica sarcina pe rotile duble din spate si presiunea aerului in pneuri.

Parghia basculanta a aparatului poate sa fie montata in mai multe pozitii, permitandu-se amplificarea deflexiunii in cazurile in care aceasta este mica.

Pentru masurarea deflexiunilor, drumul se imparte in sctoare omogene in functie de starea imbracamintei pe lungimi cuprinse intre 200 . 500 m. Pe fiecare sectiune omogena de drum, se vor masura deformatiile elastice, in minimum 10 profiluri transversale, la o distanta de 1/10 din lungimea sectorului, dar care sa nu depaseasca 50 m. Masuratorile se vor efectua de o parte si de alta a axei drumului, la 0,75 . 1,25 m de marginea partii carosabile.

Autocamionul se asaza cu una din rotile duble din spate, deasupra punctului in care se face masuratoarea si se introduce varful de contact al deflectometrului intre pneurile rotii duble, astfel incat varful de contact sa fie plasat in dreptul osiei. Se deplaseaua autocamionul de pe punctul respectiv si se face citirea pe microcomparator in momentul in care axa rotilor duble se gaseste in trecere, la distanta de 2,40 m de punctul de masurare (d_2,4) si apoi la o distanta de 5,00 m, dupa cel putin un minut (d_5,0). In acest fel se inregistreaza la microcomparator valoarea deflexiunii elastice produsa sub incarcarea rotii.

Odata cu masurarea deflexiunii se masoara si temperatura imbracamintei bituminoase, care trebuie sa aiba valori cuprinse intre 5 . 30 ⁰C.

Pentru stabilirea deformabilitatii complexului rutier, masuratorile de deflexiuni se fac primavara sau toamna, adica in perioada cea mai defavorabila a anului.

Deflexiunile masurate se inscriu intr-un tabel tip (tabelul 2.) unde se corecteaza in felul urmator:

- daca D = d_5,0 - d_2,4 4 mm, d = d_5,0:

- daca D = d_5,0 - d_2,4 > 4 mm, atunci d = d_5,0 + (d_5,0 - d_2,4).

Valorile deformatiei elastice, masurate sub una din rotile duble ale vehiculului de masurare corectate (d) sunt transformate in valori corespunzatoare vehiculului etalon, cu sarcina pe osia din spate de 9,1 tf, cu relatia:

, (1)

in care : d_9,1 este valoarea deformatiei elastice corespunzatoare vehiculului etalon, in 1/100 mm;

P - sarcina pe una din rotile duble ale vehiculului masurat, in tf.

Valorile d_9,1 se trec in formularul tip din tabelul 2.

Tabelul 2

In continuare se calculeaza urmatoarele caracteristici:

- valoarea deformatiei elastice medii (d_M)

(2)

n fiind numarul valorilor individuale luate in calcul.

In cazul in care s-au masurat deflexiunile cu SR 113 Bucegi, numai la 5,00 m (d_5,0) valoarea deformatiei elastice medii se corecteaza astfel:

d_M = 1,23 d _M - 4 (3)

in care d'_M este media aritmetica a valorilor deformatiilor elastice, corespunzatoare vehiculului etalon, necorectate.

- abaterea medie patratica a sirului de valori (S)

(4)

- coeficientul de variatie (C_v):

[ (5)

- deformatia elastica medie normala (d_{M 20}):

d_{M 20} = d_M + k (20 + t) (6)

in care: k este coeficientul de variatie a deformatiei elastice pentru variatia cu 1 ⁰C a temperaturii medii, in 1/100 mm (k = 1);

t - temperatura medie in perioada masurarii, in ⁰C.

Formula este valabila in cazul in care structura rutiera nu are strat de baza din mixtura asfaltica. In caz contrar corectia de temperatura se stabileste cu ajutorul diagramei din fig. 3.

- deformatia elastica caracteristica (d_c)

d_c = d_{M 20} + t a s (7)

in care: t este un coeficient care depinde de suprafata admisa a fi subdimensionata, a si de n (tabelul 3).

Tabelul 3

In functie de tipul drumului in tabelul 4, se dau in mod informativ valorile subdimensionate admise.

Tabelul 4

Fig. 3. Diagrama de corectie functie de temperatura.

