Instalaţii de transport

Curs pentru învăţământul la distanţă Conf. univ. dr. Dan ZAROJANU

Anul universitar: 2009-2010 UNIVERSITATEA „ŞTEFAN CEL MARE” SUCEAVA

FACULTATEA DE SILVICULTURĂ Departamentul de Învăţământ la Distanţă

PREFAŢĂ Cartea constituie un suport de curs destinat studenţilor de la învăţământul la

distanţă pentru disciplina „Instalaţii de transport”. Ea poate fi utilizată însă, şi de studenţii la zi, programa analitică a disciplinei fiind identică pentru învăţământul la zi şi la distanţă. Disciplina de Instalaţii de transport aflată în Planul de învăţământ al Facultăţii de Silvicultură a Universităţii „Ştefan cel Mare” din Suceava aparţine domeniului silvotehnicii şi se studiază în anul III la învăţământul la distanţă, şi la zi, pe parcursul a două semestre. Pentru facilitarea studierii textului şi sistematizarea acestuia, toate capitolele şi, după caz, subcapitolele sunt însoţite de întrebări de control.

Disciplina Instalaţii de transport este o disciplină complexă care oferă cursantului cunoştinţe de drumuri forestiere şi poduri, căi ferate forestiere şi funiculare forestiere. Din acest motiv, această carte a fost structurată pe trei părţi, cuprinzând părţile constitutive enunţate mai sus. Fiecare parte este împărţită în capitole şi subcapitole (zece capitole, în total) pentru o cât mai sistematică prezentare. Partea cea mai întinsă tratează drumurile forestiere, deoarece acestea constituie principala modalitate de transport forestier folosită actualmente.

Faţă de ediţia din 2006, această carte a adăugat un capitol: Capitolul IX Poduri şi a restructurat şi înnoit cu aspecte recente cunoştinţele prezentate în celelalte capitole. Totodată, a revăzut şi refăcut majoritatea întrebărilor de control

Disciplina Instalaţii de transport este legată, mai cu seamă, de disciplina de Exploatări forestiere şi din acest motiv conţinutul lucrării începe cu o serie de referiri la activitatea de exploatări forestiere sau la aspecte de graniţă între cele două discipline, pentru a fixa, cât mai clar, cadrul subiectului tratat şi a asigura continuitatea cunoştinţelor. De asemenea obiectul de studiu al instalaţiilor de transport se leagă şi de disciplina de Geotehnică şi construcţii forestiere, precum şi de cea de Mecanică şi rezistenţa materialelor, faţă de care se fac, de asemenea, cuvenitele referinţe şi relaţionări.

Lucrarea urmăreşte să ofere cursanţilor cunoştinţe cât mai bogate în domeniul instalaţiilor de transport, nu numai teoretice dar şi practice, viitorul inginer silvic putând astfel aborda, în viitoarea sa activitate, proiectarea, execuţia şi de întreţinerea drumurilor forestiere, a căilor ferate forestiere şi a instalaţiilor cu cablu.

Suceava, noiembrie 2009, conf. dr. ing. Dan Zarojanu

CUPRINS Partea I-a. DRUMURI FORESTIERE Capitolul I Elemente introductive

1.1 Particularităţile transportului forestier 1.2 Alcătuirea şi organizarea transportului forestier

1.2.1 Reţele de colectare 1.2.2 Reţele de transport

1.3 Deschiderea pădurilor 1.3.1 Generalităţi 1.3.2 Influenţa condiţiilor de relief în amplasarea drumurilor

forestiere

1.3.3 Structura reţelelor de drumuri forestiere 1.3.4 Aspecte economice ale deschiderii pădurilor

1.4 Drumuri forestiere. Generalităţi şi noţiuni preliminare 1.4.1 Scurt istoric al drumurilor 1.4.2 Noţiuni de bază privind alcătuirea drumurilor forestiere 1.4.3 Interacţiunea vehicul – drum 1.4.4 Aderenţa roată – drum 1.4.5 Frânarea. Distanţa de frânare 1.4.6 Traficul rutier forestier 1.4.7 Vizibilitatea. Distanţa de vizibilitate 1.4.8 Adoptarea elementelor geometrice ale curbelor din condiţii de

dinamică vehicul –cale 1.4.9 Amenajări pentru combaterea efectelor forţei centrifuge

1.5 Puncte de capăt 1.6 Staţii şi bucle de întoarcere 1.7 Intersecţiile drumurilor forestiere cu drumuri sau căi ferate 1.8 Staţii de încrucişare

Capitolul II Geometria drumului 2.1 Drumul în plan orizontal

2.1.1 Curbe arc de cerc 2.1.2 Curbe de tranziţie 2.1.3 Serpentine

2.2 Drumul în plan vertical longitudinal 2.2.1 Generalităţi

2.2.2 Racordările verticale 2.2.3 Punctele de cotă obligată 2.2.4 Stabilirea poziţiei liniei proiectului

2.3 Drumul în plan vertical transversal 2.3.1 Elementele constitutive ale drumului în profil transversal

2.3.2 Profile transversale 2.3.3 Caracteristicile geometrice ale profilelor transversale

2.4 Amenajarea curbelor 2.4.1 Raze caracteristice 2.4.2 Supralărgirea 2.4.3 Racordarea profilelor transversale

Capitolul III Studiul traseului

3.1 Generalităţi 3.2 Recomandări şi orientări generale pentru stabilirea traseelor 3.3 Criterii în stabilirea traseelor

3.3.1 Criterii economice 3.3.2 Criterii tehnice

3.4 Etape în studiul traseului 3.5 Stabilirea traseelor pe planuri cu curbe de nivel

3.5.1 Procedeul axei zero 3.6 Trasarea directă 3.7 Clasificarea drumurilor în funcţie de criteriile legate de traseu

Capitolul IV Studiul mişcării pământului

4.1 Lăţimea amprizelor, suprafeţele taluzurilor şi culoarele de defrişat 4.2 Calculul suprafeţelor profilelor transversale 4.3 Calculul volumelor de lucrări terasiere 4.4 Cuantificarea mişcării pământurilor

4.4.1 Metoda „După tabel” 4.4.2 Epura Lalanne 4.4.3 Epura Bruckner

Capitolul V Infrastructura drumurilor

5.1 Elemente de geotehnică rutieră 5.1.1 Proprietăţile fizice ale pământurilor. Indicatori geotehnici 5.1.2 Coeficienţii de volum ai pământurilor 5.1.3 Indicatorii de fază 5.1.4 Alţi indicatori geotehnici 5.1.5 Alte proprietăţi fizice ale pământurilor 5.1.6 Proprietăţi mecanice 5.1.7 capacitatea portantă a terenului de fundare şi a terasamentelor 5.1.8 Împingerea pământului

5.2 Stabilitatea terasamentelor 5.2.1 Fenomene geodinamice în versanţi şi taluzuri

5.3 Lucrări de apărare – consolidare 5.3.1 Regimul hidrotermic al terasamentelor 5.3.2 Colectarea şi evacuarea apelor 5.3.3 Protecţia taluzurilor

Capitolul VI Suprastructura drumurilor forestiere

6.1 Definirea termenilor 6.2. Materialele de construcţie ale drumurilor forestiere 6.3 Funcţiunile corpului drumului 6.4 Tipuri caracteristice de sisteme rutiere 6.5 Starea de eforturi în suprastructura drumurilor 6.6 Clasificarea drumurilor în funcţie de tipul de suprastructură 6.7 Tehnologii de realizare a unor straturi rutiere 6.8 Dimensionarea sistemelor rutiere

Capitolul VII Alcătuirea proiectului de drumuri forestiere

7.1 Studiul tehnic de fezabilitate 7.2 Proiectul de execuţie

Capitolul VIII Întreţinerea drumurilor forestiere

8.1 Aprecierea stării drumurilor 8.2 Întreţinerea şi repararea drumurilor forestiere

Capitolul IX Poduri

9.1 Alcătuirea constructivă. Terminologie 9.2 Elemente hidrotehnice la poduri 9.3 Poziţionarea podului în traseul drumului forestier 9.4 Poduri de lemn 9.5 Calculul hidraulic al podurilor şi podeţelor 9.6 Protejarea infrastructurii podurilor

Partea a II-a CĂI FERATE FORESTIERE

Capitolul X Căi ferate forestiere

10.1 Generalităţi 10.2 Sistemul vehicul – cale. Condiţia de mişcare 10.3 Capacitatea de remorcarea a unui tren 10.4 Alcătuirea căii ferate 10.5 Vehicule feroviare forestiere

10.5.1 Vagoane 10.5.2 Locomotive

10.6 Construcţii şi instalaţii specifice căilor ferate forestiere 10.6.1 Staţiile 10.6.2 Ramificaţiile căii

10.7 Caracterul oscilant al mişcării materialului rulant

Partea a III-a INSTALAŢII CU CABLU

Capitolul XI Instalaţii cu cablu 11.1 Generalităţi

11.2 Alegerea traseului. Considerente tehnice 11.3 Cabluri

11.3.1 Proprietăţile mecanice ale cablurilor 11.3.2 Calculul static al cablurilor purtătoare 11.3.3 Calculul cablului trăgător

11.4 Calculul pilonilor şi staţiilor 11.4.1 Suporţii intermediari

BIBLIOGRAFIE

Partea I-a DRUMURI FORESTIERE Capitolul I Elemente introductive

Procesul de producţie forestieră cuprinde şi transportul forestier ca parte componentă. Acest tip de transport are propriile sale particularităţi fiind constituit, în

principal, din transportul de material lemnos, utilaje, personal silvic şi materiale de întreţinere şi de cultură a pădurilor.

