Florin BELC Gheorghe LUCACI

CI DE COMUNICAIE TERESTRE. ELEMENTE DE CONSTRUCIE

3

CUPRINS

1. MATERIALE PENTRU CI DE COMUNICAIE TERESTRE ... 17 1.1. Agregate naturale 17 1.1.1. Agregate naturale de balastier 17 1.1.2. Agregate naturale i piatr prelucrat .. 17 1.1.2.1. Piatr prelucrat pentru drumuri 18 1.1.2.2. Agregate naturale sfrmate artificial . 20 1.2. Filerul . 21 1.3. Liani .. 23 1.3.1. Liani minerali 24 1.3.1.1. Cimentul ..... 24 1.3.1.2. Varul ... 24 1.3.2. Liani puzzolanici 25 1.3.2.1. Cenua de termocentral ..... 36 1.3.2.2. Zgura de furnal nalt ............ 38 1.3.2.3. Tuful vulcanic ...... 39 1.3.2.4. Liani cu fosfogips .. 30 1.3.3. Liani hidrocarbonai ... 30 1.3.3.1. Caracteristici n legtur cu consistena ... 32 1.3.3.2. Caracteristici n legtur cu plasticitatea ..... 34 1.3.3.3. Caracteristici n legtur cu adezivitatea ..... 35 1.3.3.4. Tipuri de liani hidrocarbonai ... . 37 1.3.4. Derivai ai lianilor hidrocarbonai .. 37 1.3.4.1. Amestecuri gudron bitum ......... 40 1.3.4.2. Bitum fluxat . 40 1.3.4.3. Bitum tiat 40 1.3.4.4. Emulsii bituminoase . 40 1.3.5. Liani micti (Stabicolul) . 43

2. INFRASTRUCTURA CILOR DE COMUNICAIE TERESTRE ... 45

4

2.1. Profiluri transversale ale terasamentelor 45 2.2. Execuia terasamentelor .. 49 2.2.1. Lucrri pregtitoare .... 49 2.2.1.1. Verificarea i restabilirea traseului .. 49 2.2.1.2. Curarea terenului ... 50 2.2.1.3. Asanarea zonei cii de comunicaie terestre 50 2.2.1.4. Decaparea stratului vegetal . 51 2.2.1.5. Pichetarea amprizei . 51 2.2.1.6. Amenajarea drumurilor de acces . 52 2.2.2. Lucrri de baz .. 53 2.2.2.1. Sparea pmntului . 53 2.2.2.2. ncrcarea, transportul i nivelarea pmntului .. 59 2.2.2.3. Compactarea terasamentelor .. 59 2.2.2.4. Determinarea grosimii stratului .. 69 2.2.3. Lucrri de finisare .. 70 2.3. Stratul de form i stratul de repartiie ... 70 2.4. Consolidarea i protejarea terasamentelor .. 71 2.4.1. Lucrri de consolidare a taluzurilor .... 72 2.4.2. Lucrri de protecie ... 73 2.4.3. Lucrri de aprare .. 74 2.4.4. Sprijinirea terasamentelor ... 79 2.4.4.1. Ziduri de sprijin de greutate . 80 2.4.4.2. Ziduri de sprijin din beton armat 81 2.4.4.3. Sprijiniri cu pmnt armat . 83

3. SUPRASTRUCTURA DRUMURILOR ... 85 3.1. Clasificarea structurilor rutiere ... 85 3.2. Rolul straturilor rutiere ... 89 3.3. Tratamente bituminoase . 92 3.3.1. Clasificarea tratamentelor bituminoase ... 92 3.3.2. Execuia tratamentelor bituminoase 93 3.4. Straturi rutiere de fundaie .. 95 3.4.1. Condiii tehnice pentru straturile rutiere de fundaie .. 95 3.4.2. Execuia straturilor rutiere de fundaie ... 99 3.4.2.1. Straturi de fundaie din balast .......... 99 3.4.2.2. Straturi de fundaie din piatr spart 99 3.4.2.3. Straturi de fundaie din piatr spart amestec

optimal 100

3.4.2.4. Straturi de fundaie din blocaj de piatr brut ....... 100 3.4.2.5. Straturi de fundaie din pietruiri vechi 100

5

3.4.2.6. Compactarea straturilor de fundaie nestabilizate 101 3.4.2.7. Straturi de fundaie din pmnturi stabilizate

mecanic . 102

3.4.2.8. Straturi de fundaie din agreagte naturale stabilizate cu ciment sau cu liani puzzolanici 103

3.5. Straturi de baz ... 109 3.5.1. Macadam 110 3.5.2. Macadam penetrat cu bitum ... 113 3.5.3. Macadam semipenetrat cu bitum 115 3.5.4. Macadam penetrat cu emulsie bituminoas 115 3.6. mbrcmini rutiere 118 3.7. Mixturi asfaltice .. 120 3.7.1. Clasificarea mixturilor asfaltice .. 121 3.7.2. Producerea mixturilor asfaltice ... 125 3.7.2.1. Fabrici pentru producerea mixturilor asfaltice . 125 3.7.2.2. Prepararea mixturilor asfaltice . 127 3.7.2.3. Transportul, aternerea i compactatrea .. 130 3.8. Betoane de ciment rutiere ... 134 3.8.1. Materiale utilizate ... 134 3.8.2. Clasificarea betoanelor de ciment rutiere 136 3.8.3. Producerea betoanelor de ciment ... 137 3.8.3.1. Centrale pentru producerea betonului de ciment.. 137 3.8.3.2. Prepararea betonului de ciment 139 3.8.4. Execuia mbrcminilor din beton de ciment 140 3.8.4.1. Pregtirea stratului suport 140 3.8.4.2. Transportul betonului de ciment .. 141 3.8.4.3. Aternerea i compactarea betonului de ciment 142 3.8.4.4. Finisarea, tratarea i protejarea ulterioar a

suprafeei stratului din beton de ciment

146 3.8.4.5. Exectarea rosturilor ........ 148 3.8.4.6. Condiii de calitate .. 152

4. SUPRASTRUCTURA CII FERATE . 153 4.1. Elementele suprastructurii cii ferate . 153 4.1.1. ina de cale ferat ... 154 4.1.2. Traversele de cale ferat . 155 4.1.3. Materialul mrunt de cale ... 157 4.1.4. Prisma cii .. 161 4.1.5. Aparate de cale ... 162 4.1.6. Staii i triaje de cale ferat 163

6

4.2. Tehnologii de construcie i ntreinere .. 166 4.2.1. Executarea suprastructurii din panouri prefabricate ... 166 4.2.2. Executarea suprastructurii prin montarea cii in situ . 168 4.2.3. Refacia cii ferate .. 168

5. LUCRRI ANEXE ... 173 5.1. Stlpi de dirijare . 173 5.2 Parapete ... 175 5.3. Borne kilometrice i hectometrice .. 178 5.4. Plantaii ... 180 5.5 Benzi suplimentare pentru traficul lent 181 5.6. Staii pentru autobuz .. 182 5.7. Locuri de parcare 182 5.7.1. Locuri de parcare ntre localiti 182 5.7.2. Locuri de parcare n localiti (parcaje) . 183 5.7.2.1. Clasificarea parcajelor ........ 183 5.7.2.2. Calculul locurilor de parcare .. 184 5.7.2.3. Amplasarea parcajelor la sol 186 5.8. Treceri la nivel cu calea ferat 189 5.9. Intersecii de drumuri la acelai nivel . 191 5.9.1. Principii de amenajare . 191 5.9.2. Detalii constructive .. 192 BIBLIOGRAFIE ... 198

7

1. MATERIALE PENTRU CI DE COMUNICAIE TERESTRE

La construcia, reabilitarea i ntreinerea cilor de comunicaie terestre se utilizeaz mari cantiti de materiale de mas (pmnt, agregate naturale, inclusiv filer, i liani). Se remarc ns faptul c diversitatea lor este restrns. Pentru buna comprehensiune a tehnologiilor utilizate la construcia i ntreinerea cilor de comunicaie terestre este necesar o succint prezentare a caracteristicilor agregatelor naturale, ale filerului i lianilor care se utilizeaz preponderent n acest domeniu de activitate.

1.1. Agregate naturale Agregatele naturale sunt materiale granulare de origine mineral, provenind din sfrmarea natural sau artificial a rocilor. Acestea reprezint aproximativ 85 % din masa total a structurii rutiere, ceea ce echivaleaz cu 5075 % din valoarea suprastructurii. Se menioneaz n continuare cteva noiuni legate de caracteristicile tehnice i de principiile de ncercare ale agregatelor naturale n laborator. Granulozitatea reprezint compoziia procentual a diferitelor sorturi (elementare sau granulare) care alctuiesc agregatul natural. Sortul elementar (dmin - dmax) reprezint agregatele care la cernere rmn ntre dou site sau ciururi consecutive din seria standardizat. Sortul (dmin - dmax) reprezint agregatele obinute n cadrul operaiei de sortare, coninnd unul sau mai multe sorturi elementare succesive (cnd dmin este mai mic de 1 mm, sortul se noteaz 0 - dmax). Granulozitatea agregatelor naturale trebuie s ndeplineasc anumite condiii de admisibilitate. De exemplu, condiiile impuse pentru agregatele naturale de balastier sunt precizate n tabelul 1.1. Influena granulozitii asupra calitii agregatelor naturale se concretizeaz prin urmtorii factori:

- coninutul de pri fine; - dimensiunea maxim a granulelor; - forma curbei de granulozitate.

8

Tabelul 1.1 Condiii de admisibilitate pentru sortul: Caracteristica

dmin - dmax 0 - dmax Rest pe ciurul cu dimensiunea imediat superioar lui dmax, %, max.

0 0

Rest pe ciurul cu dimensiunea ochiurilor dmax, %, max.

10 10

Treceri prin ciurul cu dimensiunea ochiurilor dmin, %, max.

10

Treceri prin ciurul cu dimensiunea ochiurilor imediat inferioar lui dmin: - pentru dmin 7,1 mm, %, max. - pentru dmin = 3,15 mm, %, max.

3 5

Dac procentajul de pri fine este prea mic, materialul se compacteaz foarte greu, volumul de goluri remanent fiind mare. Dac coninutul de pri fine este prea mare, este necesar o umezire important la compactare. Coninutul de pri fine din agregatele naturale se determin ca diferena dintre masa iniial a probei i cea rezultat dup separarea prin splare a particulelor cu dimensiuni mai mici dect ochiurile unei site standardizate (pe sita de 0,09 mm pentru cribluri i de 0,63 mm pentru pietri). Dimensiunea maxim a granulelor joac un rol important, deoarece ea condiioneaz grosimea stratului rutier. Segregarea este fenomenul de separare a granulelor dup mrime, care conduce la neomogeniti ce prejudiciaz stabilitatea stratului rutier. Aspectul cel mai cunoscut al fenomenului de segregare este acumularea granulelor mari la baza grmezilor formate prin descrcarea autobasculantelor sau a altor mijloace de transport. Segregarea poate s apar i n cazul compactrii. n acest caz, se constat uneori segregarea, fie prin urcarea granulelor de dimensiuni mai reduse, fie prin coborrea lor, dup cum acestea reprezint un procentaj prea mare, respectiv prea mic din masa agregatului total. Umiditatea permite reducerea segregrii, prin aderena granulelor fine la cele grosiere. La reducerea fenomenului de segregare o mare importan are i limitarea dimensiunii superioare a granulelor agregatului natural total la o valoare mai mic. Forma curbei de granulozitate influeneaz posibilitile de compactare, segregarea i ndesarea materialului compactat. Cu ct contactele ntre granule sunt mai numeroase, cu att stratul rutier este mai compact i mai stabil. Comportarea cea mai bun se obine pentru agregatele naturale cu curbe de granulozitate continue. n acest sens, s-a cutat definirea unei curbe de granulozitate ideale, sau a unei zone n interiorul creia curba de granulozitate a materialului s fie situat n permanen pentru a corespunde domeniilor de utilizare din sectorul rutier. Majoritatea cercetrilor ntreprinse n acest domeniu au adoptat ca punct de plecare o form analitic simpl (relaia lui Talbot) pentru curba de granulozitate, i anume:

p dD

n

100=

(1.1)

n care:

9

D este dimensiunea maxim a granulelor, n mm; p - procentajul granulelor care trec prin ciurul cu ochiuri de diametrul d, dat n mm. Pentru n = 0,5, ecuaia lui Talbot se situeaz ntr-un caz particular, care poart denumirea de ecuaia lui Fuller. Se recomand ca valoarea lui n s fie cuprins ntre 0,35 i 0,50, pentru a se obine amestecuri ce se pot compacta n condiii bune i care nu manifest fenomenul de segregare. Dac forma curbei de granulozitate se ndeprteaz de forma ideal, rezult diferite inconveniente n comportarea materialului, dintre care se menioneaz urmtoarele (fig. 1.1):

- o curb foarte orizontal n partea sa superioar (fig. 2.1, A) indic o granulozitate a elementelor grosiere foarte etalat, care conduce la apariia fenomenului de segregare la punerea n oper i la o compactare dificil;

- n cazul unei curbe relativ verticale n partea sa superioar (fig. 2.1, B), granulozitatea elementelor grosiere este restrns, ceea ce conduce la ngreunarea compactrii, realizarea unei compactiti insuficiente, atriie puternic i permeabilitate excesiv;

Fig. 1.1. Influena abaterilor unei curbe de granulozitate n raport cu zona de granulozitate de referin.