Daca masuratorile s-au efectuat in alte perioade decat cele in care complexul rutier lucreaza in cele mai defavorabile conditii hidrologice, rezultatele se transforma in valori corespunzatoare acestei perioade, cu ajutorul relatiilor:

d _{m 20} = C₁ d_{M 20} (8)

S = C₁ d_{M 20} C_v (9)

in care: d'_{m 20} si S sunt valori corespunzatoare perioadei celei mai defavorabile;

C₁ - coeficient mediu ponderat de corectie (tabelul 5).

In acest caz valoarea deformatiei elastice caracteristice se calculeaza cu relatia:

d_c = d_{M 20} + t S (10)

In ceea ce priveste clasificarea drumurilor modernizate din punct de vedere al portantei, in tabelul 6 se dau calificativele dupa valoarea deformatiei elastice caracteristice, desi in tabelul 7, calificativele dupa scaderea portantei relative sub influienta variatiilor sezoniere de umiditate, data de raportul dintre deformatiile elastice medii determinate in perioada cea mai defavorabila si cea mai favorabila.

Tabelul 5

Tabelul 6

Tabelul 7

In ceea ce priveste drumurile nemodernizate, portanta acestora se apreciaza prin compararea valorii deformatiei elastice caracteristice cu valoarea deformatiei elastice admisibile stabilita pentru o perioada de perspectiva de 5 ani (d_a).

Acestea se stabilesc in functie de volumul de trafic corespunzator perioadei de perspectiva, exprimat prin numarul total de vehicule etalon de calcul cu incarcare pe osia din spate de 91 kN pe o banda de circulatie (fig.4).

Fig. 4. Diagrama pentru determinarea deformatiei elastice admisibile

Daca valoarea deformatiei elasticecaracteristice este mai mica decat cea a deformatiei elastice admisibile, portanta este buna. In caz contrar aceasta este insuficienta. Pentru caracterizarea portantei sectiunii de drum se vor examina urmatoarele date:

- tipul degradarilor existente ti cauzele acestora;

- alcatuirea straturilor componente ale complexului rutier, variatia longitudinala si transversala a grosimii acestora;

- caracteristicile geotehnice ale pamantului de fundatie, modul de asigurare a scurgerii apelor superficiale, modul de drenare a apelor subterane, conditiile de producere a inghet-dezghetului.

In tabelul 8 se prezinta clasificarea drumurilor modernizate din punct de vedere al scaderii portantei relative sub influienta variatiilor sezoniere de umiditate, iar in tabelul 9 se clasifica drumurile din punct de vedere al uniformitatii portantei pe baza coeficientului de variatie C_v.

Tabelul 8

Tabelul 9

2.1.2. Determinarea modulului de deformatie liniara prin metoda cu placa

In vederea verificarii capacitatii portante a unui complex rutier si pentru dimensionarea consolidarii acestuia, se foloseste modulul de deformatie liniara echivalent.

Modulul de deformatie liniara E reprezinta raportul dintre presiunea specifica p transpusa uniform pe teren de placa de incarcare si tasarea relativa l a suprafetei incarcate, multiplicat cu un coeficient a functie de forma in plan, rigiditatea placii de incarcare si natura terenului incercat.

Modulul de deformatie liniara echivalent se determina pentru mediile neomogene, stratificate, sau complexele rutiere si reprezinta modulul de deformatie liniara al unui material ideal, omogen si izotrop care, sub aceeasi incarcare p, are aceeasi tasare ca si sistemul stratificat.

[daN/cm²] (11)

in care: , unde : s este tasarea reala sub incarcarea data;

d - dimensiunea minima in placa placii.

Pentru verificarea capacitatii portante a complexelor rutiere existente, valoarea coeficientului se ia 1,57.

In fig. 5 se prezinta schema instalatiei de determinare a modulului de deformatie liniara prin metoda cu placa.

Fig. 5. Dispozitiv cu placa pentru determinarea modulului de deformatie liniara.

Incarcarea placii se face in trepte, dupa metodologia prevazuta de instructiunile in vigoare, notandu-se pentru fiecare treapta tasarea reala a placii. Incarcarea se continua pana la atingerea unei presiuni limita sau a unei tasari limita.