1.1. Particularităţile transportului forestier Transportul forestier, poate fi terestru, pe apă, respectiv aerian şi este în genere asemănător transportului public, având doar o serie de deosebiri şi particularităţi specifice exploatării forestiere. Astfel:

• Prezintă importanţă precizarea dacă transportul are loc spre sau dinspre pădure, cele două feluri de transport fiind diferite în ceea ce priveşte traficul, viteza şi impunerile geometrice şi de structură ale drumului. Spre pădure se transportă: utilaje, oameni, materiale de întreţinere şi de cultură a pădurii. Dinspre pădure se transportă material lemnos şi alte produse ale pădurii. De regulă, transportul dinspre pădure comportă un tonaj mai mare decât cel spre pădure;

• Transportul forestier se desfăşoară, adesea, şi în afara pădurii (parţial); • Are un pronunţat caracter colector deoarece materialul ce se transportă

este foarte răspândit. Tot din acest motiv, transportul se desfăşoară în cadrul unor reţele;

• Foloseşte căile şi mijloacele de transport, la întreaga lor capacitate doar într-un sens (de la pădure).

• Are adesea un caracter periodic din cauza intervalelor lungi ce se scurg între două recoltări de material lemnos de pe o aceeaşi suprafaţă de pădure.

• Materialul transportat este voluminos, perisabil şi de greutate medie. • Traficul este scăzut. El poate creşte însă semnificativ în perioadele de

exploatare. Viteza de circulaţie este însă scăzută. Toate aceste particularităţi condiţionează o proiectare relativ specială a căilor de

transport forestiere

1.2. Alcătuirea şi organizarea transportului forestier

Transportul forestier se desfăşoară, mai ales, pe uscat şi mai puţin pe apă şi aerian. Pe uscat căile de transport sunt drumurile forestiere şi căile ferate forestiere. Pe apă se poate vorbi de transport cu plute sau alte ambarcaţiuni, iar aerian, transportul forestier este constituit din funicularele forestiere.

Cel mai ieftin este transportul pe apă. Apare, însă, problema cursurilor de apă navigabile care să se afle în vecinătatea fondurilor de exploatare. Transportul aerian este de asemenea ieftin ţi permite o accesibilizare a unor zone de relief foarte dificile, dar necesită investiţii mai mari de construcţie. Cel mai utilizat este însă transportul forestier rutier. Transportul feroviar forestiere se află actualmente într-un necontenit regres, deşi transportul propriu–zis pe calea ferată (fără a socoti investiţia iniţială) este mai ieftin ca cel rutier.

La toate acestea se adaugă instalaţiile provizorii de transport (drumuri de tractor, funiculare pasagere etc.).

O primă organizare a instalaţilor de transport este în reţele. Există reţele de colectare şi reţele de transport (propriu-zis).

1.2.1. Reţelele de colectare

Sunt reţele constituite din instalaţii provizorii (pasagere) de transport. Sunt ieftine şi

simple din punct de vedere tehnologic. Ele cuprind drumurile de tras, drumurile de alunecare, instalaţiile hidrotehnice, instalaţiile cu cablu etc.

Reţelele de colectare asigură transportul la distanţă mică, aşadar deplasarea lemnului (apropierea) de la locul de recoltare (de la cioată) până la o platformă primară aflată lângă o cale permanentă de transport.

Transportul în reţeaua de colectare are loc în interiorul pădurii şi poartă denumirea de „colectare” sau „scos-adunat-apropiat”.

1.2.2. Reţelele de transport Aceste reţele asigură transportul forestier propriu-zis şi cuprind căile permanente

de transport. Ele servesc la deplasarea lemnului de la platforma primară, (transportul la distanţă mare), unde se pregăteşte materialul lemnos pentru încărcare, până la centrele de prelucrare aflate lângă un drum public sau lângă un curs de apă navigabil.

Din punct de vedere economic, colectarea este mai scumpă decât transportul propriu-zis. Este deci necesar ca reţeaua de colectare să fie cât mai scurtă, în favoarea reţelei de transport propriu-zise.

Fig. 1.1 Reţele de colectare/transport

1. Care sunt particularităţile transportului forestier? Ce intră în componenţa acestui transport?

2. Ce sunt reţelele de colectare? 3. Daţi exemple de instalaţii provizorii de transport!

1.3. Deschiderea pădurilor 1.3.1 Generalităţi Accesibilizarea pădurilor se face prin reţeaua de colectare şi prin reţeaua

permanentă de transport, mai cu seamă prin reţeaua permanentă de drumuri. Desimea acestora conferă pădurii anumite grade de accesibilitate (deschidere).

Factorii de care depind amplasarea şi dimensionarea reţelei de transporturi forestiere sunt următorii (Ionaşcu,1995):

• Desimea instalaţilor de transport permanente existente (drumuri, căi ferate forestiere, instalaţii cu cablu);

• Sortimentele de lemn, sub aspectul formei şi dimensiunilor; • Direcţia şi sensul de deplasare a lemnului; • Tipurile şi caracteristicile mijloacelor de transport disponibile; • Condiţiile de relief; • Natura pământului;

• Caracteristicile suprafeţelor păduroase, sub aspectul amplasării, formei, dimensiunilor şi distribuţiei materialului lemnos;

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească o reţea de drumuri forestiere sunt următoarele:

• Să fie cât mai uniformă pe întreaga suprafaţă deservită; • Să deterioreze cât mai puţin pădurea; • Să aibă accesul asigurat la drumurile publice;

1.3.2. Influenţa condiţiilor de relief în amplasarea drumurilor forestiere Relieful este, cel mai adesea, factorul hotărâtor în amplasarea unei reţele de

drumuri forestiere. El înfăţişează „direcţiile naturale de scurgere a materialului lemnos”. Teoretic, cel mai bun traseu de drum forestier este cel care leagă pe linia cea mai scurtă, centrul de greutate al unei suprafeţe de exploatat cu locurile de destinaţie.

Regiuni de şes În astfel de regiuni, cu relief preponderent plan, terenul nu influenţează direcţiile de

transport şi se poate apela la reţele geometrizate care să ofere distanţe minime de la locurile de recoltare până la cele de desfacere. Se poate încerca suprapunerea drumurilor forestiere peste unele din liniile amenajistice (liniile somiere şi liniile parcelare) Dacă există condiţii hidrologice şi climatice favorabile, liniile amenajistice pot fi folosite ca drumuri de pământ. Dacă aceste condiţii nu sunt îndeplinite, va trebui să se facă o consolidare cu sisteme rutiere (Olteanu,1996).

Regiuni de munte Declivităţile mari cauzează o mare energie de relief, şi în consecinţă, va trebui să se

ţină seama în cel mai mare grad de direcţiile naturale de scurgere ale materialului lemnos. În principiu, reţeaua de drumuri forestiere va avea ca direcţii principale de

transport, direcţiile cursurilor de apă principale care vor constitui baza reţelei, la care se vor adăuga drumuri de culme şi de versant.

Se pot identifica următoarele situaţii (Bereziuc,1981): • Bazin hidrografic cu văi largi care permite amplasarea drumurilor pe văile

acestuia;

Fig. 1.2 Amplasarea reţelei de drumuri în bazine cu văi largi

• Bazin hidrografic cu versanţi laterali de lăţimi mijlocii (până în 1,5km) şi declivităţi mari;

Declivităţile mari ale versanţilor laterali impun realizarea unor drumuri ascensionale care debuşează în drumul axial din lungul văii principale.