10

- dac din curba de granulozitate rezult un minus de nisip grosier i un excedent de nisip fin (fig. 2.1, C), se poate trage concluzia c materialul se compacteaz dificil, iar stratul rutier va fi instabil i deformabil;

- excedentul de pri fine (fig. 2.1, D) arat c gelivitatea i sensibilitatea la ap a materialului sunt ridicate;

- o curb atestnd o lips a prilor fine (fig. 2.1, E) indic o compactare dificil, decompactarea producndu-se uor sub efectul traficului sau al secetei. Se menioneaz faptul c, n exploatare, sub efectul forelor dinamice datorate traficului i n special traficului greu, agregatele naturale pot suferi diverse modificri de granulozitate, prin spargerea acestora, atriie i o rearanjare a granulelor. Deci, este posibil s se schimbe ntr-o oarecare msur forma curbei de granulozitate, fenomen care este mai evident n cazul agregatelor naturale cu o duritate redus i n situaia drumurilor pietruite. Dup granulozitate agregatele naturale se pot clasifica astfel:

- cu granulozitate continu, n care se gsesc toate sorturile elementare; - cu granulozitate discontinu, la care lipsesc unul sau mai multe sorturi

elementare; - monogranulare, la care granulele au aceeai mrime sau sunt cuprinse ntre dou

limite de granulozitate apropiate. De asemenea, se menioneaz n literatura de specialitate clasificarea urmtoare:

- granulozitate etalat, dac D15/D85 > 20 (granulele agregatului total se grupeaz pe o suit lung de site sau ciururi succesive);

- granulozitate restrns, dac D15/D85 = 2,55 (granulele agregatului total se grupeaz ntre ciururi apropiate).

D15, respectiv D85 sunt dimensiunile ciururilor care rein 15 %, respectiv 85 % din masa materialului. Cu ct agregatul natural este mai neuniform, cu att este favorizat aranjarea granulelor n timpul punerii n oper i obinerea unei compactiti corespunztoare. Punerea n eviden se efectueaz prin calcularea coeficientului de neuniformitate, cu relaia urmtoare:

Uddn

=60

10 [-] (1.2)

n care: d60 (d10) este diametrul ochiului ciurului sau latura ochiului sitei prin care trec 60 % (10 %) dintre granulele din masa probei analizate pentru verificarea granulozitii, determinat de pe curba de granulozitate, n mm; Condiia de filtru invers pentru agregatele naturale se verific tot cu ajutorul curbei de granulozitate, prin inegalitatea: d15 < 5d 85 (1.3) n care: d15 (d85) reprezint diametrul ochiului ciurului sau latura ochiului sitei prin care trec 15 % (85 %) din masa probei analizate (material granular pentru d15 i pmnt acvifer pentru d85), determinat de pe curba de granulozitate, n mm. Pentru agregatele naturale utilizate n straturi sau substraturi de fundaie, se verific nlimea capilar. nlimea capilar este nivelul maxim pn la care se ridic

11

apa prin capilaritate n porii materialului, deasupra nivelului apelor subterane. Este necesar ca grosimea stratului rutier de fundaie s fie mai mare dect nlimea capilar. Forma granulelor se caracterizeaz prin media valorilor rapoartelor b/a i c/a, n care a este lungimea, b este limea i c este grosimea granulelor supuse ncercrii. De asemenea, forma granulelor poate fi apreciat prin determinarea coeficientului de form egal cu suma procentajului de granule plate i a procentajului de granule aciculare din masa agregatului natural analizat. ncercarea se efectueaz cu ajutorul ublerului modificat. Pentru agregatele naturale obinute prin concasare, este interesant s se determine i urmtoarele caracteristici de care se leag comportarea n exploatare a stratului rutier executat:

- gradul de spargere reprezint procentajul de granule cu peste 80 % suprafa rezultat prin spargere, din cantitatea total de granule ale materialului, i se determin pe sorturile dmin - dmax, la care dmin 7,1 mm;

- indicele de concasaj reprezint procentajul de granule provenite din concasarea fraciunilor mai mari dect dmax din materialul iniial i caracterizeaz sorturile 0 - dmax. Este deosebit de important, pentru a se putea executa lucrri de bun calitate, s se respecte o serie de condiii tehnice legate de curenia materialelor de mas care intr n componena straturilor rutiere. n acest sens se verific coninutul de impuriti (corpuri strine, humus, mic liber, crbune i sulfai) i pri levigabile din agregatele naturale utilizate la lucrrile de drumuri. Echivalentul de nisip (EN) este caracteristica agregatului natural care pune n eviden proporia de pri fine argiloase din nisip, prin separarea prilor silicioase de fraciunea fin argiloas, prin splare energic i sedimentarea materialului cu ajutorul unei soluii foarte active (clorur de calciu). Calculul se efectueaz cu relaia urmtoare:

ENhh

=2

1100

[%] (1.4)

n care: h2 este nivelul superior al granulelor sedimentate, n mm; h1 - nivelul superior al suspensiei de argil, n mm. Prin coeficientul de activitate al nisipului de concasaj se pune n eviden proporia de pri fine nealterate din nisipul de concasaj. Pentru aceasta, prile fine argiloase alterate sunt aduse n suspensie ntr-o soluie de silicat de sodiu, dup care se determin echivalentul de nisip al materialului lipsit de fraciunea argiloas, numit, n acest caz, echivalent de nisip modificat (ENM). Pentru calculul coeficientului de activitate, se aplic relaia urmtoare:

Fig. 1.2. Determinarea echivalentului de nisip.

12

CA ENMEN

= [-] (1.5)

n care:

100xhhENM

2

1

= [%] (1.6)

unde:

'

1h este nivelul superior al suspensiei de pri fine, nealterate, n mm;

'

2h - nivelul superior al nisipului, n mm. Dintre caracteristicile care depind de natura i calitatea rocii din care provine agregatul natural, se mai menioneaz urmtoarele:

- rezistena la sfrmare a pietrei sparte n stare natural, care se determin pe fraciunea 31,550,0 mm. Proba de agregat natural saturat se introduce ntr-un cilindru cu piston standardizat, care se ncarc cu o pres hidraulic pn la o for de 400 kN. Rezistena la sfrmare se calculeaz astfel:

Rm

msa =

1 100 [%] (1.7)

n care: m1 este masa materialului rmas pe ciurul cu ochiuri rotunde de 10 mm, dup efectuarea ncercrii, n g; m - masa iniial a probei, n g;

- rezistena la sfrmare prin oc mecanic a pietrei sparte n stare uscat, care se determin pe fraciunea 31,550,0 mm cu ciocanul Fppl. Proba se introduce n cilindrul de oel al aparatului, dup care se aaz pistonul normat i se aplic asupra sa 20 de lovituri cu berbecul de 50 kg, de la 500 mm nlime. Calculul rezistenei la sfrmare prin oc se efectueaz cu relaia urmtoare:

Rm

ms =

1 100 [%] (1.8)

n care: m1 este masa agregatului natural rmas pe ciurul cu ochiuri de 10 mm, dup efectuarea ncercrii, n g; m - masa iniial a probei, n g;

- uzura cu maina Los Angeles, care se determin pe probe standardizate, funcie de sortul analizat. ncercarea se efectueaz cu aparatul prezentat n fig. 1.3. Proba de material uscat este introdus ntr-un cilindru de oel (diametrul de 711 mm i lungimea de 508 mm), mpreun cu o ncrctur abraziv cu masa corespunztoare sortului testat, i este supus uzurii prin frecare timp de 5001 000 rotaii (funcie de sort) ale cilindrului, cu o vitez constant de 3033 rotaii/minut. Uzura Los Angeles se determin cu relaia urmtoare:

LAm m

m=

1 2

1100 [%] (1.9)

n care:

13

m1 este masa iniial a probei, n g; m2 - masa restului pe ciurul de 1,6 mm, dup splare i uscare, n g;

- uzura cu maina Deval, determinat pe 100 granule din sortul 31-50, care se introduc n numr egal (50 buci) n cei doi cilindri ai aparatului (fig. 1.4). Uzura de datoreaz frecrii granulelor ntre ele i mai puin frecrii cu suprafaa neted a pereilor aparatului, pe durata a 10 000 rotaii (3034 rotaii/minut). Uzura cu maina tip Deval Ud se calculeaz cu relaia (1.9), n care m2 este masa restului pe ciurul de 2 mm, dup splarea i uscarea materialului ncercat. Evaluarea rezultatelor se face prin calculul

coeficientului de calitate, determinat cu relaia:

CUc d

=

40 [-] (1.10)

n care: Ud are semnificaia sus-menionat, n %;

- rezistena la nghe-dezghe, stabilit prin determinarea pierderii de mas (coeficient de gelivitate g) sau creterii uzurii Los Angeles (sensibilitate la nghe gl), fa de caracteristicile iniiale, pentru agregatul natural supus la 25 sau 50 cicluri de nghe-dezghe.

Un ciclu de nghe-dezghe const n meninerea probei saturate timp de 4 h la temperatura de -15-19 oC, urmat de pstrarea

acesteia timp de 4 h n ap la temperatura de 1525 oC. n general, agregatele naturale pentru drumuri trebuie s provin din roci stabile, adic nealterabile la aer, ap sau nghe. Nu se admit agregate naturale din roci feldspatice sau istoase i nici din roci care conin corpuri strine vizibile. Ca aspect, se examineaz dac agregatele naturale sunt pmntoase (cnd conin argil, granulele se lipesc ntre ele i luate n mn nu curg uor printre degete), dac sunt

Fig. 1.3. Aparat Los Angeles.

Fig. 1.4. Aparat Deval.

14

sau nu aspre i dac au sau nu muchii vii. Pentru granule cu dmin 7,1 mm se va observa dac roca din care provin este omogen i dac prezint stratificaii. Agregatele naturale provenite prin sfrmarea natural a rocilor sunt denumite agregate naturale de balastier, iar cele provenite din sfrmarea manual sau mecanic a bolovanilor sau a pietrei brute de carier, formeaz grupa agregatelor naturale i a pietrei prelucrate pentru drumuri. n tabelul 1.2 este prezentat sintetic clasificarea agregatelor naturale pentru drumuri.

1.1.1. Agregate naturale de balastier Agregatele naturale de balastier (nisip, pietri, balast) pot fi neprelucrate sau prelucrate prin splare, sortare, concasare (pentru corecia granulozitii), conform necesitilor impuse de lucrrile la care urmeaz a fi utilizate. Ele se gsesc n albiile rurilor, n balastiere i n unele depozite naturale izolate. Agregatele naturale de balastier servesc la executarea mbrcminilor, a straturilor de fundaie i de baz din alctuirea structurilor rutiere, precum i la executarea pietruirilor. De asemenea, se folosesc la prepararea betoanelor i a mortarelor de ciment utilizate la lucrrile de ncadrare a mbrcminilor, de protejare a taluzurilor i dispozitivelor de scurgere a apelor de suprafa, precum i la executarea lucrrilor de art (poduri, viaducte, tuneluri, ziduri de sprijin etc.). Caracteristicile care se testeaz pentru fiecare categorie i sort de agregat natural, att pentru verificrile de lot ct i pentru cele periodice, sunt menionate n tabelul 1.3. Verificarea calitii agregatelor naturale se face pe loturi constituite din acelai fel de agregat i sort de max. 200 t pentru materiale cu dmax 7,1 mm i de max. 400 t pentru materiale cu dmax > 7,1 mm, prin verificri de lot i verificri periodice.