2.2. Echipamente automate cu parghie de deflexiune

Sunt incluse in aceasta clasa echipamentele care folosesc in mod automat parghia Benkelmann. Cel mai obisnuit echipament este deflectograful Lacroix, utilizat mai ales in Europa.

2.2.1. Determinarea deformabilitatii complexelor rutiere cu deflectograful Lacroix

Deflectograful Lacroix se utilizeaza la stabilirea deformabilitatii complexelor rutiere nerigide, cu imbracaminte bituminoasa, avand ca scop punerea in evidenta a variatiei capacitatii portante a complexului rutier pe diverse sectoare de drum. De asemenea, se pot folosi si la verificarea capacitatii portante a constructiilor rutiere noi in diverse etape din cursul executiei drumului.

Acest aparat este montat pe un camion Lacroix cu incarcarea de 91 kN pe osia din spate si este compus dintr-o grinda sub forma de T, care aluneca pe suprafata partii carosabile printr-o miscare discontinua datorita unei legaturi directe la roti (fig. 6).

Fig. 6. Schema de principiu a deflectografului Lacroix.

Masurarea deflexiunilor totale (elastica + plastica) se face automat in profiluri transversale situate la 3,20 m unul de altul, inregistrandu-se in acelasi profil doua masuratori corespunzatoare celor doua perechi de roti. Rezultatele se inregistreaza cu ajutorul unui dispozitiv electronic pe o banda de hartie fotografica (deflectograma), odata cu inregistrarea manuala a pozitiilor kilometrice, ceea ce permite cunoasterea situatiei exacte a portantei pe intregul sector.

In timpul masuratorilor, camionul se deplaseaza cu o viteza de 2 km/h, putandu-se efectua 8000 de masuratori pe zi (fata de circa 80 de masuratori posibile a se efectua cu deflectometrul Benkelmann). De asemenea, se obtine o frecventa sporita a masuratorilor (600 pe un km fata de circa 60/km in cazul deflectometrului Benkelmann).

Interpretarea marimii deflexiunii din deflectograma permite obtinerea rapida a unei imagini relativ precise a deformabilitatii drumului la un moment dat.

Calculul deflecsiunii caracteristice se face prin prelucrarea automata a datelor, dupa principiile metodei deflectometrului Benkelmann.

2.3. Echipamente cu incarcare prin impuls

In aceasta clasa sunt incluse toate echipamentele care produc o forta de impuls pe suprafata structurii. Echipamentul cel mai cunoscut este FWD, deflectometrul cu greutate in cadere (Falling Weight Deflectometer). Principiul de functionare al acestuia se bazeaza pe o greutate care este ridicata la o anumita inaltime pe un sistem de ghidare si apoi este lasata sa cada liber. Greutatea care cade izbeste o placa prin intermediul careia transmite sarcina la imbracaminte. Prin modificarea greutatilor care cad si a inaltimii de cadere poate fi variata forta de impuls.

Avantajul major al echipamentelor cu incarcare prin impuls este capabilitatea de a modela sarcina rotii in miscare deopotriva ca marime si durata. Deflexiunea rezultata simuleaza in mod realist deflexiunea cauzata prin incarcarea data de roata in miscare. Acest aspect este considerat elementul cel mai important in evaluarea structurilor rutiere.

2.3.1. Deflectometrul Dynatest FWD

Din clasa echipamentelor cu incarcare prin impuls cel mai utilizat pe plan mondial este modelul Dynatest 8000 FWD.

Sistemul de investigare al deflectometrului este montat pe un trailer tractat de un microbuz special amenajat. Schema generala de alcatuire a Dynatest 8000 FWD este data in figura 7.

La echipamentul Dynatest 8000 FWD forta de impuls este creata prin caderea unui sistem de greutati perechi, de la inaltimi diferite. Prin varierea inaltimilor de cadere si a greutatilor se poate realiza o incarcare intre 7 si 120 kN. Greutatile cad pe un sistem de tampoane din cauciuc, iar mai departe incarcarea este transmisa imbracamintei prin intermediul unei placi de incarcare cu diametrul de 300 mm. Forma grafica a fortei de impuls este sinusoidala, jumatate de perioada.

Deflexiunea este masurata folosind 7 deflectori (senzori) seimici care sunt montati pe o bara si ridicati automat impreuna cu placa de incarcare. Primul deflector este amplasat in centrul placii de incarcare, iar ceilalti 6 la distante variabile, ultimul fiind la 2,25 m departare de primul.