Fig. 1.3 Amplasarea reţelei în bazine cu versanţi laterali de lăţimi mijlocii

declivităţi mari • Bazin hidrografic cu văi puţine cu declivităţi mari şi versanţi de lăţime

medie şi mare; Reţeaua va fi alcătuită dintr-un drum axial paralel cu cursul de apă principal şi

drumuri de versant etajate, paralele cu curbele de nivel. Legarea acestora de drumul axial se face prin „bretele” scurte având declivităţi mari.

Fig.1.4 Amplasarea drumurilor în bazine cu văi puţine, declivităţi mari şi

versanţi cu lăţimi medii şi mari Regiuni colinare În astfel de regiuni se întâlnesc zone cu caracteristic de munte dar şi zone ca

caracteristici de şes. Important este ce anume predomină. Cel mai adesea, direcţiile de transport nu sunt clar definite, astfel încât se ajunge să prevaleze legăturile avantajoase cu centrele de prelucrare şi de consum, în dauna caracteristicilor de relief (Olteanu, 1996). Se întâlnesc condiţii pentru amplasarea tuturor tipurilor de trasee (de vale, de culme şi de versant). Destul de des suprafaţa de pădure este fragmentată.

1.3.3. Structura reţelei de drumuri forestiere Prin termenul de „structură a reţelelor de drumuri forestiere” se înţelege gradul de

dezvoltare al acesteia, modul de dispunere a drumurilor şi modul de asociere a diferitelor categorii de drumuri care deservesc reţeaua. La noi în ţară sunt accesibilizate 4100000 ha de pădure (65%).

Indicii de structură oferă o imagine cantitativă privind modul de deschidere a pădurilor. Dintre aceştia menţionăm: distanţa medie de colectare, desimea reţelei, gradul de accesibilitate a masivului păduros şi proporţia de participare a diferitelor categorii de drumuri în cadrul reţelei.

Desimea reţelei Desimea (densitatea) sau indicele de desime – D cuantifică gradul de dotare cu

drumuri a unei păduri.

Se poate exprima prin distanţa dintre drumuri [m, hm, km], dar, mai ales, prin raportul dintre lungimea drumurilor şi suprafaţa păduroasă deservită [m/ha] (Bereziuc, 1981).

Distanţa medie de colectare Distanţa medie de colectare – d [m] este distanţa de apropiat. Fie situaţia reprezentată în figura de mai jos. Este vorba de o modelare prin

geometrizare a colectării.

Fig. 1.5 Distanţa de colectare, modelul geometrizat dreptunghiular d este perpendiculara din centru de greutate al zonei de colectare până la drum; e [m] – intervalul dintre două drumuri vecine; L [m] – lungimea suprafeţei deservite de un drum (presupusă dreptunghiulară); Atunci:

eeLLD 1

=⋅

= indicele de desime, conform definiţiei; (1.1)

D [m/m2] dar din raţiuni de comoditate se preferă exprimarea D [m/ha] şi va trebui modificată relaţia (1.1) cu o alta echivalentă:

eD 10000= (1.2)

Dar din figură 4ed = şi deci:

dD 1000025,0 ⋅= , în cazul suprafeţelor dreptunghiulare (1.3)

Sau, mai general:

dkD 10000⋅= , în care: (1.4)

k – coeficient de colectare (de apropiat); Pentru modelul geometrizat dreptunghiular: k=0,25 atunci când colectarea este bilaterală (ca în figura de mai sus); k=0,50 pentru colectare numai dintr-o parte a drumului; Pentru modelul geometrizat triunghiular: k=0,33, respectiv k=0,66 (d=e/3).

Fig. 1.6 Modelul geometrizat triunghiular

Atunci când nu se pot face modele geometrizate, coeficientul de colectare va trebui afectat cu corecţii ce ţin seama de declivitate, oblicitate, sinuozitate etc.

Indicele de accesibilitate Indicele de accesibilitate (procentul de deschidere)– A introdus de Backmund

completează indicele de desime care nu arată dacă deschiderea este sau nu omogenă, sub aspectul că s-ar putea ca la acelaşi indice de desime să existe părţi ale suprafeţei păduroase foarte diferit accesibilizate.

A=(suprafaţa deschisă/suprafaţa totală)x100 (1.5)

Fig. 1.7 Linii de interval şi benzi de deschidere Din (1.4) se determină distanţa dintre drumuri, corespunzătoare unei anumite

desimi D şi faţă de un anumit drum, de o parte şi de alta, la distanţa e/2 se trasează „liniile de interval” care delimitează „benzile de deschidere”.

1.3.4. Aspecte economice ale deschiderii pădurilor Consecinţele economice ale dotării pădurilor cu drumuri sunt, în general benefice.

Pe lângă asigurarea unei accesibilităţi corespunzătoare, se mai obţin şi condiţii favorabile pentru exploatare (reducerea cheltuielilor de exploatare, valorificarea masei lemnoase) şi protecţie a pădurilor. Toate aceste efecte pozitive sporesc dacă se proiectează reţele atent studiate, dacă se fac studii de optimizare.

Optimizarea poate fi orientată în mai multe direcţii (mai multe funcţii obiectiv). În general însă, se urmăreşte realizarea unei desimi optime a reţelelor de drumuri forestiere. Acest tip de optimizare se face din condiţia unor cheltuieli minime de transport. Se apreciază că desimea optimă s-ar situa în jurul valorii de 9…10 m/ha.

Cheltuieli de transport Principalele cheltuieli de transport sunt: de colectare, pentru construcţia drumurilor,

pentru întreţinerea drumurilor şi pentru transportul propriu–zis. Cheltuielile de colectare Cheltuielile de colectare – Cc sunt compuse din două părţi: o parte constantă

(încărcări-descărcări, stivuiri, legări) şi o parte variabilă care depinde de distanţa de colectare, de relief şi de cantitatea de lemn transportată.

Se operează cu distanţa de colectare – d care este de această dată o distanţă medie de colectare considerată din punctul de concentrare a masei lemnoase până în axul drumului (Ionaşcu,1995).

Cc=m⋅(C1+C2⋅d),) în care: (1.6)

m – volumul de masă lemnoasă transportată;; C1 – cheltuieli constante; C2 – cheltuieli variabile; Cheltuieli pentru construirea drumurilor Cheltuielile pentru construirea drumurilor – Cd au următoarea expresie: Cd=a⋅D, în care: (1.7) a [lei/m1 – amortismentul anual al investiţiei în raport cu lungimea drumului; D – indicele de desime; Cheltuieli pentru întreţinerea drumurilor Cheltuielile pentru întreţinerea drumurilor - Cî se evaluează cu următoarea relaţie: Cî=cî⋅D, în care: (1.8) cî – cost de întreţinere pe an şi metru; Cheltuieli pentru transportul efectiv Cheltuielile pentru transportul efectiv – Ct [lei/ha pădure] sunt cheltuieli pentru

încărcarea materialului lemnos, manipularea şi diverse deplasări (Ionaşcu, 1995); Ct=m⋅(c1t + c2t⋅d), în care: (1.9) c1t – cheltuieli constante [lei/m3 masă lemnoasă transportată]; c2t – cheltuieli variabile pentru transportul unui metru cub de lemn pe distanţa de

1m [lei/m3,m]; Desimea optimă Optimizarea se face punând condiţia ca suma tuturor cheltuielilor să fie minimă. Actualele procedee (analitic şi grafic) nu ţin seama şi de celelalte efecte (ecologice

şi sociale) ale înzestrării cu drumuri forestiere. Desimea medie la noi în ţară este actualmente de 6,2m/ha şi este mult mai scăzută

ca cea din alte ţări europene(Austria 36m/ha, Elveţia 40m/ha, Franţa 26m/ha, Germania 45m/ha). Cercetările indică o desime optimă fi între 9 şi 20m/ha. Astfel.: 12…20 (Amzică, 1971; Giurgiu, 1982), 13,3m/ha potrivit cercetărilor I.N.L., respectiv 9…10m/ha (R.N.P.).