Verificrile periodice se efectueaz la intervale de maximum doi ani pentru exploatrile cu o producie anual mai mic de 400 000 m3 i la intervale de maximum un an pentru celelalte exploatri. Prelevarea probelor pentru verificrile de lot are ca scop formarea unei probe alctuite din cel puin cinci probe elementare, luate din locuri diferite (dac materialul este ncrcat direct n mijloacele de transport), astfel nct s se obin o prob ct mai reprezentativ. Pentru efectuarea verificrilor periodice se formeaz o prob alctuit din cel puin 20 probe elementare prelevate din locuri diferite, din toat grosimea stratului de material dup decapare.

Pentru prelevarea probelor elementare se sap materialul pe toat adncimea de exploatare, iar punctele de prelevare trebuie astfel alese nct s cuprind ntreaga zon i s asigure obinerea unei probe reprezentative. Mrimea probelor elementare se alege astfel nct suma acestora s fie egal cu cel puin de patru ori proba medie obinut prin metoda sferturilor, care trebuie s fie:

- pentru verificrile periodice: 25 kg pentru nisip, 150 kg pentru pietri i 200 kg pentru balast;

- pentru verificrile de lot: 20 kg pentru nisip, 100 kg pentru pietri i 150 kg pentru balast.

15

16

Tabelul 1.3 Caracteristica Nisip Pietri Balast

Natura petrografic i mineralogic da da da Coninutul de fraciuni sub 0,02 mm da - da Granulozitatea da1) da1) da1) Coeficientul de neuniformitate da - da Condiia de filtru invers da1) - - Coninutul de impuriti - corpuri strine da1) da1) - - humus da - - - mic liber da - -

- crbune da - - - sulfai da - -

Coninutul de fraciuni sub 0,63 mm - da - Prile levigabile da1) da1) - Echivalentul de nisip da1) - da1) Coeficientul de permeabilitate da - da nlimea capilar - - da Forma granulelor - valori medii b/a i c/a - da - - coninut de granule plate i aciculare - da1) - Gradul de spargere - da2) da2) Indicele de concasaj - - da2) Rezistena la strivire a agregatelor n stare saturat

- da -

Rezistena la nghe-dezghe - da - Uzura cu maina Los Angeles (LA) - da da

1) verificri de lot; 2) verificri de lot care se efectueaz numai dac agregatele naturale sunt obinute prin concasare.

Condiiile tehnice de calitate pe care trebuie s le ndeplineasc agregatele naturale de balastier sunt stabilite n funcie de natura lucrrilor la care urmeaz s fie folosite i sunt prezentate succint n continuare. Nisipul este agregatul natural de balastier, neprelucrat sau prelucrat prin sortare i splare, cu granulozitate 07,1 mm. Sorturile de livrare sunt: 03; 37 i 07. Nisipul se folosete n principal pentru executarea straturilor rutiere izolatoare i din nisip stabilizat cu ciment sau cu liani puzzolanici, pentru realizarea macadamurilor i a pavajelor, pentru prepararea mixturilor asfaltice i a betoanelor de ciment i pentru realizarea stratului de repartiie la cile ferate. Pietriul este agregatul natural de balastier cu granulozitatea 7,171,0 mm, selecionat n sorturi i caliti dup domeniul de utilizare. Sorturile folosite sunt: 716; 731; 740; 1631 i 1640. Pietriul 716 este denumit i mrgritar. Pietriul este folosit la executarea straturilor rutiere prin stabilizare cu ciment sau cu liani puzzolanici, pentru prepararea betoanelor de ciment i a mixturilor asfaltice etc. n anumite condiii, pietriul poate fi folosit la realizarea prismei cii.

17

Balastul este agregatul natural de balastier constituit dintr-un amestec de nisip i pietri cu granulozitatea 071 mm. Sor tur i le de l ivrare sunt 0 16; 0 20; 0 31; 0 40 i 0 71. Balastul se folosete n special pentru executarea straturilor rutiere de fundaie, anticapilare, izolatoare i din balast stabilizat cu ciment sau cu liani puzzolanici, pentru prepararea mixturilor asfaltice i a betoanelor de ciment, pentru ntreinerea drumurilor pietruite etc. Bolovanii au forme rotunjite, cu dimensiunile cuprinse ntre 71 i 160 mm. Ei se pot folosi la executarea fundaiilor rutiere, la ncadrarea mbrcminilor rutiere, la ziduri de sprijin sau la producerea pietrei sparte prin concasare. Fiecare tip de agregat natural, funcie de lucrarea la care urmeaz a fi utilizat, trebuie s respecte anumite condiii de calitate bine determinate prin normele i standardele n vigoare

1.1.2. Agregate naturale i piatr prelucrat n categoria agregatelor naturale i a pietrei prelucrate pentru drumuri se ncadreaz materialele de origine mineral obinute prin extragerea i prelucrarea rocilor din zcminte masive, sub form de agregate naturale sfrmate artificial i piatr prelucrat (fasonat) pentru pavaje, n formele i dimensiunile necesare lucrrilor rutiere. Produsele de pia tr na tural folosite la lucrrile de ci de comunicaie terestre provin n mod obinuit din:

- roci magmatice: granite, granodiorite, riolite, dacite, trahite, diorite, andezite, gabbrouri, bazalte, diabaze, dolerite, melafire;

- roci metamorfice: gnaise, amfibolite, cuarite, calcare cristaline; - roci sedimentare: calcare, gresii calcaroase, gresii cuaroase.

Din punct de vedere chimic, clasificarea rocilor se face n funcie de coninutul de bioxid de siliciu (SiO2), dup cum urmeaz:

- roci acide, cu un coninut de 6575 % SiO2; - roci neutre, cu un coninut de 5065 % SiO2; - roci bazice, cu un coninut de 4050 % SiO2.

n cazul folosirii agregatelor acide la prepararea mixturilor asfaltice, pentru mbuntirea adezivitii se utilizeaz substane tensioactive. Adezivitatea bitumului la rocile bazice este foarte bun, motiv pentru care acestea se folosesc cu precdere la prepararea mixturilor asfaltice.

n scopul realizrii lucrrilor de ci de comunicaie terestre de bun calitate, rocile utilizate pentru obinerea produselor de carier trebuie s aib urmtoarele caracteristici petrografice:

s fie omogene n ceea ce privete culoarea i compoziia mineralogic; s nu prezinte urme vizibile de degradare fizic sau chimic; s nu conin pirit, limonit sau sruri solubile; s nu conin silice microcristalin sau amorf, care s reacioneze cu

alcaliile din cimenturi. De asemenea, fiecare roc trebuie s ndeplineasc anumite condiii legate de

caracteristicile fizico-mecanice, funcie de tipul produsului care se urmrete a se obine. De exemplu la drumuri i strzi, clasa rocii din care a fost produs materialul

(tabelul 1.4), alturi de clasa tehnic a drumului sau de categoria strzii pe care urmeaz s

18

se ut i l izeze materialul respectiv, sunt determinante pentru stabilirea domeniului de aplicabilitate al unui anumit agregat natural. Astfel, pavelele i calupurile pentru ncadrarea mbrcminilor vor fi obinute din roci de clas B (cel puin), criblurile i nisipul de concasaj din roci de clas B sau C (funcie de clasa tehnic a drumului sau categoria strzii), piatra spart, funcie de natura lucrrii i importana drumului pe care urmeaz s se foloseasc, din roci de categoria BE, piatra brut pentru pereuri i fundaii cel puin din roci de categoria E, piatra prelucrat pentru pavaje din roci de categoria A sau B etc.

Tabelul 1.4 Clasa rocii Caracteristica

A B C D E Porozitatea aparent la presiune normal, %, max. 3 5 8 10 10

Rezistena la compresiune, n stare uscat, N/mm2, min. 150 130 120 100 80

Uzura cu maina Los Angeles, pe sortul 40 63, %, max. 18 20 22 25 30

Coeficientul de calitate, min 10 9 8 7 6 Rezistena la nghe-dezghe: Coeficient de gelivitate (g25), %, max. Sensibilitate la nghe (L25), %, max.

3 25

3 25

3 25

3 25

3 25

Calitatea agregatelor naturale sfrmate artificial i a pietrei prelucrate pentru pavaje se stabilete prin verificri periodice (la cantiti similare cu cele prevzute pentru agregatele naturale de balastier) i verificri de lot. Verificrile de lot se fac pe loturi de max. 2 000 t pentru piatra brut, max. 1 000 t pentru fiecare sort de criblur, pentru nisipul de concasaj i pentru fiecare sortiment de piatr prelucrat. Verificrile periodice presupun efectuarea tuturor ncercrilor prevzute n tabelul 1.5 n timp ce pentru ver if icr ile de lot se efectueaz doar ncercrile 1925 din tabelul 1.5.

Prelevarea probelor pentru verificrille periodice sau de lot pe agregate naturale sfrmate artificial se face din cinci puncte ale lotului supus verificrii, alese aleator. Mrimea probelor elementare se alege astfel nct suma acestora s fie egal cu cel puin de patru ori proba medie obinut prin metoda sferturilor, care trebuie s fie:

- pentru verificr i le per iodice: 75 kg dac dmax 8 mm, 130 kg dac dmax 25 mm i 250 kg dac dmax 90 mm;

- pentru verificrile de lot: 20 kg dac dmax 8 mm, 75 kg dac dmax 25 mm i 115 kg dac dmax 90 mm.

Dac la prima verificare se obin rezultate necorespunztoare, verificarea se repet pe o prob de aceeai mrime. Dac i n acest caz se obin rezultate necorespunztoare, lotul se respinge i se iau msuri de mbuntire a calitii.

1.1.2.1. Piatr prelucrat pentru drumuri Sub form fasonat sau cioplit, carierele livreaz produse de diferite tipuri i dimensiuni, cioplite regulat pe toate feele sau cel puin pe cinci fee.

19

Tabelul 1.5 Agregate naturale sfrmate

artificial: Nr. crt. Caracteristica Roca piatr

brut piatr spart

cri-bluri

nisip de concasaj

Piatr Prelu-crat

1 Natura i caracteristicile petrografice i mineralogice da da da da da da

2 Densitatea da da da da - da 3 Densitatea aparent da da da da - da 4 Compactitatea da - - - - da 5 Porozitatea da - - - - da

6 Porozitatea aparent la presiune normal da da da da - da

7 Absorbia de ap da da da da - da 8 Densitatea n grmad - - da da da - 9 Volumul de goluri - - da da da -

10 Rezistena la compresiune n stare uscat, dup saturare cu ap la presiune normal i dup 25 cicluri de nghe-dezghe

da - - - - da

11

Coeficientul de nmuiere dup saturarea cu ap la presiune normal i 25 cicluri de nghe-dezghe

da - - - - da

12 Rezistena la oc mecanic da - - - - da

13 Uzura prin frecare (Bhme) n stare uscat cu nisip normal monogranular

da - - - - da

14 Rezistena la sfrmare prin compresiune n stare saturat da - da - - -

15 Rezistena la sfrmare prin oc da - da - - - 16 Uzura cu maina tip Los Angeles da1) - da da - - 17 Coeficientul de calitate da - da - - - 18 Rezistena la nghe-dezghe da - da da - - 19 Forma pietrei brute - da - - - - 20 Aspectul pietrei prelucrate - - - - - da 21 Dimensiunile - da - - - da 22 Granulozitatea - - da da da -

23 Forma granulelor: 23.1. valori medii b/a i c/a 23.2. coeficient de form

-

-

-

-

da da2)

-

da

-

-

-

-

24

Coninutul de impuriti: 24.1. corpuri strine 24.2. coninut de fraciuni sub 0,09 mm 24.3. argil

-

-

-

-

-

-

da da2)

-

da da da

-

-

-

-

-

-

25 Coeficientul de activitate - - - - da - 1)Pe piatr spart 4063 2)Numai n cazul utilizrii pietrei sparte sort 25-40 la prepararea betoanelor de ciment rutiere.