O secventa normala de operare cuprinde deplasarea echipamentului la locul de masurare si coborarea automata (hidraulic) a placii de incarcare si a barei cu deflectori pe suprafata structurii. O secventa de investigare include un numar de caderi fixat anume pentru fiecare inaltime de cadere. Dupa efectuarea caderilor placa de incarcare si deflectorii sunt ridicati automat, iar echipamentul poate fi mutat in punctul urmator de masurare.

2.3.2 Deflectometrul Phönix

Echipamentul Ph nix FWD este folosit mai ales in Europa si in S.U.A. fiind de asemenea montat pe un trailer. Forta de impuls este creata de o singura greutate care poate fi lasata libera de la inaltimi diferite si dezvolta o sarcina de impact de 10 pana la 110 kN. Sarcina este transmisa structurii rutiere prin intermediul unei placi cu diametrul de 300 mm. Deflexiunea este masurata prin utilizarea a sase senzori deflectori. Primul deflector este amplasat in centrul placii de incarcare, iar ceilalti sunt dispusi pe o bara de ridicare/coborare in lungime de 1 500 mm.

Functionarea echipamentului si schema generala de alcatuire (figura 8) se bazeaza pe aceleasi elemente ca si cea a Dynatest 8000 FWD.

Figura 7. Schema Dynatest F W D

Figura Schema Phonix F W D

3. Factori care influenteaza deflexiunile

Deflexiunile masurate pe o structura rutiera (figura 9) sunt influentate de mai multi factori si din aceasta cauza interpretarea datelor poate fi dificila. In mod curent este necesar sa fie efectuata o gama intreaga de cercetari pentru o mai buna intelegere si interpretare a investigatiilor nedistructive.

Fig.9. Deflexiuni inregistrate cu DYNATEST 8000 FWD

3.1. Incarcarea

In mod teoretic, deflexiunile masurate trebuie sa simuleze deflexiunile care apar sub conditiile incarcarii de calcul (de exemplu osia standard de 10 t). Intre numeroasele tipuri de echipamente de masurare a deflexiunilor existente, echipamentul de incarcare prin impuls simuleaza cel mai realist aceasta deflexiune.

Tipul si marimea incarcarii determina deflexiunea de raspuns a structurii. Pe masura ce incarcarea creste va creste si deflexiunea structurii. Desigur aceasta nu va fi intr-o relatie liniara atata vreme cat majoritatea materialelor din structura depind de eforturi.

Se recomanda pentru drumurile cu trafic greu ca echipamentele de masurari nedistructive sa simuleze aproximativ incarcarile date de camioanele grele. Aceasta elimina problema extrapolarii datelor de la incarcari usoare la incarcari grele.

Unele administratii ale drumurilor folosesc corelatii intre deflexiunea data de o incarcare usoara si cea data de camionul greu. Acestea sunt folosite pentru a converti deflexiunile masurate cu un echipament cu o sarcina usoara in deflexiuni echivalente incarcarilor mai grele sau a celor de calcul. Aceste corelatii insa trebuie aplicate cu foarte mult discernamant. Chiar daca sarcina aplicata la tipuri diferite de echipamente este aceeasi, deflexiunea de raspuns poate fi diferita.

Echipamentele cu incarcare statica produc deflexiuni semnificativ mai mari decat cele produse de incarcarile rotii in miscare.

Din practica ultimilor ani s-a demonstrat ca echipamentele FWD produc o deflexiune a suprafetei apropiata de realitate, simuland incarcarea data de roata in miscare.

3.2. Tipul de structura si starea de degradare a acesteia

Rigiditatea sistemului structura rutiera/teren de fundare afecteaza deflexiunea masurata. De asemenea, starea de degradare a structurii influenteaza deflexiunea astfel:

- deflexiunile inregistrate la imbracamintile bituminoase in zonele degradate sau in apropierea acestora (de exemplu: faiantari in panza de paianjen, crapaturi) vor fi mult mai mari decat cele din zonele nedegradate;

- deflexiunile obtinute pe urma rotilor sunt tipic mai mari decat intre urmele rotilor;