Determinarea desimii optime prin metoda analitică Se porneşte de la premizele simplificatoare:

• Se ţine seama numai de cheltuielile variabile; • Se neglijează cheltuielile cu transportul propriu-zis;

Prin însumarea tuturor cheltuielilor se obţine o funcţie y, de o singură variabilă: D. y=m⋅c2⋅d + D⋅(a + cî) (1.10) Pentru a-i studia minimumul va trebui de anulat prima derivată: y, (D) = 0 (1.11)

( ) 010000 22 =

⋅⋅⋅−+

Dcmk

ca i

y..(D) = 3220000

Dcmk ⋅⋅

⋅ (1.12)

y..(D)>0 arată că extremul este un minim, ceea ce se caută. Din (1.11) rezultă valoarea desimii optime (Olteanu, 1996):

icacmk

D+⋅⋅

= 2100 [m/ha] (1.13)

Determinarea desimii optime prin metoda grafică Într-un sistem de axe de coordonate se ia în abscisă desimea şi în ordonată

costurile, se studiază grafic variaţia cheltuielilor de colectare şi a celor de construcţie şi de întreţinere şi se determină grafic minimumul totalului cheltuielilor.

Fig. 1.8 Metoda grafică de determinare a desimii optime (Bereziuc, 1981)

1. Care sunt condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească o reţea de drumuri forestiere? 2. Cum influenţează relieful reţeaua de drumuri? 3. Ce este structura reţelelor de drumuri forestiere? 4. Ce este indicele de desime? 5. Ce este indicele de accesibilitate? 6. Din ce sunt alcătuite cheltuielile de transport? 7. În ce constă metoda analitică de determinare a desimii optime? 8. În ce constă metoda grafică de determinare a desimii optime?

1.4. Drumuri forestiere. Generalităţi şi noţiuni preliminare

1.4.1. Scurt istoric al drumurilor Se va prezenta, mai întâi, istoricul drumurilor în general, nu numai al drumurilor forestiere.

Drumul trebuie pus în legătură cu inventarea roţii care a avut loc în jurul anului 5000 î.H. Cele mai vechi drumuri amintite în izvoarele istorice par să fi fost cele din Mesopotamia care se desfăşurau, se pare, din Iranul de astăzi până în estul Turciei apoi, drumurile ce legau Babylonul de Asia Mică (2000 î.H.), drumurile din Egipt, construite cu prilejul ridicării piramidei lui Kheops (3000 î. H.).

Primele prescripţii tehnice de drumuri par să dateze din jurul anilor 1000 î.H. şi au apărut în China. Puţin după aceea apar şi primele procupări pentru întreţinerea drumurilor în China, India şi Persia.

Cei mai mari ingineri de drumuri ai antichităţii au fost romanii care din secolul IV î.H. şi până la începutul erei creştine construiseră deja o reţea de 200000km. O serie de elemente tehnice de proiectare şi execuţie le datorăm romanilor (preferarea terasamentelor în umplutură, suprastructura stratificată – „sistem roman”).

Urmează o lungă perioadă în care nu s-au conemnat contribuţii la dezvoltarea tehnicii rutiere, până în secolul XVIII şi XIX când apar sistemele de construire a pietruirilor şi macadamului. Până atunci drumurile erau de pământ, cel mult acperite cu balast (şoseluite) şi se credea că este necesară o fundaţie solidă la baza căii.John Laudon Mac Adam (de unde şi denumirea de macadam) observă că nu fundaţia este importantă cât o împietruire din forme cât mai cubice de 4…6cm, bine compactată şi asigurată de scurgerea apelor. Astfel, Din această perioadă datează teoriile a trei constructori celebri de drumuri. Astfel, se ajunge la utilizarea pietrei sparte monogrnulare, concasată, repartizată uniform şi presată. El a plecat de la teoria din 1742 a lui Tresaguet care, la rândul lui, s-a bazat pe scrierile lui Jean Rodolphe Peronnet.

În 1830 exista deja în Franţa un secretar general al drumurilor care a fost, mai întâi Navier şi apoi Coriolis Aceasta a fost ultima etapă înaintea apariţiei automobilului care a impus exigenţe noi. La jumătatea secolului XIX apar pavaje în oraşe alături de podurile de lemn (drumuri îmbrăcate cu dulapi de lemn – vezi Podul Mogoşoaei, azi Calea Victoriei în Bucureşti, Podul calicilor, azi Calea Rahovei etc.). În 1854 se construieşte la Paris prima şosea asfaltată, iar în 1875 prima şosea din beton de ciment în Scoţia. În 1908 are loc la Paris primul Congres Mondial de Drumuri.

În limba română cuvântul drum provine din limba greacă – dromos. În ţara noastră distingem perioada drumurilor romane, ale căror urme se mai văd şi

astăzi pe alocuri, dar mai cu seamă o parte din drumurile actuale din Transilvania, Banat şi Oltenia sunt pe infrastructura sau, măcar, pe traseul parţial al unor drumuri romane.

Urmează şi la noi o lungă perioadă de regres, în care au predominat drumurile naturale şi cele de pământ, până în epoca Regulamentelor Organice când se face prima sistematizare a reţelei de drumuri în Moldova şi Ţara Românească. În celelate provincii româneşti existau deja astfel de sistematizări făcute de către administraţia austriacă.

Urmează perioada drumurilor pietruite, din 1868, când apare şi prima lege a drumurilor, care constituie începututul reţelei rutiere actuale.

Din 1932 începe perioada drumurilor moderne. Cât priveşte drumurile forestiere, la noi în ţară, s-au dezvoltat destul de tarziu.

Pentru început, căile de comunicaţii publice erau considerate suficiente pentru transporturile forestiere. Începând cu a doua jumătate a secolului XIX s-au dezvoltat căile de transport forestiere, dar mai ales, căile ferate forestiere, considerate atunci ca mult mai

avantajoase (relativa independenţă de vreme, cheltuieli de exploatare scăzute etc.). În prima parte a secolului XX s-a menţinut tendinţa de dotare a pădurilor, mai ales cu căi ferate foretsiere., dotarea cu drumuri făcându-se într-un ritm susţinut începând cu anii şaizeci. Deceniul 1960…1970 a fost cel mai activ, din punctul de vedere al dotării pădurilor cu drumuri. Tot atunci s-au perfecţionat tehnicile de trasare, s-a extins utilizarea proiectelor tip, au sporit tehnologiile care permiteau sporirea mecanizării etc. De asemenea, s-a fundamentat conceptul de „reţea de căi de transport”, s-au adâncit studiile privind structura reţelelor, s-au stabilit principiile privinddeschiderea pădurilor şi s-au fundamentat procedeele de determinare a desimii optime a drumurilor forestiere.

Actualmente, România are 32635 km drumuri forestiere. 1.4.2. Noţiuni de bază privind alcătuirea drumurilor forestiere

Aşa cum s-a mai spus, drumul este o cale de comunicaţie terestră. Orice cale de

comunicaţie este o fâşie de teren amenajată pentru a susţine vehiculele în circulaţie şi a le oferi o cale de rulare satisfăcătoare.

În ceea ce priveşte alcătuirea, drumurile forestiere nu diferă esenţial de drumurile publice. Ele sunt alcătuite dintr-o sumă de elemente geometrice şi structurale destinate rezolvării a două categorii de dificultăţi în circulaţia vehiculele forestiere:

• neregularităţile de relief; • dobândirea siguranţei şi confortului în circulaţie; Elementele constructive se regăsesc în infrastructura şi suprastructura drumurilor. Infrastructura cuprinde totalitatea lucrărilor şi elementelor constructive destinate a

susţine corpul drumului şi transmiterii către terenul de fundare a tensiunilor. De asemenea, cuprinde şi lucrările de artă adecvate (poduri, podeţe, viaducte, tuneluri) pentru realizarea continuităţii căii la parcurgerea diferitelor forme de relief.

Din infrastructură fac parte: • terasamentele (compuse din săpături şi umpluturi de pământ), ele reprezintă

totalitatea lucrărilor de pământ necesare modificării suprafeţei neregulate a terenului natural în scopul asigurării circulaţiei;

• lucrări de artă (poduri, podeţe, tuneluri). • sprijinirile (ziduri de sprijin, contraforţi etc.); • lucrările de asanare a amplasamentului sau a diverselor elemente

constructive ale drumului (în principal, drenuri); • lucrări de protecţie (pereuri, înierbări, cleionaje etc.); • lucrări de apărare – consolidare (şanţuri, rigole etc.);

Suprastructura este alcătuită din suprafaţa carosabilă (calea) consolidată, de

regulă, printr-un sistem rutier şi acostamentele care protejează calea. Calea împreună cu acostamentele formează platforma drumului.