20

Faa materialului fasonat este suprafaa pe care se circul. Baza materialului fasonat este suprafaa opus feei, iar celelalte suprafee se numesc fee laterale. Faa pavelelor i calupurilor trebuie s fie plan, cu muchii regulate i denivelri cuprinse ntre 0,5 i 0,8 cm, n funcie de tipul i calitatea materialului. Baza trebuie s fie plan, paralel cu faa i egal cu 2/33/4 din suprafaa feei. Feele laterale trebuie s fie plane i simetrice fa de planele axiale verticale. Bordurile trebuie s aib faa plan, cu muchii drepte i coluri vii (neteite), denivelrile maxime admise fiind de 1,0 cm. Baza bordurilor poate fi cioplit, iar faa lateral dinspre partea carosabil trebuie cioplit pe 2/3 din nlime, la fel ca faa de sus. Celelalte fee laterale pot fi cioplite brut. Butisele sunt pavele de form special folosite la marginea pavajului, avnd lungimea egal cu de 1,5 ori lungimea unei pavele. Cu ajutorul acestora se permite construirea pavajelor cu rosturi esute, n cazul folosirii pavelelor normale. Butisele pentagonale sunt pavele de form special, care se folosesc la marginea pavajelor cu pavele normale de tip transilvnean, aezate n rnduri la 45 avnd patru laturi de 17 cm i una (cea dinspre bordur) de 2325 cm.

1.1.2.2. Agregate naturale sfrmate artificial Agregatele naturale sfrmate artificial sunt produse n cariere prin concasarea, granularea i sortarea rocilor cu caracteristici fizico-mecanice corespunztoare. n aceast categorie se nscriu: piatra brut, piatra spart, criblurile i nisipul de concasaj. Piatra brut are forme neregulate, utilizndu-se n principal pentru fundaii de drumuri, pereuri, anrocamente, pavaje i acostamente. Piatra brut pentru executarea fundaiilor de drumuri (blocaje) i a pereurilor trebuie s aib forma apropiat de un trunchi de piramid sau de o pan, nlimea de 140180 mm, lungimea egal sau mai mare ca nlimea i limea de 80150 mm. Piatra cu dimensiuni necorespunztoare nu va depi 15 %. Piatra brut pentru pavaje i acostamente va fi de form poligonal cu lungimea i l imea de 100200 mm sau 80160 mm i cu nlimea de 160200 mm sau 120160 mm. Coninutul de piatr necorespunztoare va fi mai mic de 15 %. Pentru anrocamente, piatra brut trebuie livrat n blocuri, cu masa de min. 50 kg. Piatra spart se obine prin sfrmarea pietrei brute cu ajutorul concasoarelor, urmat de sortare. Din aceast categorie fac parte:

- savura se obine n procesul de concasare simpl a rocilor dure i de duritate medie. Se folosete de regul ca material de agregaie la executarea macadamului, livrndu-se de obicei n sortul 08, cu max. 5 % granule care rmn pe ciurul de 8 mm. Coninutul de impuriti acceptat este de max. 1,0 %;

- splitul rezult din concasarea simpl a rocilor i selecionarea n sorturile 816; 1625 i 2540. Coninutul de granule mai mari dect dmax va fi max. 5 % i mai mici dect dmin de max. 10 %. Forma granulelor investigat prin coeficientul de form (cu ublerul modificat) trebuie s fie de max. 35 %, iar coninutul de impuriti maxim acceptat este de 1,0 %. Uzura Los Angeles trebuie s fie de max. 28 % pentru sortul 8-16, de max. 24 % pentru sortul 16-25 i de max. 22 % pentru sortul 25-40;

- piatra spart mare se livreaz n sorturile 4063 i 6390 i trebuie s respecte aceleai condiii de calitate ca i splitul;

21

- piatra spart sort 2540 pentru prepararea betoanelor de ciment rutiere are un coninut de granule mai mari de 40 mm de max. 5 %, mai mici de 25 mm de max. 10 % i mai mici de 0,09 mm de max. 0,30 %. Alte condiii de admisibilitate sunt: coeficientul de form de max. 25 %, uzura Los Angeles de max. 22 %, coeficientul de gelivitate g25 de max. 3 % i sensibilitatea la nghe gL25 de max. 25 %. Nu se admite prezena corpurilor strine;

- piatra spart pentru ci ferate se livreaz n dou sorturi: 31-63 (calitatea I) i 25-63 (caliatea a II-a). Se utilizeaz pentru realizarea prismei cii.

Piatra spart n sectorul rutier se utilizeaz pentru ntreinerea drumurilor pietruite, execuia straturilor de fundaie, a straturilor de baz, a macadamurilor, a macadamurilor bituminoase etc., deci reprezint unul din materialele rutiere importante. De asemenea, se poate utiliza la construcia mbrcminilor rutiere din beton de ciment, att pentru stratul de rezisten, ct i pentru stratul de uzur. Criblura este agregatul natural alctuit din granule de form poliedric, obinut prin concasare, dubl granulare i selecionare n sorturi a rocilor dure, de regul magmatice (bazice i neutre). Sorturile de livrare sunt 38; 816 i 1625. n general, condiiile de calitate impuse sunt identice cu cele menionate pentru piatra spart sort 2540. Diferene apar la coninutul de fraciuni sub 0,09 mm, care este de max. 0,501,50 % (funcie de sort) i la uzura Los Angeles, care trebuie s fie de max. 2630 % (funcie de clasa B sau C a rocii din care provine) pentru cr ib lura 38, de max. 2426 % pentru cr iblura 816 i de max. 2223 % pentru criblura 1625. Nu se admite prezena argilei n nici unul din sorturile de criblur. Nisipul de concasaj este agregatul natural sfrmat artificial cu dimensiunile 03,15 mm. Granulozitatea sa trebuie s fie continu, fr corpuri strine i cu un coninut de granule mai mari de 3,15 mm de max. 5 %. Coeficientul de activitate va fi de 1,52,0 %, funcie de coninutul fraciunii 00,09 mm. Criblurile i nisipul de concasaj se utilizeaz cu precdere pentru prepararea unei mari diversiti de mixturi asfaltice la cald i la rece i pentru prepararea betoanelor de ciment rutiere.

1.2. Filerul Filerul este o pulbere mineral cu granulozitatea sub 0,63 mm (granule mai mici de 0,09 mm, min. 80 %), obinut prin mcinarea fin a rocilor calcaroase, a cretei brute sau prin stingerea n pulbere a varului bulgri, urmat de separarea corespunztoare. Principalele condiii pe care trebuie s le ndeplineasc filerul utilizat la prepararea mixturilor asfaltice sunt urmtoarele:

- s nu reacioneze chimic cu lianii; - s asigure o bun adezivitate a liantului pe granulele de filer; - granulele sale s nu fie poroase, pentru a nu mri consumul de liant prin

adsorbie; - s nu adsoarb n mod selectiv anumii componeni ai bitumului, care s conduc

la modificarea n mod necorespunztor a caracteristicilor liantului. n aceste condiii, literatura de specialitate menioneaz posibilitatea utilizrii ca filer i a altor pulberi minerale sau artificiale, cum sunt:

22

- cimentul, care este un filer foarte bun, ns, fiind mult mai scump, ntrebuinarea lui nu este economic;

- pudreta de cauciuc, care mbuntete sensibil comportarea mixturilor asfaltice, att la temperaturi joase, ct i la temperaturi ridicate;

- deeurile de carbonat de calciu, care ns prezint dificulti de punere n oper din cauza umiditii ridicate;

- pudra de zgur granulat; - praful de crbune; - cenua de termocentral; - praful recuperat de la usc-

toarele fabricilor de mixturi asfaltice, cu granule de pn la 200 microni, i care poate atinge 8 % din masa agregatelor uscate.

Din studiile efectuate asupra modului de comportare a masticurilor preparate din filere diferite cu bitum, rezult c filerul de calcar conduce la cele mai bune i cele mai eficiente rezultate i, n consecin, se recomand utilizarea lui. Suprafaa granulelor filerului proaspt prezint o adezivitate sporit. De aceea, este bine ca filerul s fie utilizat n primele 23 luni de la producerea lui. Dintre condiiile de calitate pe care trebuie s le ndeplineasc filerul, fineea este cea mai important. O finee exagerat poate ns duna mixturii asfaltice. Granulele de mrimea particulelor coloidale mresc suprafaa specific, dar n acelai timp favorizeaz umflarea mixturilor asfaltice sub aciunea apei, sporesc consumul de liant i ngreuneaz lucrabilitatea. Unele prescripii recomand ca filerul s nu conin particule mai mici de 0,005 mm. Pentru determinarea suprafeei specifice a filerului se ntrebuineaz, n general, metodele i aparatele folosite pentru determinarea fineei cimentului, cea mai rspndit fiind metoda permeametrului Blaine. Metoda permeametrului Blaine permite determinarea suprafeei specifice pe baza principiului permeabilitii. Aparatul Blaine (fig. 2.3) se compune dintr-un manometru prevzut cu o duz n care se poate monta un cilindru.

n principiu, metoda const n introducerea unei cantiti de filer n cilindru ntre dou rondele de hrtie de filtru, unde este reinut cu ajutorul unei plci perforate. Cu

Fig. 1.5. Permeametrul Blaine.

23

ajutorul pistonului se delimiteaz volumul constant de filer n cilindru. Se obinuiete s se lucreze cu o porozitate constant (n general = 0,5), dar se poate lucra i cu masa constant. Dup instalarea cilindrului n duz se aspir aerul cu para de aspiraie, pn cnd uleiul atinge reperul 1 i se nchide robinetul. n acest moment, nivelul uleiului ncepe s coboare. Se cronometreaz timpul t n care nivelul uleiului coboar de la reperul 2 pn la reperul 3. Operaia se repet de 23 ori, dup care se calculeaz suprafaa specific S cu formula:

S K t=

3

21( ) [cm2/g] (1.11)

n care: este vscozitatea aerului la temperatura de lucru, n Ns/m2; porozitatea stratului de filer tasat; densitatea filerului, n g/cm3; K constanta aparatului; t timpul, n s. Aparatul Blaine permite calculul uor al suprafeelor specifice cuprinse ntre 1500 i 4 500 cm2/g. Suprafaa specific a filerului este de 2 00011 000 cm2/g, deci prezint variaii foarte mari (de exemplu, fraciunea 0,0050,08 mm se consider c are suprafaa specific de 135 m2/kg = 1 350 cm2/g). n afara granulozitii, analizat prin fraciunea care trece prin sita de 0,09 mm i a suprafeei specifice, filerul de calcar trebuie s mai respecte urmtoarele condiii de calitate:

- umiditatea trebuie s fie de max. 2 %, iar aglomerarea lui n cocoloae se va evita cu desvrire;

- coninutul de carbonat de calciu (CaCO3) recomandat este min. 90 %; - densitatea aparent dup sedimentare n benzen sau toluen trebuie s fie

500800 kg/m3; - coeficientul de hidrofilie, definit ca fiind raportul dintre volumul ocupat de o

anumit cantitate de filer dup umflare ntr-un mediu polar (ap) i volumul ocupat de aceeai cantitate de filer dup umflare ntr-un mediu nepolar (petrol), trebuie s fie de max. 1,0.

Depozitarea filerului se va face n ncperi acoperite, ferit de umezeal, sau n saci aezai n stive de cel mult 10 buci, unul peste altul.

1.3. Liani Lianii sunt materiale naturale sau artificiale care servesc la legarea ntre ele a granulelor agregatelor naturale cu care se afl n contact. Lianii de baz utilizai n sectorul rutier se pot clasifica astfel:

liani minerali; liani puzzolanici; liani hidrocarbonai; liani micti.

Ca i agregatele naturale, lianii trebuie s respecte anumite condiii de admisibilitate pentru a putea fi utilizai la o larg diversitate de lucrri de drumuri.

24

1.3.1. Liani minerali Lianii minerali sunt substane pulverulente care n amestec cu apa formeaz paste vsco-plastice, care sub efectul proceselor fizico-chimice se ntresc n timp. Dup modul de comportare n mediu umed, lianii minerali sunt de dou tipuri:

* liani hidraulici (ciment); * liani nehidraulici (ipsos, var).