- deflexiunile din apropierea rosturilor longitudinale, transversale, sau colturi vor fi mai mari decat acelea rezultate in mijlocul dalelor din beton de ciment;

- deflexiunile inregistrate in zona sau in dreptul podetelor pot fi semnificativ mai mari;

schimbarile in structura sau in terenul de fundatie modifica semnificativ valorile deflexiunilor;

- golurile sub placile din beton cauzeaza cresterea deflexiunilor;

- gama variatiilor rigiditate/rezistenta a structurii, cauzate de compactarea neuniforma, proprietatile materialului, continutul de apa etc. determina o mare variatie a deflexiunilor in lungul unui drum, chiar daca masurarile au fost foarte apropiate. Coeficientul de variatie pentru aceste deflexiuni este in jur de 20 . 30 %, sau mai mari.

In paralel cu masuratorile de deflexiune un operator efectueaza inventarierea si masurarea degradarilor de suprafata. Acesta este capabil sa identifice pana la zece tipuri de degradari, cu trei niveluri diferite de gravitate, in functie de tipul suprafetei (beton asfaltic sau beton de ciment), pe care le inregistreaza automat pe un computer. Totodata sunt analizate conditiile de teren, scurgerea si evacuarea apelor de suprafata, caracteristicile geotehnice si hidroclimaterice ale zonei.

3.3. Factori climaterici

Sunt mai multi factori climaterici care pot afecta deflexiunile atat zilnic, cat si sezonier. Acestia trebuie luati in consideratie in proiectul de efectuare a masurarilor, dupa cum urmeaza:

- temperatura afecteaza foarte mult deflexiunile in imbracamintile bituminoase. Daca temperatura medie a structurii creste, creste si deflexiunea;

- temperatura influenteaza deflexiunile imbracamintilor rigide in apropierea rosturilor sau crapaturilor. La temperaturi ridicate placile se dilata cauzand blocarea rosturilor si crapaturilor. Se produc in felul acesta un transfer de sarcina la rost sau crapatura mai mare si deflexiuni mai mici;

- gradientul termic are o influenta semnificativa asupra deflexiunilor in apropierea rosturilor si a crapaturilor la imbracamintilor rigide. Dilatarea si contractia dalelor conduc la o diferenta foarte mare a deflexiunilor masurate. Masuratorile efectuate in timpul noptii sau dimineata, cand partea de sus a placii este mai rece decat partea de jos, vor conduce la deflexiuni mai mari la colturi si margini in comparatie cu masurarile facute dupa amiaza, cand partea de sus a placii este mult mai calda decat partea de jos;

- anotimpurile au de asemenea un efect foarte mare asupra deflexiunilor imbracamintilor bituminoase in diferitele zone climaterice:

in perioada de inghet structura este rigida;

deflexiunile incep sa creasca in perioada in care inghetul incepe sa dispara din sistemul structura/teren de fundare;

deflexiunile descresc rapid in perioada cand apa provenita din dezghet este eliminata din structura/fundatie si terenul incepe sa se usuce;

Din aceste motive este important sa fie luate in considerare deopotriva momentul zilei si anotimpul cand se efectueaza masurarea deflexiunilor, iar interpretarea lor sa tina cont de acestea. In general datele obtinute sunt corectate pentru o temperatura standard (20 °C).

4. Reguli generale privind investigatiile nedistructive

Investigatiile nedistructive in teren au in vedere masurarea temperaturii structurii rutiere in punctul de referinta, masurarea deflexiunilor in lungul traseului si daca este necesar efectuarea unor masuratori detaliate de deflexiune in locurile special stabilite.

Este recomandabil ca investigatiile sa se faca in timpul sezonului critic al anului ( de exemplu: primavara, in perioada de dezghet). Daca nu este posibil, trebuie aplicat deflexiunilor masurate un factor de corectie.

Nu vor fi executate masurari de deflexiune cand imbracamintea sau terenul de fundare sunt inghetate.

In efectuarea masurarilor nedistructive de deflexiune este necesar sa se masoare temperatura imbracamintei pentru a corecta deflexiunile sau modulii obtinuti, la temperatura standard. Masurarile se fac prin stabilirea catorva puncte de masurare pe imbracaminte. Masurarea deflexiunilor in aceste puncte incepe de dimineata foarte devreme si continua pana dupa amiaza tarziu. Temperaturile aerului si imbracamintei, si deflexiunile trebuie masurate la fiecare jumatate de ora sau o ora, iar rezultatele trebuie inregistrate. Amplasamentele selectate trebuie sa fie reprezentative pentru intreaga lungime a proiectului cum este spre exemplu urma rotilor, mijlocul placilor, colturi si rosturi..

