cercetare an ii, semestru i

7/30/2019 Cercetare an II, Semestru I

1/6

Contribuia geosinteticelor la mbuntirea comportrii sub trafic a prii carosabile

mbuntirea portanei drumurilor publice, n contextul tendinei actuale de sporire a

tonajului, reprezint o problem major aflat n atenia constructorilor de drumuri. Rezolvarea

este posibil fie prin adugarea de straturi rutiere suplimentare cu structuri tradiionale, fie prin

includerea n structurile rutiere actuale ale unor materiale noi.

n acest context, geosinteticele folosite de mai mult timp n sectorul drumurilor publice,

ar putea deveni utile, n msura n care testrile le vor dovedi capabile s rspund i solicitrilor

de transport de pe aceste drumuri. Ca urmare, n lucrare se vor analizat diferite structuri rutiere,

amplasate dup criterii bineprecizate, n cadrul unor tronsoane experimentale special amenajate.

Tronsoanele, cu structuri rutiere dotate cu geosintetice, vor fi cercetate sub aspectulportanei i al degradrii carosabilului n timp, n comparaie cu tronsonul martor cu structur

rutier tradiional, respectiv din materiale pietroase locale. Vor fi evideniate, pe lng calitile

superioare tehnic ale structurilor cu geosintetice, i unele aspecte economice care le justific

utilizarea ca soluie tehnic posibil n cazul drumurilor publice.

Geosinteticele, materiale rutiere de perspectiv

Geosinteticele sunt materiale relativ noi pentru construciile rutiere. n principal,

geosinteticele cuprind urmtoarele grupe de materiale: geotextile, geomembrane, geogrile i

georeele, precum i geocompozite. Una din utilizrile cele mai agreate ale geosinteticelor n

execuia drumurilor, care a dat rezultate favorabile i n experimentrile din ultimii ani, este

aceea de mbuntire a calitii prii carosabile, inclusiv a sporirii portanei acesteia. n acest

sens se utilizeaz, de regul, geosintetice de tipul geotextilelor, geogrilelor, geocelulelor i

geocompozitelor.

O prim problem care se ridic este aceea a nivelului de amplasare a geosinteticului,

acesta putnd fi plasat la nivelul patului cii sau intercalat, ca strat intermediar, n structura

rutier.

ncercrile efectuate au experimentat amplasarea la nivelul patului cii i la partea

superioar a fundaiei a unor geotextile, geogrile, geocelule i geocompozite. Rezultatele mai

slabe s-au obinut n cazul geogrilelor care au contribuit doar la ranforsarea sistemului rutier,


2/6

indiferent de nivelul lor de amplasare; rezultatele au fost mai bune n cazul geotextilelor sau

geocompozitelor care au contribuit att la ranforsarea sistemului rutier, ct i la drenarea apelor

infiltrate. Geocompozitele, plasate ntre fundaie i mbrcminte, au dat de asemenea rezultate

bune, cu condiia ca mbrcmintea rutier, de obicei din materiale pietroase, s aib o grosime

suficient de mare (15 cm) pentru ca s reziste la aciunea roilor vehiculului i s nu apar

conturul geocelulelor la suprafaa prii carosabile.

Scopul i obiectivele lucrrii de cercetare

Dup cum a rezultat din stadiul actual al cunotinelor, cercetarea oportunitii folosirii

geosinteticelor la execuia drumurilor este o problem de actualitate, mai ales dac se ine seama

de volumul mare de lucrri necesare extinderii reelelor de transport existente cu drumuri noi i /

sau reabilitate, n vederea asigurrii accesibilitii integrale a arboretelor.n aceste condiii se impune ca cercetrile s urmreasc att execuia, pentru a preciza

tehnologia de execuie cu aceste materiale, ct i comportarea acestora sub solicitrile traficului,

care se pot constitui ca scop al prezentei teze.

Ca obiective ale cercetrii, subordonate scopului propus, se pot meniona:

poziionarea geosinteticelor n alctuirea sistemelor rutiere; influena includerii geosinteticelor n alctuirea structurilor rutiere asupra tehnologiei de

execuie a suprastructurii drumului;

contribuia geosinteticelor la portana sistemului rutier; aportul geosinteticelor la mbuntirea capacitii de drenare - filtrare a structurilor

rutiere i de reducere a sensibilitii acestora la fenomenul de nghe - dezghe;

contribuia geosinteticelor la reducerea extensiunii i profunzimii degradrilor priicarosabile;

Metodologia efecturii lucrrii

Pe parcursul exploatrii drumului, partea carosabil este supus, pe lng factorii

climatici, i solicitrilor provocate de circulaie, solicitri care sunt cu att mai mari cu ct

presiunea transmis suprafeei de contact roat - drum este mai mare. Sub aciunea acestora,

complexul rutier sufer o deplasare pe vertical (o deformaie) care, dup ndeprtarea solicitrii,

se manifest printr-o revenire parial, de natur elastic, a suprafeei complexului rutier, numit

deflexiune.


3/6

Cu ct deflexiunile sunt mai mici cu att portana sistemului rutier este mai mare, deci

mai bun. Datorit acestui fapt, portana unui complex rutier nerigid sau semirigid se poate

aprecia prin mrimea deflexiunilor.

Pentru realizarea studiului vom construe o cutie din lemn de dimensiuni de 5x1.50 [m] ncare vom aeza stratele rutiere componente. Iniial vom efectua ncercri pe o structur

nearmat, dup care vom goli coninutul, i vom reaeza stratele rutiere, de aceast dat,

mpreun cu o armare cu geocompozit. Pe aceste structure se vor efectua ncercri cu placa,

pentru verificarea deformabilitii structurii cu ifr prezena geosinteticelor. ntr-o alt etap a

studiului se va verifica aceast diferen i n condiii loe existenei unui gol n structura rutier,

sub forma unui tubaj.