Lianii hidraulici sunt caracterizai prin faptul c priza i ntrirea se produc n mediu umed i rezist la aciunea apei. Pe de alt parte, lianii nehidraulici n amestec cu apa formeaz o mas cu plasticitate ridicat, care se ntrete i rezist numai n mediul uscat.

1.3.1.1. Cimentul Cimenturile sunt liani hidraulici obinui prin mcinarea fin a unui singur clincher (cimenturi unitare), sau mcinarea fin a unui clincher amestecat cu adaosuri minerale active. n general, cimenturile se utilizeaz la o mare varietate de lucrri de drumuri, i anume:

- realizarea mbrcminilor rutiere din beton de ciment; - stabilizarea unor agregate naturale pentru realizarea de straturi rutiere (de baz

i/sau de fundaie); - executarea unor lucrri accesorii ale drumului (benzi de ncadrare, rigole, anuri,

borduri, parapete etc.); - realizarea traverselor din beton;

- executarea diferitelor lucrri de art (poduri, viaducte, tuneluri, podee, ziduri de sprijin etc.).

Pentru executarea mbrcminilor rutiere rigide se pot utiliza cimenturi Portland (P40 sau P45) sau cimentul pentru drumuri (CD40), iar pentru stabilizarea unor agregate naturale n straturi rutiere, cimenturile P40, CD40 sau cimentul cu adaosuri Pa35.

1.3.1.2. Varul Varul este cel mai important liant nehidraulic utilizat n sectorul rutier. El are o utilizare mai restrns n sectorul feroviar. n practic, varul, care este un oxid de calciu (CaO), se obine prin decarbonatarea calcarelor (pietrei de var) cu un coninut minim de 95 % CaCO3, astfel: CaCO3 CaO + CO2 42,5 kcal/mol (1.12) Varul bulgri pentru construcii se livreaz n trei caliti, conform condiiilor prevzute n tabelul 1.6. Tabelul 1.6

Calitatea Caracteristici S I II

Oxidul de calciu i magneziu (CaO + MgO) activi determinai pe probe luate n timpul ncrcrii lotului, %, min. 90 85 75

Oxidul de magneziu (MgO), %, max. 5 5 5 Reziduuri la stingere, %, max. 5 10 15 Randamentul n past, L/kg 2,4 2,2 1,6

25

Stingerea (hidratarea varului) const n reacia acestuia cu apa: CaO + H2O Ca(OH)2 + 270 kcal/kg CaO . (1.13) La stingerea varului rezult o mrire a volumului de 23 ori. Stingerea varului se poate face n past sau n praf. La stingerea n past se trateaz varul cu ap n exces, iar stingerea n praf se realizeaz prin stropirea acestuia cu ap. Operaia se poate executa manual sau mecanic. Varul past se prezint sub forma unui gel tixotrop, care i mbuntete proprietile de adezivitate n timp. De aceea, se recomand pstrarea ndelungat a varului past n gropi, cu condiia de a fi ferit de aciunea bioxidului de carbon. La stingerea varului n praf, trebuie evitat folosirea unei cantiti insuficiente de ap, care ar conduce la supraarderea varului stins. Stingerea manual se realizeaz prin stropirea cu ap a varului aezat ntr-un strat de 20 cm grosime. Peste acest strat se rspndete altul, care se stropete la rndul su. Operaia se repet pn cnd grosimea stratului atinge 1,01,5 m, apoi materialul se acoper cu un strat de nisip de 10 cm grosime i se pstreaz 23 zile, dup care se cerne prin site i se macin n mori cu bile. Stingerea mecanic se realizeaz n stingtoare speciale. Se produce i var nestins mcinat. Acesta se obine prin mcinarea fin a varului bulgri, se depoziteaz n silozuri i se transport la locul de punere n oper ambalat n saci. ntrirea varului este consecina unui proces fizic i a unui proces chimic. Procesul fizic de ntrire const n pierderea apei din pasta de var prin evaporarea sau absorbia ei de ctre materialele cu care vine n contact pasta de var. Procesul chimic de ntrire este de lung durat i const n carbonatarea pastei de var prin absorbia bioxidului de carbon din aer, astfel: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O . (1.14)

Varul se utilizeaz la prepararea mortarelor, la stabilizarea pmnturilor coezive, ca activant al lianilor puzzolanici etc.

1.3.2. Liani puzzolanici Lianii puzzolanici sunt materiale silicioase sau silico-aluminoase, care conin compui ce se combin cu varul sau cimentul n prezena apei la temperatura obinuit i dau natere unor formaiuni noi, greu solubile n ap, care manifest proprieti liante. Ei au aprut n tehnica rutier ca o necesitate a nlocuirii pariale sau totale a lianilor hidraulici, cu efecte directe asupra micorrii costurilor lucrrii. Clasificarea lianilor puzzolanici utilizai sau utilizabili la stabilizarea agregatelor naturale pentru executarea straturilor rutiere este prezentat n fig. 1.6. Compuii care pot s apar n urma reaciilor puzzolanice sunt urmtorii:

* silicatul de calciu hidratat (CSH), care se prezint sub forma unui gel cu slab cristalizare;

* aluminatul tetracalcic hidratat (C4AH13), hexagonal; * gehlenitul hidratat (C2ASH8); * ettringitul (3CaO, Al2O3, 3CaSO4, 32 H2O) i monosulfoaluminatul

(3CaO, Al2O3, CaSO4, 12 H2O). n cazul utilizrii varului ca activant, reaciile care au loc pot fi schematizate astfel:

26

Silicea SiOAlu a Al O

apsilicat de calciu hidratat CSHalu at de calciu hidratat C AH

( )min ( ) var

( )min ( )

2

2 3 4 13+ + = (1.15)

De regul, apariia gehlinitului hidratat nu este posibil deoarece toat alumina intr n reacie, regsindu-se n aluminatul tetracalcic, n timp ce silicea se gsete integral n faza hidratat sub form de silicat de calcul hidratat. Pe de alt parte, activarea sulfatic conduce la obinerea ettringitului, dar prezint dezavantajul de a fi mai lent dect activarea calcic. Din acest motiv se poate recurge la utilizarea unor activani micti de tipul sod-sulfat de calciu, cu toate problemele tehnologice care apar.

Calitatea lianilor puzzolanici este strns legat de caracteristicile lor fizice (suprafa specific, dimensiunea maxim a granulei, coninutul de pri fine etc.), chimice (n special prin coninutul de CaO, SiO2 i Al2O3) i mineralogice (proporia fazei vitroase). Dac s-ar reprezenta ntr-o diagram ternar principalii compui chimici ai unui material puzzolanic i anume: oxidul de calciu (CaO), bioxidul de siliciu (SiO2) i trioxidul de aluminiu (Al2O3), materialele cu proprieti liante s-ar ncadra ca n fig. 1.7. Din figur se observ c cenuile sulfo-calcice i zgurile de furnal nalt, alturi de cimenturile Portland, au coninut destul de ridicat de oxid de calciu (CaO). Experimental s-a constatat c exist o relaie de legtur ntre activitatea puzzolanic i cantitatea de faz vitroas existent n lianii puzzolanici, i anume, cu ct cantitatea de faz vitroas este mai mare, cu att i materialul puzzolanic are proprieti liante mai ridicate.

1.3.3.1. Cenua de termocentral Cenuile de termocentral sunt puzzolane artificiale, care rezult ca deeuri la arderea n suspensie de aer a crbunilor fin mcinai. n literatura de specialitate se menioneaz diferite criterii de clasificare a cenuilor de termocentral.

Cenuile de termocentral au densitatea scheletului 2,652,80 g/cm3, densitatea aparent 1,902,40 g/cm3, iar densitatea n stare ndesat ntre 0,91,3 g/cm3.

Liani puzzolanici

Artificiali Naturali

Cenui determocentral

alumino-silicioase; silico-aluminoase; sulfocalcice; calcice.

Zguri defurnal nalt

zgur granulat; zgur granulatmcinat.

Liani cufosfogips

cu cenu determocentral-var;

cu zgur granulat-sod;

Roci piroclastice: tufuri vulcanice; curgeri de lave; poncii (piatraponce);

scorii etc.

Fig. 1.6. Clasificarea lianilor puzzolanici.

27

Granulozitatea cenuilor captate la electrofiltre la termocentralele din sud-vestul rii noastre se caracterizeaz prin 8595 % treceri prin sita de 0,2 mm i 5578 % prin sita de 0,09 mm. Granulozitatea cenuilor de hald este mult diferit de cea a cenuilor captate de electrofiltre i nsilozate, prin sita de 0,2 mm trecnd numai 4555 % din total. Fineea cenuilor se explic i prin suprafaa specific determinat cu permeametrul Blaine. Suprafaa specific a cenuilor de electrofiltru variaz ntre 1 800 i 5 000 cm2/g.

Aprecierea calitii de liant a cenuilor de termocentral se face prin indicele de activitate puzzolanic, definit n modul urmtor:

I A BBap

=

(1.16)

n care: A este rezistena la compresiune la 7 zile (28 zile) determinat pe epruvete cilindrice preparate din cenu de termocentral 90 % i ciment sau var 10 %; B rezistena la compresiune la 7 zile (28 zile) determinat pe epruvete cilindrice preparate din nisip 90 % i ciment sau var 10 %. n funcie de valoarea indicelui de activitate puzzolanic, cenuile de termocentral se clasific ca n tabelul 1.7. n general, cenuile de termocentral de la noi din ar au indice de activitate puzzolanic mai mic de 0,50.

Tabelul 1.7

Fig. 1.7. Liani puzzolanici n diagrama ternar cu compuii chimici cei mai importani.

28

Indicele de activitate puzzolanic Tipul cenuii

Iap < 0 Cenu nepuzzolanic 0 < Iap < 0,5 Cenu slab puzzolanic 0,5 < Iap < 1,0 Cenu mediu puzzolanic 1,0 < Iap < 1,5 Cenu puzzolanic Iap > 1,5 Cenu foarte puzzolanic

1.3.2.2. Zgura de furnal nalt n procesul de elaborare a fontei din minereurile feroase, rezult ca subprodus zgura lichid de furnal, la o temperatur de aproximativ 1 450 C. Dac zgura lichid este lsat s se rceasc la temperatura ambiant se obine zgura de hald. Dac zgura se rcete sub aciunea unui jet de ap, se obine zgura granulat, iar dac este supus unui procedeu special de prelucrare, se obine zgura expandat. Componenii principali oxidici ai zgurii de furnal nalt sunt: oxidul de calciu (CaO), bioxidul de siliciu (SiO2) i trioxidul de aluminiu (Al2O3); n cantiti mici, n zgur se mai gsesc: sulfur de calciu (CaS), oxid de magneziu (MgO) i oxid de mangan (MnO). Compoziia chimic a zgurii variaz foarte mult, att din cauza minereului, ct i din cauza calcarului folosit ca fondant, ea fiind influenat i de calitatea cerut fontei, n special n ceea ce privete oxizii metalici. Zgura de hald se obine n urma rcirii naturale a zgurii fluide n contact cu temperatura mediului ambiant. Datorit faptului c n procesul de evacuare a zgurii condiiile de solidificare difer de la o arj la alta, ea prezint diverse faze de cristalizare a componenilor, ceea ce determin un aspect neuniform al zgurii n cuprinsul haldei, de la o structur compact pn la o structur poroas. Zgura de hald mai conine n diferite proporii i alte deeuri, ca: pri metalice, nisipuri arse, buci de crmizi refractare, acestea fiind nc un motiv pentru care haldele de zgur sunt neuniforme, att ca aspect ct i ca granulaie i compactitate. n general, zgura de hald este compact i rezistent, deoarece se formeaz componeni cristalini legai ntre ei prin resturile de topitur rmase sub form sticloas.

Zgura granulat de furnal nalt se obine prin rcirea brusc sub aciunea unui jet de ap a zgurii n stare fluid (fig. 1.8). La noi n ar, granularea se realizeaz prin urmtoarele procedee:

- granularea n jet de ap, caz n care zgura topit este descrcat din cale ntr-un jet puternic de ap, care realizeaz att granularea, ct i transportul zgurii n depozit;

- granularea n bazin, procedeu prin care zgura topit este descrcat ntr-un bazin n care se ridic nivelul apei i se realizeaz granularea;

- granularea n jet circular de ap, procedeu prin care zgura topit la ieirea din furnal se scurge ntr-un canal vertical, care este prevzut cu orificii, prin care apa sub presiune nete i preia uvoiul de zgur, realizndu-se astfel granularea.