De regula, deflexiunile trebuie masurate la intervale intre 20 si 200 m, diferentiat in functie de scopul investigatiei si de tipul de imbracaminte. Pentru drumurile cu mai multe benzi de circulatie este suficient sa se masoare numai banda exterioara sau banda pentru vehiculele grele, dar uneori este recomandabil sa se masoare toate benzile, pentru a interpreta mai bine procesul de degradare in profil transversal.

Pe drumurile cu doua benzi de circulatie, profilurile pe fiecare directie de mers trebuie facute in pozitii decalate. De exemplu: daca deflexiunile sunt masurate la distante de 50 m, pe o banda de circulatie pozitia lor va fi la km.24+000, 24+100, 24+200, s.a.m.d, iar pe cealalta banda vor fi amplasate la km.24+050, 24+150, 24+250, s.a.m.d.

Daca sunt necesare si alte informatii pentru a explica cauza sau a defini tipul degradarii (goluri, pierderea transferului, zone slabe) trebuie facut un program largit de investigatii de deflexiuni. Zonele speciale pentru investigare in detaliu trebuie stabilite precis pentru ca deflexiunile sa poata fi masurate la intervale mai mici (20 . 50 m.). Aceste investigatii trebuie corelate cu incercari de laborator, distructive, care pot fi efectuate in acelasi timp.

Bazinul de deflexiune este un profil al deflexiunilor masurate direct sub actiunea incarcarii si la distante cunoscute de la punctul de aplicare al incarcarii. Aceste deflexiuni pot fi reprezentate grafic pentru a determina forma bazinului de deflexiune, prin interpretarea caruia se poate evalua capabilitatea structurala a imbracamintei.

Transferul de sarcina la rost sau la crapatura poate fi masurat cu una sau doua metode de baza. Cand se foloseste o incarcare statica, aceasta este aplicata de o parte a rostului sau crapaturii si deflexiunea este masurata pe aceeasi parte folosind parghia Benkelmann. Apoi incarcarea este mutata pe partea cealalta a rostului sau crapaturii, dar parghia Benkelmann ramane in amplasamentul anterior (acum neincarcat ) pentru masurarea deflexiunii. Cand se foloseste incarcare prin impuls, rostul sau crapatura este cuprinsa intre doi deflectori, fiecare dintre acestia masurand deflexiunea in imediata vecinatate a rostului sau crapaturii, unul pe partea incarcata, celalalt pe partea neincarcata punand in evidenta transferul de sarcina la rost.

5. Interpretarea datelor

Prin analiza datelor colectate in teren, cunoscandu-se grosimea straturilor si starea de degradare, se pot determina modulii de elasticitate dinamici ai straturilor care alcatuiesc structura rutiera. De asemenea, analizele pot pune in evidenta durata de exploatare, in raport cu intensitatea traficului prevazuta pentru acel drum.

Majoritatea metodelor curente de interpretare a rezultatelor investigatiilor nedistructive, de evaluare a structurilor si de dimensionare a straturilor de ranforsare, sunt bazate pe relatii empirice. Intrucat legile empirice sunt dificil de generalizat pentru o gama extinsa de structuri, sarcini si conditii locale de mediu, unul din obiectivele principale ale cercetarilor in acest domeniu este de a reduce abordarea empirica.

In locul acesteia, structurile pot fi analizate prin calculul si comparatia tensiunilor si deformatiilor efective si admisibile, in punctele critice din structura, sub sarcina. Relatiile intre tensiunile si deformatiile admisibile si degradari vor ramane inca empirice, dar calculul poate fi facut analitic sau mecanic.

ELMOD 3 este un ansamblu de programe de calcul conceput pentru evaluarea modulilor straturilor si dimensionarea straturilor de ranforsare. Numele este un acronim: Evaluation of Layer Moduli and Overlay Design. Deoarece abordarea a implicat si metode analitico-mecanice ale evaluarii structurii, si o componenta empirica, intreaga procedura a fost numita metoda 'analitico-empirica'. Fisierele de date generate de FWD sunt folosite in mod direct in ansamblul de programe ELMOD.