Intersecţia unei suprafeţe verticale, ce trece prin mijloacele profilelor transversale ale drumului, cu suprafaţa superioară a platformei, defineşte axa drumului. Aceeaşi suprafaţă, la intersecţia cu suprafaţa terenului, formează traseul drumului. Tot prin termenul de traseu se înţelege, uneori, proiecţia axului drumului pe un plan orizontal.

Proiecţia orizontală a axei drumului se constituie în planul de situaţie al traseului. Acesta este o înşiruire de aliniamente care formează poligonul de bază, la care unghiurile dintre aliniamente sunt racordate prin arce de curbe, traseul definitiv devenind astfel, o înşiruire de aliniamente şi curbe.

Fig. 1.9 Planul de situaţie al traseului Proiecţia verticală a axei drumului (numită şi linie a proiectului, linie roşie sau

directriţă) intră în componenţa profilului longitudinal al drumului. Linia roşie este alcătuită din panouri caracterizate de lungime (pas de proiectare) şi

declivitate. Pasul de proiectare este distanţa măsurată pe orizontală între două puncte consecutive de schimbare a declivităţii. Declivitatea reprezintă înclinarea liniei roşii faţă de un plan orizontal. Panoul reprezintă distanţa dintre două puncte succesive de schimbare a declivităţii. Panourile orizontale se numesc paliere iar cele înclinate se numesc rampe - dacă drumul urcă, respectiv pante - dacă drumul coboară (sensul de parcurgere este sensul hectometrajului).

Alături de această proiecţie, în profilul longitudinal al drumului, se mai figurează şi linia terenului (numită şi linie neagră). Punctele de intersecţie, dintre linia neagră şi cea roşie, se numesc puncte de pasaj.

Prin plan de situaţie al drumului se înţelege proiecţia orizontală a tuturor construcţiilor şi amenajărilor drumului.

O secţiune verticală, perpendiculară pe axul drumului constituie un profil transversal al drumului. El poate fi în umplutură (rambleu sau împlinire), în săpătură (debleu), mixt (vezi Fig. 1.10) sau la nivelul terenului natural.

Părţile laterale înclinate din profilele transversale alcătuiesc taluzele. Ampriza (vezi Fig.1.13) include, atunci când este cazul, şi şanţurile de gardă, cu rol în captarea şi evacuarea apelor de pe versanţi care ameninţă drumul.

Fig. 1.10 Alcătuirea drumurilor forestiere. Profile transversale În figura de mai sus, punctul C reprezintă muchia taluzului, iar punctul D se

numeşte creasta taluzului. Punctul B este piciorul taluzului. Muchiile platformei mărginesc platforma drumului.

Banchetele, (vezi Fig. 1.10 şi 1.13) se prevăd la terasamentele de debleu adânci de peste 2m. Banchetele intermediare se folosesc la taluzurile de debleu adânci de peste 3m pentru a realiza o retragere în trepte a taluzurilor în scopul sporirii stabilităţii.

Fig. 1.11 Profilul longitudinal al drumului

Fig. 1.12 Planul de situaţie al drumului

Fig. 1.13 Profil transversal al drumului. Secţiune transversală Şanţul de gardă este un şanţ situat pe un versant în amonte de creasta unui taluz de

debleu sau la mică distanţă de de piciorul unui taluz de rambleu, cu scopul de a intercepta şi evacua apele din precipitaţii de pe versant.

Clasificarea drumurilor forestiere După importanţa economică:

• Drumuri magistrale (de categoria I-a). Deservesc grupe de unităţi de producţie (peste 10000ha) şi transportă peste 50000t pe an;

• Drumuri principale (de categoria a II-a); Deservesc unităţi de producţie (peste 1000ha) şi transportă între 5000 şi 50000t pe an şi se desfăşoară, adesea, în lungul văilor cursurilor de apă importante;

• Drumuri secundare (de categoria a III-a); Deservesc bazinete din cadrul unor unităţi de producţie (sub 1000ha) şi transportă sub 5000t pe an şi se desfăşoară, mai ales, de-a lungul văilor laterale;

Fig. 1.14 Reţea forestieră După modul de exploatare:

• Cu exploatare permanentă • Cu exploatare sezonieră. Se evită perioadele foarte umede;

• Care este alcătuirea unui drum în profil transversal? • Cum pot fi clasificate drumurile forestiere? • Ce sunt drumuile magistrale? Dar cele principale? • Ce este infrastructura drumului? Dar suprastructura? • Ce se înţelege prin planul de situaţie al drumului? • Ce este traseul drumului? • Ce este linia roşie? Dar linia neagră ? • Ce sunt acostamentele? Dar ampriza? • Ce este muchia taluzului? Dar piciorul taluzului? • Ce este platforma drumului?

1.4.3. Interacţiunea vehicul – drum Cunoaşterea interacţiunii vehicul – drum este importantă pentru proiectarea, mai cu

seamă, a suprastructurii drumului, adică pentru găsirea celor mai adecvate amenajări necesare siguranţei şi confortului în circulaţie. Există două tipuri de mişcări ale vehiculului, din punctul de vedere al dinamicii acestuia:

• Mişcarea de regim, care este mişcarea cu viteză uniformă (constantă); • Mişcarea variată, care este mişcarea cu viteză variabilă; Pentru simplificarea studiului dinamicii interacţiunii vehicul – drum, se acceptă ca

vehiculul să fie reprezentat printr-o roată, iar rezistenţele care apar, se va considera că acţionează în centrul roţii.

Există roţi trase care se rotesc sub acţiunea unei forţe aplicate în axul lor, şi roţi motoare care se rotesc sub acţiunea unui moment activ (cuplu motor). Roţile trase se mai numesc neantrenate, directoare, purtătoare

Forţe generate la contactul dintre vehicul şi drum Aceste forţe apar pe suprafaţa urmei roţii. Ea este elipsoidală dar poate fi

considerată, în mod aproximativ, circulară.

Fig. 1.15 Urma roţii simple şi duble Astfel, forţele ce apar pe urma roţii sunt:

• Forţe verticale provenite din sarcini statice sau dinamice. Ele solicită drumul şi în adâncime;

• Forţe orizontale (tangenţiale) care pot fi longitudinale (cele de tracţiune şi cele de frânare) şi transversale (cele ce apar în curbe). Forţele orizontale solicită doar straturile superioare ale sistemului rutier.

Forţa de tracţiune - Ftr Forţa de tracţiune face posibilă deplasarea vehiculului doar dacă depăşeşte toate

rezistenţele ce se opun deplasării. Ea depinde de puterea motorului – N[kW] şi de viteza de circulaţie v[km/oră].

Astfel, relaţia de calcul a forţei de tracţiune este:

vNFtr

η⋅⋅=

360 , în care: (1.14)

η reprezintă un coeficient de randament ce ia valori între 0,85 şi 0,95; Rezistenţe întâmpinate de vehiculul în mişcare Rezistenţa la rulare (tracţiune) - Rt Sub acţiunea sarcinii verticale – P se produce o deformare a suprafeţei drumului,

mărginită de pragul de deformaţie care trebuie escaladat Rezistenţa de rulare este o rezistenţă din mişcarea de regim şi provine din aceste

deformări (denivelări) ale drumului, dar şi din deformaţia elastică a pneurilor, frecarea dintre fus şi bucşe şi frecarea de rostogolire dintre roată şi cale. Frecarea dintre fus şi bucşe poate fi neglijată, ea reprezentând abia 0,2% din încărcarea pe roată. Rezistenţa la tracţiune se constituie, de fapt, într-un cuplu rezistent.

Rezistenţa la tracţiune în palier este reprezentată de forţa care se opune scoaterii vehiculului din starea de repaus.