Puterea de hidraulicitate a zgurilor se detetrmin prin coeficientul de activitate () cu urmtoarea relaie:

= S P 10 3 , (1.17) n care: S este suprafaa specific Blaine a prilor fine din zgur (< 0,08 mm), n cm2/g;

29

P procentul de pri fine dup mcinarea n mori cu bile, n %. Funcie de valoarea coeficientului , zgura se clasific n clasele prezentate n tabelul 1.8. Tabelul 1.8

Tipul zgurii Coeficientul de activitate Zgur cu reactivitate redus - clasa 1 0 < < 20 Zgur reactiv clasa 2 20 < < 40 Zgur reactiv clasa 3 40 < < 60 Zgur reactiv clasa 4 > 60

Zgura expandat este un subprodus obinut prin rcirea masei topite de zgur dup un procedeu special i prelucrarea ei mecanic, n staii de concasare i sortare. Spre deosebire de zgura granulat, zgura expandat nu este friabil i are rezistene mecanice mai bune, densitatea aparent fiind de 1,11,2 g/cm3. Se utilizeaz mai puin n domeniul cilor de comunicaie terestre.

1.3.2.3. Tuful vulcanic Activitatea vulcanic, care s-a manifestat n decursul erelor geologice, a determinat prezena pe teritoriul rii noastre a unor importante depozite de roci naturale cu proprieti puzzolanice, dintre acestea fcnd parte i tufurile vulcanice, piroclastitele, piatra ponce etc. Cercetrile efectuate au evideniat faptul c, sub form de pulbere, aceste roci vulcano-sedimentare se ncadreaz n categoria lianilor puzzolanici, definii drept materiale care n amestec cu un activator, la temperatura obinuit, capt proprieti liante. Compoziia chimic a tufurilor vulcanice (tabelul 1.9) difer de cea a cenuilor de termocentral i a zgurii granulate i se caracterizeaz printr-un coninut mult mai ridicat de SiO2 i mult mai redus de CaO. Tabelul 1.9

Fig. 1.8. Producerea zgurii granulate de furnal nalt.

30

Tufuri Dacitice Componeni Riolitice i

riodacitice Cu zeolii

Andezitice

SiO2 % 3,561,1 61,267,9 65,265,8 53,8 Al2O3 % 9,712,1 8,619,9 12,713,6 16,8 Fe2O3 % 2,33,4 1,83,7 2,23,2 7,3 CaO % 1,85,2 3,19,4 1,61,9 7,9 MgO % 0,91,7 1,31,8 1,21,3 4,2 Na2O % 2,42,8 0,32,6 2,32,4 2,4 K2O % 2,02,8 0,92,8 2,22,3 0,8 P.C. % 8,26,3 5,713,7 6,88,6 2,8

Activitatea puzzolanic a tufurilor vulcanice se manifest prin reaciile puzzolanice care au loc, silicea i alumina din compoziia acestora combinndu-se cu varul, n prezena apei formnd produi de hidratare, dintre care principalii sunt aluminatul tetracalcic hidratat i silicatul de calciu hidratat. Compoziia mineralogic i chimic diferit a tufurilor vulcanice determin diferenieri ale reaciei puzzolanice a acestor liani.

1.3.2.4. Liani cu fosfogips Fosfogipsul este un deeu industrial cu proprieti hidraulice, ce rezult la

combinatele chimice n urma preparrii ngrmintelor chimice. Se depoziteaz n hald. Fosfogipsul de hald este un material granular (95 % fraciuni sub 0,2 mm, 70 % sub 0,05 mm i 5 % sub 0,02 mm, de culoare gri-glbuie i cu aciditate ridicat (pH = 23). Din punct de vedere chimic i mineralogic, fosfogipsul conine circa 95 % sulfat de calciu dihidratat (CaSO4 2H2O), iar restul de 5 % constituie impuriti, dintre care se evideniaz acidul fosforic i acidul sulfuric. Densitatea fosfogipsului este cuprins ntre 2,25 i 2,40 g/cm3.Se utilizeaz rar n domeniul cilor de comunicaie terestre

1.3.3. Liani hidrocarbonai Lianii hidrocarbonai sau bituminoi sunt amestecuri complexe de hidrocarburi de

origine natural sau obinute prin pirogenare, nsoite deseori de combinaiile lor cu oxigenul, azotul, sulful etc. n categoria lianilor hidrocarbonai se ncadreaz bitumul i gudronul. Bitumul se gsete n stare natural sau poate fi preparat prin distilarea fracionat a anumitor ieiuri i derivate naturale ale acestora. Bitumul este solubil n sulfur de carbon. Bitumul natural se gsete asociat cu diferite substane minerale i, n acest caz, se numete roc asfaltic (asfalt natural sau nisip bituminos). Cele mai cunoscute bitumuri naturale sunt bitumul de Trinidad (56 % bitum pur), bitumul de Bermudez din Venezuela (96 % bitum pur), bitumul din Marea Moart (98 % bitum pur) etc. La noi n ar se exploateaz bitum natural impregnat cu nisip, n bazinul Derna-Ttru-Voivozi (jud. Bihor). Acest bitum, n proporie de 1020 % din masa nisipului bituminos, este de consisten foarte redus i de aceea trebuie prelucrat n mod special pentru a se obine un bitum corespunztor pentru executarea diferitelor lucrri

31

rutiere. Se mai gsete nisip bituminos la Matia (jud. Prahova) cu un coninut de 812 % bitum. Bitumul de petrol este liantul hidrocarbonat cel mai utilizat n ara noastr la construcia i ntreinerea drumurilor, deoarece are caliti corespunztoare cerinelor rutiere i se poate prepara n cantiti mari. Prin distilarea fracionat a ieiului se obin:

- fraciuni uoare (benzin, petrol, petrosin); - fraciuni mijlocii (motorin i uleiuri); - fraciuni grele (pcura).

Prin nclzirea pcurei, care reprezint 4050 % din iei, la o temperatur de peste 150 C, suflndu-se concomitent prin ea un curent de aer cu un anumit debit, se obin diferite tipuri de bitumuri. Structura bitumului este alctuit din faza continu (mediul dispersant), care este un ulei, i faza discontinu (mediul dispersat), care este format din micele. Cei peste 300 componeni ai bitumului de petrol se pot grupa astfel:

- uleiuri, care imprim bitumului mobilitate i fluiditate; - rini, care imprim bitumului proprieti liante, mrindu-i elasticitatea; - asfaltene, care imprim bitumului vscozitate, coeziune i stabilitate la

temperatur ridicat; - acizi asfaltogeni i anhidridele lor, care contribuie la mrirea adezivitii, sub

aciunea cldurii transformndu-se n rini. Aceti componeni reprezint cantitile cele mai mici fa de ceilali, putndu-se neglija.

La bitumul de petrol utilizat la lucrrile de drumuri compoziia aproximativ pe fraciuni este urmtoarea:

- uleiuri 4060 %; - rini 1848 %; - asfaltene 1535 %. Gudronul rutier este un liant hidrocarbonat de culoare brun-neagr, cu

consisten de la moale pn la tare vscos, obinut prin distilarea uscat a huilei n general, gudronul are aceleai utiliti ca bitumul, dar este inferior calitativ acestuia, din cauza mbtrnirii rapide. Chiar dac utilizarea gudronului n tehnica rutier este posibil din punct de vedere tehnic, nu trebuie uitat faptul c acesta este inflamabil i deosebit de toxic. Cum n aceast etap msurile de protecia muncii n timpul lucrrilor cu gudron nu pot fi asigurate, la noi n ar s-a interzis folosirea acestuia la prepararea mixturilor asfaltice i la executarea tratamentelor bituminoase. Caracteristicile lianilor hidrocarbonai sunt legate de proprietile lor de natur fizic, deoarece lianii hidrocarbonai prezint o puternic inerie la reacii chimice. Principalele caracteristici ale lianilor hidrocarbonai se pot grupa astfel:

* caracteristici n legtur cu consistena; * caracteristici n legtur cu plasticitatea; * caracteristici n legtur cu adezivitatea.

Comportarea lianilor hidrocarbonai are un caracter reologic pronunat. Acest fenomen se manifest prin deformaii elastico-plastice, care depind de viteza cu care sunt aplicate sarcinile, de durata lor i de temperatura la care se produc acestea.

32

1.3.3.1. Caracteristici n legtur cu consistena Prin consisten se nelege relaia de dependen dintre deformaia specific i solicitrile care produc aceast deformaie. Consistena se datoreaz coeziunii. Gradul de consisten al lianilor hidrocarbonai n stare lichid se apreciaz prin vscozitate. Vscozitatea este proprietatea fluidelor de a opune rezisten la curgere datorit frecrii interioare. Pentru determinarea vscozitii se folosete vscozimetrul Engler, vscozimetrul S.T.V. (Standard Tar Viscozimeter), vscozimetrul rotativ cu cilindri coaxiali etc. Folosind vscozimetrul Engler (fig. 1.9), vscozitatea E se msoar prin raportul dintre durata de scurgere t1 a unei anumite cantiti de liant i durata de scurgere ta a unei cantiti egale de ap distilat, printr-un ajutaj, la temperatura de 25 C. Vscozitatea E se calculeaz cu relaia 2.28 i se exprim n grade Engler [E]. E = t1/ta [E] (1.18)

Cu ajutorul vscozimetrului S.T.V. (fig. 1.10), vscozitatea se exprim prin numrul de secunde necesar scurgerii unei anumite cantiti de liant, la o temperatur de 25 C, printr-un ajutaj cu un anumit diametru (4 sau 10 mm, funcie de consisten). Vscozimetrul Engler i S.T.V. nu se pot utiliza pentru determinarea vscozitii bitumului pur, care este solid la temperatura de ncercare. Vscozimetrul Engler se utilizeaz pentru determinarea vscozitii emulsiilor bituminoase, iar vscozimetrul S.T.V. pentru ncercri asupra emulsiilor bituminoase (cu diametrul ajutajului de 4 mm) i asupra bitumurilor fluidizate (cu diametrul ajutajului de 4 i 10 mm). Punerea n eviden a vscozitii lianilor hidrocarbonai n stare solid se poate face prin determinarea penetraiei standard la 25 C (uneori la 15 C sau 0 C). Penetraia standard a unui bitum este adncimea de ptrundere n masa probei a unui ac normalizat, avnd masa de 100 g, la temperatura de 25 C, timp de 5 s.

Fig. 1.9. Vscozimetrul Engler. Fig. 1.10. Vscozimetrul S.T.V.

33

Penetraia se determin cu penetrometrul Richardson (fig. 1.11) i se msoar n zecimi de milimetru. Indicele de penetraie IP, introdus de Pfeiffer i Van Dormaal, exprim susceptibilitatea bitumurilor la temperatur, adic variaia consistenei lor n funcie de temperatur. Acesta se calculeaz pe baza penetraiei la 25 C i a punctului de nmuiere inel i bil. Relaia dintre indicele de penetraie IP i penetraia bitumului msurat la dou temperaturi este exprimat astfel: lg lgp p

T TIPIP

1 2

1 2

150

2010

=

+ (1.19)

n care: p1 este penetraia obinut la temperatura T1, n 1/10 mm; p2 penetraia obinut la temperatura T2, n 1/10 mm. Indicele de penetraie poate fi exprimat funcie de susceptibilitatea termic, prin relaia:

IP aa

=

+

20 5001 50

(1.20)

n care: a este susceptibilitatea termic calculat cu relaia:

ap pT

IB

IB=

lg lg 25

25C

C, (1.21)

n care: lg pIB este logaritmul penetraiei bitumului la temperatura punctului de nmuiere, care poate varia ntre 600 i 1 000 zecimi de mm; practic, s-a luat valoarea medie de 800 zecimi de mm; lg p25 C logaritmul penetraiei bitumului la, 25 C; TIB temperatura punctului de nmuiere al bitumului respectiv. Bitumurile pentru care IP variaz ntre 1 i 1 sunt considerate normale. Cu ct indicele de penetraie este mai mare, cu att bitumul este mai puin susceptibil la temperatur; astfel, bitumurile foarte susceptibile au un indice de penetraie negativ, pe cnd cele mai puin susceptibile au un indice de penetraie cu o valoare pozitiv mare. Susceptibilitatea termic este influenat de coninutul de parafin. Parafinele sunt hidrocarburi saturate al cror punct de solidificare este cuprins n intervalul 2872 C. Se menioneaz c bitumurile fr parafin sunt mai fragile la temperaturi joase (utilizarea lor se recomand n zone climaterice calde i structuri rutiere pentru trafic greu). Bitumurile uor parafinoase sunt preferabile pentru zone climaterice reci i n zonele cu un ecart mare de temperatur n timpul anului.