Ansamblul de programe ELMOD, permite utilizatorului sa-si aleaga un set de parametri (metodologici, structurali, de proiectare etc.) ce vor fi utilizati in calculele efectuate.

Parametrii externi specifici din teren, constau din: grosimea straturilor, tipul materialelor si volumul traficului.

Grosimea straturilor poate fi obtinuta din cartea tehnica a lucrarilor, sondaje sau teste nedistructive. Sunt necesare cu rigurozitate grosimile tuturor straturilor precum si tipul materialelor, pentru a determina care modele de degradare sint relevante.

Este necesara de asemenea diferentierea intre suprafetele rigide si flexibile precum si a materialelor legate si nelegate care alcatuiesc structura rutiera.

Totodata, pentru a stabili durata de exploatare si a dimensiona straturile de ranforsare sunt necesare informatii privind volumul traficului.

Parametrii interni contin informatii in legatura cu degradarile si legile de dimensionare, precum si despre variatiile climaterice, starea de oboseala, etc.

Efectele climaterice sunt materializate utilizand maximum 12 perioade corespunzatoare variatiilor sezonale, fiecare implicand caracteristici specifice ale materialului. Pot fi tratate ambele situatii: inghet-dezghet si umed-uscat.

Programul de calcul ELMOD este bazat pe metoda 'Boussinesq - Odemark': metoda Odemark transforma straturile cu rigiditati diferite intr-un singur strat omogen, semi infinit, iar ecuatiile modificate Boussinnesq, sunt folosite pentru a calcula deflexiunile, eforturile si deformatiile rezultate dintr-o distributie de sarcina uniforma.

Programul calculeaza modulii fiecarui strat intr-un sistem de 2, 3 sau 4 straturi, folosind grosimile straturilor si bazinul de deflexiune masurat, interpretand citirile de deflexiune cele mai indepartate de centru, pentru a estima orice neliniaritate existenta, sau a localiza stratul dur din fundatie.

Metoda de interpretare a rezultatelor investigatiilor nedistructive, de evaluare a structurilor si de dimensionare a straturilor de ranforsare, este aplicata in fiecare punct de testare.

Pentru a realiza corespondenta intre calcule si conditiile din teren in momentul testarii, acestea sunt corectate potrivit parametrilor standard de dimensionare. Pentru corectie sunt avute in vedere pana la 12 categorii de conditii climaterice. Modulul stratului asfaltic este corectat in raport cu temperatura, iar modulul straturilor nelegate este corectat in concordanta cu fluctuatiile sezonale de umiditate.

Tensiunile si deformatiile critice ale fiecarui strat sunt calculate apoi pentru sarcina pe roata standard. In final, folosind legea lui Miner, sunt insumate pentru conditiile climaterice ale perioadei de perspectiva, toate degradarile functionale (denivelari si fagase) si structurale (fisurari la oboseala, etc.).

Un avantaj important al metodelor de dimensionare bazate pe analiza structurala, fata de multe metode empirice, este acela ca pot fi folosite pentru orice tip de material si structura, si in orice conditii climaterice, pe cand cele din urma pot fi folosite doar in acele conditii pentru care au fost stabilite relatiile empirice. De aceea, cele mai multe eforturi in cercetarea structurilor au fost concentrate pentru diversificarea si perfectionarea metodelor analitice.

Dupa efectuarea calculului duratei de exploatare, pentru fiecare punct de testare, se examineaza daca aceasta a rezultat mai mica decit durata impusa. Se stabilesc astfel, pe baza grafica, sectoarele de drum care s-au declasat, punandu-se la indemana administratorului un instrument obiectiv de apreciere directa a starii in care se gaseste drumul la un moment dat.

In final, dimensionarea solutiei de ranforsare, ia in consideratie, in raport direct, tipul de material, agresivitatea traficului, precum si durata de exploatare impusa.

Administratorul are in acest moment, bazat pe starea si conditiile in care se gaseste structura rutiera a drumului analizat, solutia de readucere a drumului la nivelul cerut de solicitarea mereu in evolutie si permanent agresiva, a traficului rutier.