Fig. 1.16 Parametrii geometrici şi mecanici ai apariţiei rezistenţei din rulare Din figura de mai sus se observă că: tgα=Rt/P≅a/r ⇒ Rt=P⋅a/r; Fie a/r=t, unde: t reprezintă coeficientul de rezistenţă la tracţiune;

Atunci: Rt=P⋅t (1.15) Coeficientul de rezistenţă la tracţiune (rulare)depinde de

• Tipul îmbrăcăminţii rutiere (ex. îmbrăcăminţi moderne: t=0,01…0,03; pietruiri: t=0,03…0,05; drumuri de pământ: t= 0,07…0,15);

• Caracteristicile mecanice ale roţii; coeficientul – t este mai mare pentru roata motoare, din cauza deformaţiei suplimentare a pneului, cauzată de cuplul motor ; cu cât pneul este mai rigid cu atât va scădea rezistenţa la tracţiune, deoarece deformarea pneului va fi mai mică;

• Viteza de circulaţie; Creşterea vitezei determină apariţia încărcărilor dinamice (şocurile) care produc importante pierderi de energie; Pentru viteze de circulaţie de până la 50km/oră (aşadar regimul de viteză care interesează drumurile forestiere) coeficientul de rezistenţă la tracţiune rămâne constant;

Rezistenţa din declivitate - Ri Parametrii mecanici ai rezistenţei din declivitate

Fig. 1.17 Parametrii mecanici ai apariţiei rezistenţei din declivitate Din figura de mai sus se observă că: Ri= P⋅sinα: Acestei rezistenţe i se adaugă, necondiţionat, rezistenţa din rulare: Rt=Pcosα⋅t În rampă rezistenţa va fi: Rt+Ri = P(tcosα+sinα) În pantă rezistenţa totală va fi: Rt – Ri = P(tcosα - sinα) Dar deoarece unghiul α este suficient de mic, putem scrie că : sinα ≅ tgα = i, iar cosα =1, în care: i reprezintă declivitatea exprimată prin tangenta trigonometrică a unghiului de

înclinare, care fiind mic (20…60) poate fi aproximat cu tangenta. Atunci: Rt + Ri = P(t ± i) (1.16) Mai sunt si alte rezistenţe dar de importanţă mai mică pentru drumurile forestiere,

dat fiind vitezele de circulaţie destul de reduse. Dintre acestea menţionăm rezistenţa opusă de aer – Ra şi rezistenţele în mişcarea variată.

Rezistenţa aerului - Ra Este cauzată de presiunea aerului din faţa vehiculului în mişcare, de forţele de

frecare ale aerului pe suprafeţele laterale ale vehiculului şi de subpresiunea (sucţiunea) aerului rarefiat din spatele vehiculului. Rezistenţa aerului creşte cu suprafaţa frontală a vehiculului şi cu densitatea aerului şi poate fi considerată, cu precizie satisfăcătoare, că este egală cu pătratul vitezei.

Relaţia de calcul pentru această rezistenţă este:

2vscRa ⋅⋅= , în care: c – coeficient aerodinamic ce depinde de forma caroseriei şi de rugozitatea acesteia

(c=0,001…0,01); s – suprafaţa frontală a vehiculului (s=1,5…3 pentru autoturisme şi 3…6 pentru

autocamioane); v – viteza de circulaţie [m/s]; 1.4.4 Aderenţa roată – drum - Fad

Aderenţa roată – drum este esenţială pentru deplasarea vehiculului rutier. Fie Pr încărcarea ce o transmite o roată drumului; Fie ϕ coeficientul de aderenţă dintre roată şi drum; Fie Pad = ΣPr Atunci: Fad = Pad⋅ϕ (1.17) Fad reprezintă forţa de aderenţă dintre vehicul şi drum Faţă de cele de mai sus se pot scrie condiţiile de mişcare ale vehiculului: 1. Condiţia ca roata să ruleze: Ftr ≥ R, în care: (1.18) R reprezintă rezistenţa totală la deplasare ( 21 RRRRRR ait ±±+±= ); 2. Condiţia de a nu apărea patinare (învârtirea în loc a roţii neurmată de vreo

deplasare): Ftr ≤ Fad; (1.19) Aşadar, condiţia generală de circulaţie a vehiculului devine: Fad ≥ Ftr ≥ R (1.20) Tabel 1.1 Aderenţa diferitelor tipuri de îmbrăcăminţi

Tipul îmbrăcăminţii

Starea îmbrăcăminţii

Coeficient de aderenţă pneuri Presiune ridicată presiune redusă

Beton de ciment Uscată Umedă

0,60…0,70 0,70…0,80 0,35…0,45 0,45…0,55

Îmbrăcăminte asfaltică

Uscată Umedă

0,50…0,70 0,70…0,80 0,35…0,45 0,45…0,55

Piatră spartă Uscată Umedă

0,50…0,60 0,60…0,70 0,30…0,40 0,40…0,50

Drum de pământ Uscată Umedă

0,40…0,50 0,50…0,60 0,20…0,40 0,30…0,45

Drum cu zăpadă Bătătorită Afânată

0,15…0,20 0,20…0,25 0,20…0,30 0,20…0,40

Rugozitatea suprafeţei de rulare este în funcţie de microtextura acesteia.

Microtextura intervine pentru aderenţe la viteze mici, calculul distanţei de oprire şi combaterea derapajului.

1.4.5 Frânarea. Distanţa de frânare

Frânarea este un proces în care intervine frecarea între saboţi (sau, după caz plăcuţe sau/şi tamburi) şi roată pe de o parte - Ff, respectiv frecarea dintre roată şi drum - Ffr.

Pentru a nu se produce blocarea roţii însoţită de lunecarea acesteia, este necesar: Ffr ≥ Ff , în care: (1.21) Ffr = Pf⋅⋅ϕ,, unde Pf este greutatea roţii frânate; ϕ, este coeficientul de frecare prin frânare; Distanţa de frânare - df Distanţa de frânare se determină prin egalarea lucrului mecanic de frânare cu

variaţia energiei cinetice a vehiculului, provocată de frânare.

Ffr⋅df = 2

22

21 vvm −

⋅

Ffr = m⋅g⋅ϕ,

⇒ df = ,

22

21

2 ϕ⋅−

gvv (1.22)

Dacă determinăm distanţa de frânare din condiţia de oprire a vehiculului, şi nu de încetinire a acestuia, ca mai sus, atunci v2 = 0 şi deci:

,

21

254ϕvd f = (1.23)

Coeficientul 254 apare datorită faptului că distanţa de frânare a fost exprimată în metri, viteza în kilometri pe oră, iar pentru acceleraţia gravitaţională – g s-a luat valoarea de 9, 805 m/s2.

1.4.6 Traficul rutier forestier

Prin trafic rutier se înţelege totalitatea vehiculelor ce se deplasează pe un drum sau pe o reţea de drumuri. Caracteristicile traficului rutier sunt:

• Componenţa ; • Intensitatea; • Viteza de circulaţie; • Caracteristicile constructive al vehiculelor;

Componenţa traficului Pe drumurile forestiere se transportă lemn rotund, despicat, tocătură, mangal,

produse accesorii ale pădurii (fructe, răşină, coajă), mărfuri necesare aprovizionării şi întreţinerii, muncitori şi personal administrativ.

Vehiculele forestiere au puterea între 100 şi 235kW şi sunt echipate cu motoare Diesel şi suprastructură special concepută pentru transportul lemnului rotund sau despicat. Pentru alte tipuri de lemn sau produse accesorii se folosesc autovehicule obişnuite.

Descrierea principalelor tipuri de autovehicule pentru transportul forestier

• Autovehicule obişnuite cu capacitate de transport între 8 şi 18t, din care fac parte

autocamioanele cu sau fără remorcă şi autofurgonetele;

• Autovehicule forestiere (A.T.F.)

Fig. 1.18 A.T.F. Sunt alcătuite dintr-un autotractor de 100…235kW şi o autoremorcă sau semiremorcă de lungime variabilă cu osie simplă sau dublă pentru a transporta 18..30t. Sunt specializate pentru lemn rotund sub formă de trunchiuri sau catarge. La acest tip de vehicule este necesară o încărcare echilibrată pe roţi.

• Autoplatforme forestiere (A.P.F.) Aceste vehicule au un caracter universal.

Fig. 1.19 A.P.F. Autovehiculele forestiere şi autoplatformele forestiere dispun de instalaţii de încărcare a lemnului (trolii, macarale hidraulice).

Pentru produsele pietroase (de carieră şi de balastieră) se folosesc autobasculnte cu capacitatea de încărcare de 10,5t şi 16t.

Intensitatea traficului foloseşte la dimensionarea sistemelor rutiere. Prin intensitatea traficului se înţelege numărul de tone sau de vehicule ce trec

printr-o secţiune de drum în ambele sensuri în 24 de ore. Vehiculul etalon este o altă noţiune cu care operează intensitatea traficului,

deoarece în dimensionarea sistemelor rutiere toate vehiculele reale se transformă în vehicule etalon prin echivalare. Acesta este vehiculul A13 care are următoarele caracteristici:

• sarcina pe osia din spate de 91kN; • presiunea specifică pe urma roţii de 0,5Mpa; • diametrul cercului de contact de 34cm;

Principiul de echivalare folosit la administraţia forestieră română, este următorul: Două traficuri sunt echivalente dacă provoacă drumului o aceeaşi deformaţie. În transporturile forestiere intensitatea traficului diferă mult pe parcursul unui an, în funcţie de activităţile silviculturale şi de exploatare. De aceea sunt importante, mai mult ca la transportul public, particularităţile vehiculului. Desigur, intensitatea traficului diferă şi după categoria de drum.