Fig. 1.11. Penetrometrul Richardson.

34

1.3.3.2. Caracteristici n legtur cu plasticitatea Plasticitatea este proprietatea unor materiale consistente de a putea cpta deformaii permanente sub aciunea solicitrilor, fr s se fisureze. Lianii hidrocarbonai sunt plastici numai ntr-un interval de temperatur, ei trecnd treptat din starea solid n starea lichid. Astfel, bitumul nu are un punct de topire definit, ci prezint o curb de nmuiere. Neavnd un punct de topire precis, acesta este nlocuit convenional prin punctul de nmuiere, care reprezint temperatura la care bitumul nceteaz de a mai fi plastic i devine lichid. Determinarea punctului de nmuiere se face prin metoda inel i bil (I.B.). Metoda inel i bil folosete aparatul din fig. 1.12. Punctul de nmuiere inel i bil (I.B.) este temperatura la care o bil de oel cu dimensiuni standard strbate o pastil de bitum fixat ntr-un inel, tot ansamblul fiind nclzit ntr-o baie de ap. Viteza nclzirii este 5 C/min. Dac nclzirea se face mai rapid, punctul de nmuiere I.B. este mai ridicat, i invers.

Fig. 1.12. Aparat pentru determinarea Fig. 1.13. Aparat Ubbelohde. Punctului de nmuiere I.B.

Fig. 1.14. Aparat Fraass. Fig. 1.15. Determinarea ductilitii. a - matri; b - ductilometru.

35

Pentru aprecierea punctului de nmuiere al bitumului, n practic se mai folosete i determinarea punctului de picurare (Ubbelohde), cu aparatul din fig. 1.13. n aceast metod, punctul de picurare se consider temperatura la care se desprinde prima pictur de bitum topit i cade sub aciunea propriei sale greuti. Punctul de picurare este cu circa 18 C mai mare dect punctul de nmuiere I.B.

Punctul de rupere Fraass se exprim prin temperatura la care bitumul nceteaz a mai fi plastic i devine rigid (fig. 1.14). O plcu de oel foarte subire, peliculizat cu bitum, este supus la ncovoiere la temperaturi din ce n ce mai sczute, pn cnd pelicula de bitum fisureaz. Temperatura la care bitumul nceteaz a mai fi plastic se poate determina i prin metoda Hepfner i Metzger. Prin aceast metod se determin punctul de rigidizare (H.M.), care se exprim prin temperatura la care acul unui penetrometru special, cu diametrul de 0,5 mm, ncrcat cu o greutate de 450 cN, ptrunde 0,1 mm n masa unei epruvete de bitum de 2 mm grosime, n timp de 60 s. Temperatura obinut este cu cca 5 C mai mic dect temperatura corespunztoare punctului de rupere Fraass. Calitile plastice ale unui bitum mai pot fi scoase n eviden prin ncercarea de ductilitate. Aceast ncercare const n ntinderea unei epruvete de bitum, pregtit cu ajutorul unei matrie (fig. 1.15.a), ntr-o baie cu ap, la o anumit temperatur (fig. 1.15.b). Lungimea firului de bitum n momentul ruperii, msurat n cm, reprezint ductilitatea bitumului. Ductilitatea d o imagine asupra modului de comportare a bitumului la variaii de temperatur, caracteriznd aptitudinea bitumului de a rezista la fisurare. Intervalul de temperatur dintre punctul de picurare i punctul de rigidizare reprezint cmpul de plasticitate al bitumului. Bitumurile bune trebuie s aib un cmp de plasticitate ct mai mare (de circa 6080 C). De asemenea, a fost definit intervalul de plasticitate care reprezint diferena dintre temperatura inel i bil i temperatura de rupere Fraass, care trebuie s fie de circa 60 C. Ca i susceptibilitatea, plasticitatea bitumului este influenat de coninutul de parafin, care este o substan total lipsit de plasticitate, cristalin, cu punct de topire fix. n funcie de coninutul de parafin, bitumul devine foarte brusc fluid, sau se solidific brusc, restrngndu-se astfel n mare msur cmpul lui de plasticitate.

1.3.3.3. Caracteristici n legtur cu adezivitatea Teoretic, adezivitatea este fora pe unitatea de suprafa care leag moleculele unui corp A de moleculele unui corp B. Adezivitatea mecanic este fora pe unitatea de suprafa necesar pentru ruperea ansamblului liant-agregat. Adezivitatea este proprietatea lianilor de a adera la suprafaa agregatelor i de a lipi granulele ntre ele. Ea este cea mai important caracteristic a lianilor. Adezivitatea este eficient dac se realizeaz pe orice fel de roc i se menine i n prezena apei. Un liant ader bine pe o granul mineral dac ud suprafaa acesteia. Lianii hidrocarbonai, fiind n general uleioi, ader bine numai pe suprafee hidrofobe, motiv pentru care se recomand folosirea agregatelor bazice. Agregatele naturale murdare cu argil, praf sau alte impuriti, se dezanrobeaz sub influena apei i traficului n primele luni de la darea n circulaie a stratului rutier, motiv pentru care astfel de materiale nu se vor folosi niciodat la prepararea mixturilor asfaltice.

36

Adezivitatea bun se manifest, n general, pe rocile bazice. Pentru realizarea unei adeziviti corespunztoare pe orice fel de roc, este necesar nnobilarea suprafeei agregatelor naturale sau folosirea activanilor. Folosirea activanilor la producerea mixturilor asfaltice prezint urmtoarele avantaje tehnice i economice:

- permite folosirea rocilor acide (silicioase); - d posibilitatea folosirii materialelor locale; - permite executarea lucrrilor pe timp rece i umed.

n tehnica rutier, rezistena opus de filmul de liant la dezanrobare se numete adezivitate pasiv. Dac anrobarea este corect, interfaa continu liant-agregat natural este foarte mare, ceea ce face neglijabil posibilitatea ruperii interfaciale. Lucrul mecanic necesar pentru a obine o astfel de discontinuitate este foarte mare, deci n primul rnd ruperea se va produce prin materialul care are coeziunea cea mai mic (liantul). Datorit dificultilor pe care le prezint efectuarea studiilor fizico-chimice asupra adezivitii, orientrile practice sunt ndreptate n principal spre efectuarea unor ncercri empirice bazate pe evaluarea dezanrobrii sau pe scderea rezistenelor mecanice ale unor epruvete din mixtur asfaltic sub aciunea apei. Aceste ncercri permit:

- efectuarea studiilor comparative asupra lianilor i agregatelor, stabilindu-se soluiile cele mai eficiente;

- evitarea defeciunilor care pot rezulta dintr-o slab adezivitate, prin aplicarea unor tehnologii adecvate;

- verificarea eficienei metodelor de tratare a liantului sau agregatului natural, n vederea mbuntirii adezivitii. Ca titlu informativ se prezint dou dintre metodele de determinare a adezivitii folosite n ara noastr. Metoda cu placa elimin subiectivismul metodelor bazate pe aprecierea vizual a adezivitii. Potrivit metodei, bitumul nclzit la 150160 C se ntinde ntr-o pelicul uniform de 0,5 mm pe o plac metalic nclzit n prealabil n etuv la 150 C. Pe suprafaa bitumului cald se aaz cu mna 100 de granule de agregat natural luate la ntmplare. Dup dou ore placa se imerseaz de 3 ori, cteva secunde, n ap i se aaz cu granulele n jos n stativul aparatului Vialit (fig. 1.16). De la nlimea de 50 cm se las s cad liber bila de 500 g de 5 ori (n colurile i mijlocul plcii).

Fig. 1.16. Aparat Vialit.

37

Adezivitatea este determinat, procentual, ca fiind egal cu numrul de granule rmase lipite pe plac, dup ncercare. Metoda static, standardizat n ara noastr, presupune peliculizarea la cald a 100 g agregat natural sort 812, cu 5,35,7 % bitum i pstrarea acestora timp de 18 h, n ap distilat, la temperatura de 2025 C. Adezivitatea se estimeaz n procente de suprafa de agregat natural rmas peliculizat cu bitum, dup imersare n ap. n afara metodelor empirice, evaluarea adezivitii se poate efectua i prin aa-numita metod cantitativ. Metoda const n determinarea adezivitii bitumului la agregatul natural cu un aparat special, prin raportarea absorbiei colorantului rou 4 G dintr-o soluie de concentraie dat de ctre agregatul natural neanrobat i de ctre acelai agregat natural peliculizat cu bitum (colorantul nefiind absorbit de bitum).

1.3.3.4. Tipuri de liani hidrocarbonai folosii n ara noastr n continuare se prezint lianii hidrocarbonai folosii n ara noastr la construcia i ntreinerea drumurilor.

Bitumul neparafinos pentru drumuri se obine din ieiuri neparafinoase selecionate i se prezint ca o mas solid sau semisolid cu proprieti caracteristice de aglomerare. La noi n ar acestea se livreaz, dup criteriul consistenei, n ase tipuri, ale cror caracteristici trebuie s corespund condiiilor tehnice de calitate date n tabelul 1.10.

Bitumul industrial se obine prin oxidarea reziduurilor provenite din prelucrarea ieiurilor i se prezint ca o mas solid sau semisolid. Se produce bitum industrial neparafinos (I) n patru tipuri i bitum industrial parafinos (Ip). Condiiile tehnice de calitate sunt date n tabelul 1.11.

Bitumul natural se obine la noi n ar prin extragere din nisip bituminos sau prin distilarea i oxidarea bituminei. Bitumul natural din nisipul bituminos se livreaz n trei tipuri i are caracteristicile tehnice din tabelul 1.12. Bitumul natural obinut din bitumin se produce n apte tipuri i trebuie s ndeplineasc condiiile din tabelul 1.13.

Bitumina este un liant hidrocarbonat natural, care se prezint sub forma unei mase asfaltice neagr lucioas, de consisten foarte moale i cu puritate de 9899 %. n condiii obinuite de livrare, bitumina conine un procent variabil de ap, cuprins ntre 2 i 10 %. Bitumina se extrage cu ajutorul sondelor i se livreaz cu vagoane de cale ferat sau cu autocisterne. Caracteristicile fizico-mecanice ale bituminei, determinate n laborator pe produsul deshidratat n prealabil, sunt, comparativ cu ali liani, cele date n tabelul 1.14. Pentru utilizarea bituminei la prepararea unor mixturi asfaltice este necesar modificarea vscozitii. n acest scop se procedeaz la o preanrobare a agregatelor naturale i la trecerea acestora prin usctor la temperatura de 180200 C. Aceast operaie conduce la un proces de volatilizare-oxidare i polimerizare care are ca efect mrirea vscozitii bituminei. Pentru a ajunge la vscozitatea propus se adaug bitum industrial tip I 82/92 (3040 %).

1.3.4. Derivai ai lianilor hidrocarbonai Din varietatea mare de derivai ai lianilor hidrocarbonai utilizai n construciile rutiere i tratai de literatura de specialitate, se vor prezenta n continuare aceia care sunt utilizai mai frecvent la noi n ar.

38

Tabelul 1.10 Tipul bitumului

Caracteristici D

25/40 D

40/50 D

50/80 D

80/120 D

120/180 D

180/200 Punct de nmuiere, C 5767 5560 4855 4349 3945 3842 Penetraie la 25 C, zecimi de mm 2540 4150 5180 81120 121180 181200 Ductilitate minim: - la 0 C, cm - la 25 C, cm

-

25

-

70

-

100

1,5 100

5 100

8 100

Punct de rupere Fraass, 0 C, max. - 10 - 12 - 12 - 15 - 17 - 17 Substane solubile n sulfur de carbon sau tetraclorur de carbon, %, min.