Pentru a avea un fond teoretic de interpretare a problemei de interaciune, se va realize

un model virtual cu ajutorul discretizrii structurii studiate n elemente finite. Modelarea se va

realize n programul GFAS, fiind un bun prilej pentru a verifica abaterile dintre o structur

virtual, i una real.

Analiza strii de tensiuni i deformaii a structurilor rutiere prin metoda elementelor finite

Metoda Elementelor Finite (MEF) a fost dezvoltat teoretic cu mult naintea apariiei

posibilitilor de aplicare n inginerie. Datorit saltului spectaculos al tehnicii de calcul, MEF

este n prezent unanim acceptat ca un procedeu de analiz care a depit graniele de ansamblu

ale metodei. Pn la apariia calculatoarelor electronice, singura cale de a gsi un rspuns

convenabil la toate ntrebrile legate de comportarea unei lucrri inginereti la aciunile

exterioare, era apelarea la procedee de calcul simplificate, urmate de teste pe modele sau direct

la scar natural.

n analiza problemelor de natur discret, de-a lungul anilor a fost dezvoltat o

metodologie standard. Inginerul civil, avnd de-a face cu structuri, mai nti calculeaz relaiile

dintre fore i deplasri pentru fiecare element al structurii i apoi continu cu asamblarea

ntregului urmrind o procedur bine definit de stabilire a echilibrului local la fiecare nod sau

punct de conectare al structurii. Ecuaiile rezultate pot fi rezolvate pentru deplasrile

necunoscute. Este astfel posibil s se defineasc un sistem discret standard.

Procesul de aproximare a comportrii unui mediu continuu prin elemente finite,

discrete, care se comport ntr-o manier similar cu a elementelor reale, poate fi introdus prin


4/6

intermediul aplicaiilor fizice particulare sau ca un concept matematic general. n multe etape ale

calculului ingineresc este necesar cunoaterea soluiei distribuiei tensiunii i deformaiei

specifice n mediile continuue elastice. Cazuri particulare ale unor astfel de probleme pot merge

de la distribuii ale strii plane de tensiune sau deformaie bi -dimensionale, la solide

axialsimetrice, plci ncovoiate i elemente shell, pn la solide cu stare complet tri -

dimensional.

Problema distribuiei strii de tensiune n corpuri de revoluie (solide axialsimetrice) sub

ncrcare axialsimetric este de un considerabil interes practic.

Prin simetrie, cele dou componente ale deplasrii n oricare seciune plan a corpului de-a

lungul axei lui de simetrie definesc n ntregime starea de deformaie i, n consecin, starea de

tensiune. O asemenea seciune transversal este prezentat

n Figura 5.1.Volumul de material asociat unui element finiteste acum

ca cel al unui corp de revoluie din figur i toate

integralele se vor referi la acesta.

Elementul finit triunghiular este folosit ca exemplu,

principiile dezvoltate fiind absolut generale.

n starea axialsimetric orice deplasare radial

induce n mod automat o deformaie n direcie

circumferenial, i la fel ca tensiunile n aceast direcie

deformaia este cu siguran diferit de zero, aceast a patra component a deformaiei i a

tensiunii asociate trebuind s fie luat n consideraie.

Folosind forma triunghiular a elementului finit (Figura 5.1) cu nodurile i, j, m

numerotate n sens antiorar, se definesc deplasrile nodale prin cele dou componente ale lor:

i deplasarea elementului prin vectorul:

n continuare este definit vectorul deformaie cu componentele sale exprimate n

termenii deplasrilor unui punct.


5/6

Trebuie obinut matricea de elasticitate D, ea legnd deformaiile specificesi

tensiunile 7sub forma standard:

n prezent, pentru analiza strii de tensiuni i deformaii specifice a structurilor rutiere se

folosesc cu precdere trei abordri: metoda multi-strat elastic, modelarea cu elemente finite bi-

dimensionale (2D) i modelarea cu elemente finite tri-dimensionale (3D), ultimele dou

ctignd din ce n ce mai mult teren. Ca o aplicaie practic pentru analiza structurilor rutiere

suple prin metoda elementelor finite, avnd la baz abordarea prin starea plan de tensiune i

deformaie, poate fi menionat simularea fenomenului de fisurare.

Adoptarea ipotezelor simplificatoare specifice metodelor tradiionale de proiectare a

structurilor rutiere suple i pentru modelul cu elemente finte permite rezolvarea problemei

distribuiei strii de tensiune printr-o analiz axialsimetric. Modelarea structurii rutiere suple ca

solid axialsimetric se face cu elemente finite speciale de forma unor inele cu seciune

transversal constant.

Straturile structurii rutiere vor fi modelate cu elemente finite 2D de tip solid

axialsimetric, n form de patrulater, cu 8 noduri n formulare izoparametric. Pentru structura

rutier se va alege o discretizare de form aproape regulat. Pentru terenul de fundare se va

folosi acelai tip de elemente finite dar cu discretizare neregulat. n scopul de a optimiza


6/6

performana programului de calcul i pentru a mbunti rspunsul modelului la solicitarea osiei

standard de 115 kN, numai structura rutier de sub ncrcare i de lng axa de simetrie va avea

o discretizare foarte dens.

cercetare an ii, semestru i

Documents