Intensitatea şi componenţa traficului se stabilesc prin recensământul circulaţiei care constă îînregistrarea tuturor vehiculelor ce trec printr-o secţiune de drum într-un interval stabilit.

Se definesc următoarele viteze: Viteza de proiectare este viteza maximă care asigură parcurgerea, în condiţii de siguranţă şi confor

a celor mai dificile sectoare le drumului, în ipoteza că starea îmbrăcăminţii rutiere este bună iar condiţiilatmosferice, favorabile.

Viteza de bază este valoarea cea mai redusă a vitezei de proiectare (drumurile lungi au, de regulămai multe viteze de proiectare).

Viteza de circulaţie este viteza medie cu care se deplasează, pe un parcurs, vehiculele dintr-un flude circulaţie. Ea depinde de caracteristicile dinamice ale vehiculului, dar şi de caracteristicile geometrice şconstructive ale drumului.

Se calculează ca medie armonică a vitezelor vehiculelor:

i

c

tn

LvΣ

=1

6,3 [km/oră], în care:

L reprezintă lungimea parcursului; ti reprezintă timpii de mers ai celor n vehicule; Viteza de circulaţie poate fi de trei tipuri: economică, medie tehnică, şi comercială. Viteza economică este în funcţie de factorii dinamici ale tuturor treptelor din cutia de viteze, la car

se adaugă valoarea coeficientului total de rezistenţă a drumului, în aşa fel încât să poată fi valorificatcalitatea dinamică a vehiculului.

Viteza medie tehnică reprezintă raportul distanţă/timp, la evaluarea timpului intrând şi aşteptarea îintersecţii, şi timpul necesar pentru depăşiri, staţionări şi eventuale defectări.

Principalele caracteristici ale vehiculelor care influenţează proiectarea drumurilor forestiere Puterea vehiculului care trebuie să fie de cel puţin 100kW. Vehiculele trebuie să aibă două pun

motoare (tracţiune faţă şi spate) pentru a putea trece peste zone dificile de drum. Sarcina maximă pe osie este de:

• 10t/osie simplă şi 16t/osie dublă la drumurile naţionale deschise traficului internaţional; • 8t/osie simplă şi 14,5t/osie dublă la drumurile modernizate; • 7,5t/osie simplă şi 12t/osie dublă la drumurile pietruite;

1.4.7 Vizibilitatea. Distanţa de vizibilitate – D0 Asigurarea vizibilităţii este o problemă de siguranţa circulaţiei. Prin distanţă de vizibilitate se înţelege distanţa pe care trebuie asigurate condiţiile

de vizibilitate. Ea se determină din condiţia de oprire a vehiculului (distanţa de vizibilitate trebuie să fie mai mare decât distanţa de oprire a vehiculului).

Fig. 1.20 Distanţa de vizibilitate În figura de mai sus notaţiile au următoarea semnificaţie: s1 – spaţiu de percepţie – reacţie ( spaţiul parcurs de vehicul în 0,75…1,5 secunde); s0 - spaţiu de siguranţă (5…10m); Deci: D0 = 0,278⋅v + 0,0125⋅v2 + 5 [m] (1.24) Vizibilitatea în curbe

Acest concept operează cu trei noţiuni proprii: rază de vizibilitate (rază vizuală), curbă de vizibilitate şi câmp de vizibilitate.

Raza vizuală este în lungul corzii întinse între vehicul şi obstacol (vezi figura de mai jos).

Raza vizuală se poate lua egală cu distanţa de vizibilitate. În figura de mai jos, se observă că vehiculul se consideră că ar rula la distanţă de 1,5m de conturul interior al părţii carosabile. În concavitatea curbei este necesară eliminarea tuturor obstacole susceptibile de a obstrucţiona vizibilitatea. O atenţie deosebită trebuie acordată în debleuri când va trebui ca săpătura să fie sporită numai pentru a asigura vizibilitatea.

Înfăşurătoarea razelor vizuale descriu curba de vizibilitate. Câmpul de vizibilitate este mărginit de curba de vizibilitate.

Fig. 1.21 Curba de vizibilitate şi câmpul de vizibilitate În cazul porţiunilor de drum în debleu se poate merge până la sporirea amprizei,

deci a porţiunii săpate, tocmai pentru asigurarea vizibilităţii

Ll

Fig. 1.22 Sporirea săpăturii la drumurile în debleu

Vizibilitatea în profil în lung Dificultatea privind vizibilitatea în profil în lung, apare la racordările convexe ale

acestuia (vezi figura de mai jos). Raza vizuală se obţine unind ochiul conducătorului auto, considerat a fi la 1,20m deasupra suprafeţei carosabilului cu un obstacol, considerat a se afla la înălţimea de 0,20m. Se dau mai multe poziţii ale vehiculului şi obstacolului, distanţa dintre ele rămânând constantă (egală cu distanţa de frânare – D0). Înfăşurătoarea acestor raze vizuale va da, şi aici, tot curba de vizibilitate.

Fig. 1.22 Vizibilitatea în profil în lung Coordonarea elementelor geometrice plan – profil în lung, va diminua, în câmpul

vizual al utilizatorului, inflexiunile şi modificările aparente de curbură.

• Care sunt rezistenţele care apar la deplasarea vehiculului pe un drum? • Ce este forţa de aderenţă? De ce depinde valoarea acesteia? • Care este condiţia de circulaţie ? • Ce este viteza de proiectare? • Cum se determină vizibilitatea în curbe? Dar în profil longitudinal? • Ce este distanţa de vizibilitate? • Ce este câmpul de vizibilitate? Dar curba de vizibilitate? • Ce este raza vizuală ? • Ce se înţelege prin intensitatea traficului? • Ce este mişcarea de regim? Dar cea variată?

1.4.8 Adaptarea elementelor geometrice ale curbelor din condiţii de dinamică vehicul - drum Înscrierea vehiculelor în curbă Deoarece în curbă vehiculul ocupă o lăţime mai mare din suprafaţa platformei, este

necesară supralărgirea acesteia. Aceasta deoarece la parcurgerea curbei, roţile vehiculului descriu arce cu raze diferite: roata interioară a osiei din spate descrie curba cu raza cea mai mică, iar roata exterioară a punţii din faţă descrie curba cu raza cea mai mare. Punctul A de la extremitatea exterioară din faţă a caroseriei, descrie curba cu raza cea mai mare şi determină mărimea supralărgirii (vezi Fig 1.23).

Fig. 1.23 Înscrierea vehiculului în curbă Se observă că: Re=Ri + c + e, unde: c - lăţimea caroseriei; e – supralărgire bandă; l – distanţa dintre osia din spate şi paralela la această distanţă ce trece prin punctul A; De asemenea:

eei

eee R

lcRRR

leeReRel22

2)2(22

2 −−=⇒⋅

=⇒⋅≡−⋅=

Supralărgirea se dă pe partea interioară a curbei, din raţiuni economice dar, la nevoie, se poate da şi simetric axului căii sau chiar pe partea exterioară. Supralărgirea are aceeaşi pantă transversală cu calea. Valoarea ei este în funcţie de viteza de proiectare şi de raza curbei, cu condiţia ca raza să fie mai mică de 300m. Vehiculul avut în vedere este ATF 20, care are gabaritul cel mai mare dintre toate vehiculele aflate în dotarea parcului auto forestier. Supralărgirea se menţine constantă pe întreaga lungime a curbei circulare şi se racordează pe aliniamentele care încadrează curba, pe câte 10m.