99 99 99 99 99 99

Punct de inflamabilitate (M), 0 C, min. 260 260 250 250 240 240

Stabilitate prin nclzire la 163 C timp de 5 ore: - pierderi de mas, %, max. - scderea penetraiei iniiale la 25 C, %, max.

0,3 25

0,3 25

0,4 25

0,4 24

0,9 30

0,9 30

Parafin cu punct de topire min. 45 C, %, max. 2 2 2 2 2 2

Densitate la 15 C, kg/m3, min. 1 000 998 995 992 990 990

Tabelul 1.11 Tipul

Caracteristici I 45/55 I 60/70 I 85/95 Ip 85/100

Punct de nmuiere, C 4555 6070 8595 85100 Penetraia la 25 C, zecimi de mm min. 40 1540 - 520 Substane solubile n sulfur de carbon, %, min. 99 99 99 99

Aciditate mineral i alcalinitate lips lips lips Lips Ap urme urme urme Urme Punct de inflamabilitate (M), C, min. 240 240 250 260 Stabilitate prin nclzire la 163 C timp de 5 ore: - pierderi de mas, %, max.; - scderea penetraiei iniiale la 25 C, max.

-

-

-

-

-

-

1 40

Parafin cu punct de topire min. 45 C, %, max.

2 2 2 6,5

Putere caloric inferioar, kJ/kg, min. - - - 38 300

39

Tabelul 1.12 Caracteristici / Tipul NA NB NC

Punct de nmuiere, C 3844 4550 5155 Penetraia la 25 C, zecimi de mm 125200 80120 5075 Ductilitatea la 0 C, cm, min. 6 4 2 Punct de rupere Fraass, C, min. - 17 - 16 - 14 Stabilitatea prin nclzire 5 ore la 163 C: - pierdere n greutate, %, max.; - scderea penetraiei iniiale la 25 C, % max.

1 40

1 40

1 40

Solubilitatea n sulfur de carbon, %, min. 92 92 92 Inflamabilitatea (M), C, min. 210 210 210 Parafin, %, max. 1 1 1

Tabelul 1.13

Caracteristici Bitumin Bitum din nisip bituminos Bitum neparafinos

tip D 80/120 Densitatea la 20 C, kg/m3 965 963 992

Penetraia la 25 C, 1/10 mm nu se poate determina nu se poate determina 81120

Punct de nmuiere, C idem idem 4349 Umiditate, % 210 - - Inflamabilitate, C 146 165 250 Analiza de grup: - uleiuri, % - rini, % - asfaltene, %

80,1 14,1 5,1

72,0 21,0 7,0

4065 1848 1530

Tabelul 1.14 Tipul bituminei Caracteristici

DT-A DT-B DT-C DT-D DT-E DT-F DT-G

Penetraia la 25 C, zecimi de mm

200160

12081 8051 5041 4031 3021 2010

Punct de nmuiere, C 3844 4550 5158 5968 6978 8090 100110

Ductilitatea minim, cm: - la 0 C - la 25 C

0

5

3

2 6

1,5 4

1 3

1 2

Punct de rupere Fraass, C, max.

25 25 25 18 18 15 15

Solubilitate n sulfur de carbon, %, min.

99 99 99 99 99 99 99

Inflamabilitate (M), C, min. 220 220 225 230 240 250 260 Stabilitate prin nclzire la 163 C: - pierdere n mas, %, max. - scderea penetraiei, %, max.

1 30

0,5 30

0,5 30

0,5 30

0,5 30

0,5

0,5

Coninut de parafin, %, max. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

40

1.3.4.1. Amestecuri gudron - bitum Pentru a reuni avantajele pe care le are gudronul cu cele ale bitumului se poate realiza amestecul gudron-bitum. Pentru meninerea amestecului n stare coloidal, este necesar s se respecte anumite proporii de amestec. Un adaos de 45 % gudron la un bitum dur i mrete adezivitatea, i reduce susceptibilitatea i i ntrzie mult mbtrnirea. Aceste amestecuri mai prezint avantajul c pentru punerea n oper au nevoie de o temperatur de nclzire mai redus, ele fiind mai puin vscoase la temperaturi sczute. Se utilizeaz i amestecuri alctuite din 15 20 % bitum dur i 8580 % gudron.

1.3.4.2. Bitum fluxat Fluxarea bitumului este operaia prin care se adaug unui bitum dur, un alt liant bituminos mai moale sau un ulei pentru a obine un produs cu proprieti caracteristice deosebite de a celor dou substane amestecate, proprieti care se pstreaz i dup punerea n oper. Liantul care se adaug bitumului dur pentru a-i reduce vscozitatea se numete fluxant. Bitumurile fluxate au o tendin de mbtrnire mai mic dect amestecurile gudronbitum.

1.3.4.3. Bitum tiat Bitumul tiat este o soluie bituminoas realizat prin dizolvarea bitumului ntr-un solvent organic uor volatil. n acest fel se uureaz punerea n oper a bitumului. Prin evaporarea solventului (n timp de 38 ore), bitumul i recapt calitile sale iniiale. n tehnica rutier, se folosesc n mod obinuit trei tipuri de bitum tiat, i anume:

- cu ntrire rapid, folosind ca solvent petrosin (pentru badijonri i pentru executarea tratamentelor bituminoase);

- cu ntrire mijlocie, folosind ca solvent petrolul lampant (pentru executarea penetrrilor);

- cu ntrire lent, folosind ca solvent motorina (pentru prepararea mixturilor asfaltice). Avantajele bitumurilor tiate sunt:

- se pot executa lucrri de asfaltaj la rece; - se realizeaz o bun aderen la agregatul natural;

- ntrirea nu se produce la contactul ntre liant i agregatul natural, dect abia mai trziu. Dezavantajele bitumurilor tiate, care reduc sfera de utilizare a acestora, sunt:

- se consum solveni scumpi; - se poate lucra numai pe suprafee uscate; - la preparare exist pericol de explozie.

1.3.4.4. Emulsii bituminoase O emulsie este o dispersie intim a doi produi insolubili unul n altul, constituind

dou faze distincte: - faza dispersat sau discontinu, care poate fi un lichid vscos cu particule de

ordinul micronilor; - faza dispersant sau continu, care este un lichid.

Pentru a prepara o emulsie sunt necesare: - punerea n contact a celor doi produi la o stare suficient de fluid;

41

- existena unei energii de dispersie (malaxoare centrifugale de mare vitez, omogenizatoare, mori coloidale etc.);

- introducerea n amestec, n general nainte sau n timpul amestecrii, a unui emulgator. Emulgatorul este, de regul, un material tensioactiv, adic un material care scade tensiunea interfacial ntre dou faze. El are rolul de stabilizator n sensul de a mpiedica contactul direct al granulelor, fixndu-se de suprafaa acestora i constituind o zon de tranziie nte dou faze, opunndu-se coalescenei. n timpul fabricaiei, emulgatorul faciliteaz emulsificarea. Ca emulgator se poate folosi o substan tensioactiv, care reduce considerabil tensiunea interfacial dintre dou faze, pentru o foarte sczut concentraie a sa. De asemenea, se poate folosi i o substan cu o structur polar - apolar, ale crei molecule se concentreaz la interfaa dintre cele dou faze, formnd un film protector. Emulsiile bituminoase sunt constituite din bitum (faza dispersat), ap (faza dispersant) i un emulgator. Clasificarea emulsiilor bituminoase se face n mod obinuit, dup caracterul ionic al emulgatorului folosit. Astfel, se deosebesc emulsii anionice i emulsii cationice. Emulsiile anionice sunt emulsiile la care emulgatorul este o substan bazic. Se folosesc sruri alcaline de acizi grai i acizi rinoi, obinui prin saponificarea rinilor lichide provenite din industria hrtiei.

Formula general a acestor sruri de natriu sau potasiu este R COONa, respectiv R COOK. R este lanul caracteristic al acidului gras. El constituie partea polar a moleculei i este lipofil. Grupul COONa constituie partea polar hidrofil. n faza apoas continu, moleculele de spun se ionizeaz: ionii Na (sau K) constituie cationi adsorbii de ap, restul moleculelor (ionii RCOO) constituind anionii adsorbani de globule de bitum. Stabilitatea emulsiei este maxim atunci cnd pH-ul fazei dispersate este 1112. Reglarea pH-ului se face adugnd o baz (NaOH) n cantiti mici. Dac se adaug un acid (HCl) pH-ul scade sub 7 i emulsia floculeaz. La fel se ntmpl dac se adaug o baz (NaOH) n cantiti mari. Emulsiile cationice sunt emulsiile la care emulgatorul este o substan acid. Se folosete un spun rezultat din aciunea unui acid mineral asupra unei amine grase.

Formula general a acestor spunuri este R NH3Cl. R este lanul caracteristic, care constituie partea hidrofob sau lipofil a moleculei. Grupul NH3Cl constituie partea hidrofil. n faza apoas, moleculele de spun se ionizeaz, producnd cationii R-NH3+ i anionii Cl-. n timpul preparrii emulsiei, cationii sunt adsorbii de globulele de bitum cu partea lipofil R spre interior i cu grupul NH3+ plasat la interfaa bitum-ap. Anionii Cl- rmn n ap. n acest fel, globulele de bitum se ncarc pozitiv datorit gruprilor NH3+ care se afl la periferia lor. Aceasta asigur pe de o parte stabilitatea emulsiei datorit respingerii electrostatice i, pe de alt parte, o bun afinitate a globulelor de bitum la suprafaa mineralelor ncrcate negativ. i n cazul emulsiilor cationice, stabilitatea este influenat de pH-ul fazei dispersante, dar fenomenul este invers. Astfel, o scdere uoar a pH-ului sub 7, prin adugarea unui acid, mrete stabilitatea la stocaj i mrirea pH-ului produce ruperea emulsiei. Ceea ce intereseaz n mod deosebit este adezivitatea la contactul cu agregatele naturale. n contact cu materialele bazice (calcaroase), emulsiile anionice i cationice dau o bun adezivitate. n contact cu materialele acide (silicioase), emulsiile cationice dau o bun

42

adezivitate, iar emulsiile anionice nu ader la suprafaa acestor materiale. De aceea, se prefer folosirea emulsiilor cationice n cazul utilizrii agregatelor naturale de diferite tipuri. Prin urmare, dat fiind avantajul emulsiilor cationice, n continuare se vor prezenta aceste emulsii. Liantul folosit la prepararea emulsiilor bituminoase este bitumul de petrol. Un aditiv n scopul uurrii dispersiei i mbuntirii stabilitii i adezivitii emulsiei se adaug n mod obinuit n rafinrie nainte de livrare. n faza dispersat se pot aduga fluidifiani i fluxani. Fluidifianii sunt produi n rafinrii i sunt bitumuri fluide cu vscozitate redus. Fluxanii sunt n general uleiuri de gudron de huil. Procesul tehnologic de preparare a emulsiilor bituminoase cationice (fig. 1.) cuprinde urmtoarele faze:

- nclzirea bitumului la 130140 C. Se consider c liantul hidrocarbonat se disperseaz bine n faza apoas dac vscozitatea sa este de circa 200 centipoise;

- prepararea unei soluii apoase din ap, emulgator i acid clorhidric, la temperatura de circa 5060 C. O regul simpl de urmrit la prepararea emulsiilor bituminoase cationice este ca suma temperaturilor fazei apoase i a fazei hidrocarbonate s nu depeasc 200 C;

- dispersarea bitumului n faza apoas prin moara coloidal. Temperatura emulsiei bituminoase rezultate nu trebuie s depeasc 90 C.

Emulsiile bituminoase se prepar cu 50 %, 55 %, 60 % i 65 % bitum. Procentul de bitum dintr-o anumit emulsie bituminoas se determin n laborator cu un aparat care permite colectarea prin evaporare a coninutului de ap din proba considerat de emulsie. n final, masa bitumului rezult prin diferena dintre masa iniial a probei i masa apei colectate, iar dozajul de bitum rezult prin raportarea masei bitumului la masa probei.

Fig. 1.17. Procesul tehnologic de preparare a emulsiilor bituminoase cationice.

43

Ruperea emulsiei bituminoase este fenomenul de separare a celor dou faze care constituie emulsia, n contact cu agregatele naturale. Acest fenomen se datoreaz evaporrii apei i reaciilor generate de contactul dintre emulsie i agregatul natural. Ruperea emulsiei bituminoase se produce dup u