Fig. 1.24 Supralărgirea căii în curbă 1.4.9 Amenajări pentru combaterea efectelor forţei centrifuge Forţa centrifugă – C Forţa centrifugă poate provoca derapaj sau chiar răsturnarea vehiculului. Se determină cu relaţia:

RvP

RgvP

RvmC

⋅⋅

=⋅⋅

=⋅

=127

222

, în care: (1.25)

C [daN]; v [km/oră]; P [daN] – greutatea vehiculului; R [m] – raza curbei. Derapajul în curbe Condiţia pentru a nu avea derapaj:

C≤P⋅f ⇔ R

vffPR

vP⋅

≥⇔⋅≤⋅⋅

127127

22

, unde: (1.26)

f este coeficientul de frecare între pneu şi carosabil; Acesta are valori în funcţie de starea şi tipul îmbrăcăminţii carosabilului. Pe îmbrăcăminte acoperită cu noroi sau cu polei, valoarea coeficientului de frecare poate scădea foarte mult, până către 0,03. de asemenea coeficientul scade şi cu creşterea vitezei. Un bun coeficient de frecare este de 0,10…0,15. Dacă depăşeşte aceste valori, curba începe să fie resimţită de călători, diminuându-se deci, confortul şi ajungându-se, în cazul unor îmbrăcăminţi foarte rugoase, să dea senzaţia că vehiculul e pe cale să se răstoarne. Din acest motiv, depăşirea unor astfel de valori ale coeficientului de frecare impune înclinarea transversală a carosabilului către interiorul curbei. Astfel, mai precis, pentru confort va trebui să nu se conteze pe valoarea maximă a lui f ci numai pe valoarea unui coeficient φ<f. experimental s-a constatat că:

φ=0,10 – curba nu este resimţită; φ=0,15 – curba se resimte slab; φ=0,20 – apare o senzaţie neplăcută pentru utilizatori; φ=0,30 – curba pare periculoasă, lăsând impresia iminenţei răsturnării, raportul f /φ are semnificaţia unui coeficient de siguranţă la derapaj. Coeficientul 127 apare din unităţile de măsură neomogene ce apar în relaţie şi din

valoarea acceleraţiei gravitaţionale inclusă în relaţie. Supraînălţarea Constă în ridicarea părţii exterioare a curbei şi se face pentru combaterea

derapajului, respectiv sporirea confortului.

Fig. 1.25 Forţele pe un profil transversal supraînălţat al unei curbe În acest caz condiţia de a nu avea derapaj devine: f⋅(P⋅cosα + C⋅sinα) +P⋅sinα ≥ C⋅cosα (1.27) Împărţim relaţia de mai sus prin cosα, notăm tgα = it (înclinarea transversală a

drumului, considerăm it⋅f ≅ 0 şi obţinem: C ≤ P⋅(f + it) (1.28) De aici rezultă şi raza minimă din condiţia de a nu avea derapaj:

( )tifvR

±⋅≥

127

2

min (1.29)

Semnul “–„ este pentru deverul negativ. Prin definiţie, deverul pozitiv este panta transversală a drumului care se opune derapajului.

Răsturnarea vehiculului în curbe Situaţia care poate conduce la răsturnarea vehiculului este prezentată în figura de

mai jos:

Fig. 1.26 Compunerea forţelor care pot conduce la răsturnarea vehiculului în curbă În figura de mai sus e este ecartamentul; h este înălţimea la care este situat

centrul de greutate. Vehiculul se răstoarnă atunci când rezultanta R trece dincolo de punctul A.

Condiţia de stabilitate constă în satisfacerea inegalităţii: momentul faţă de punctul A al forţelor care contribuie la stabilitate să fie mai mare decât cel al forţelor care pot provoca răsturnarea.

Rv

heh

RvPeP

⋅≥⇔⋅

⋅⋅

≥⋅12721272

22

(1.30)

Punând într-o singură rlaţie şi răsturnarea şi derapajul, rezultă:

Rgvf

hb

⋅≥≥≥

2

2ϕ ;

Adică, îndeplinirea condiţiei de stabilitat la derapaj implică şi îndeplinirea condiţiei de stabilitate la răsturnare.

La curbele cu rază de peste 170m nu este nevoie de supraînălţare, indiferent de viteza de circulaţie (care nu poate depăşi 50km/oră la drumurile forestiere).

1.5 Puncte de capăt Punctele iniţiale ale drumurilor forestiere se află pe alte drumuri forestiere sau

publice cu care se racordează, sau pe platformele unor centre de prelucrare sau preindustrializare care, la rândul lor, se află în vecinătatea unei căi de comunicaţie.

Punctele finale se găsesc în interiorul pădurii, pe platformele primare amenajate în vederea încărcării materialului lemnos sau într-o staţie de întoarcere sau o buclă.

Drumurile forestiere pot avea ambele capete pe reţeaua rutieră de transport forestier în cazul în care fac legătura între două bazine.

Racordarea drumurilor forestiere cu drumurile publice se face sub un unghi a cărui valoare se stabileşte astfel:

• racordarea către ambele sensuri ale unui drum public se face sub un unghi cât mai apropiat de 900 (vezi figura de mai jos);

Fig. 1.27 Racordarea către ambele sensuri ale unui drum public

• racordarea către un singur sens se face sub un unghi cât mai mare (vezi figura de mai jos);

Fig. 1.28 Racordarea către un singur sens al unui drum public În zona de platformă comună se adoptă declivitatea drumului existent şi se asigură

scurgerea apelor. Joncţiunea drumurilor forestiere cu o cale ferată forestieră se face, de regulă, în cea

mai apropiată staţie de cale ferată în care se asigură condiţiile de încărcare – descărcare, condiţiile de platformă etc.

Joncţiunea cu un curs de apă navigabil sau flotabil se poate face cu condiţia amenajării unor locuri de depozitare, a unor instalaţii pentru încărcarea şlepurilor şi/sau a plutelor.

1.6 Staţii şi bucle de întoarcere Staţiile de întoarcere se amplasează, de regulă, la capătul iniţial al drumului

forestier, dar se pot amplasa şi pe parcurs, dacă sunt şi vehicule care fac colectare pe parcurs şi nu trebuie să se deplaseze până la capăt.

Forma staţiilor de întoarcere este dreptunghiulară cu dimensiuni 12…20 x 20…40m, iar declivitatea nu trebuie să depăşească 4%, excepţional 8%.

Buclele de întoarcere (vezi figura de mai jos) seamănă cu serpentinele, dar nu au nevoie să învingă vreo diferenţă de nivel.

Fig. 1.29 Buclă de întoarcere

La întoarcere vehiculele se deplasează cu viteză redusă(≈10km/oră) şi se adoptă elemente geometrice în consecinţă.

1.7 Intersecţiile drumurilor forestiere cu drumuri sau cu căi ferate În principiu, trebuie evitate. Dacă nu se pot evita, se va asigura un unghi al intersecţiei cât mai aproape de 900 ,dar de min. 450, excepţional 300. 1.8 Staţii de încrucişare Se amplasează în locuri cu vizibilitate cât mai bună. Pentru drumuri cu o singură bandă, aceste staţii au dimensiunea 5,50…6,00 x 20,00m. Distanţa între ele trebuie să fie de 300…400m. Din condiţii de vizibilitate, staţiile de încrucişare pot fi amenajate şi în curbe. Banda suplimentară se amplasează pe partea dreaptă a drumului în sensul transportului în gol şi se consolidează cu un sistem rutier mai uşor decât pe restul drumului.

Fig. 1.30 Staţie de încrucişare

• Care este principala amenajare a drumului pentru înscrierea vehiculului în curbă?

• Cum se produce derapajul vehiculelor în curbe? • Cum se produce răsturnarea vehiculelor în curbe? • Care sunt punctele iniţiale şi finale ale drumurilor forestiere? • Ce este o buclă de întoarcere? • Cum se amenajează intersecţia unui drum forestier cu un drum public? Dar

cu o cale ferată? • Ce este o staţie de încrucişare? • Cum se asigură încrucişarea a două vehicule?

Capitolul II Geometria drumului

Datorită desfăşurării sale spaţiale, drumul poate fi studiat mai uşor prin intermediul

proiecţiilor sale orizontale, verticale longitudinale şi verticale transversale.

2.1 Drumul în plan orizontal

În plan orizontal, drumul se înfăţişează ca o sumă de aliniamente ce formează poligonul de bază. Segmentele poligonului de bază se racordează prin arce de curbă. Aceste racordări sunt, de regulă, interioare unghiului dintre aliniamentele adiacente. Numai dacă există unghiuri mai mici de 40g este necesar să se facă racordare exterioară, obţinându-se astfel, o serpentină.

Fig. 2.1 Racordarea unghiurilor poligonului de bază

Între curbele de sens contrar este obligatorie introducerea unui aliniament (aliniament de redresare), pentru siguranţa şi confortul circulaţiei. Acest aliniament este de minimum 1,4v, unde v reprezintă viteza de circulaţie. Aşadar, acest aliniament reprezintă spaţiul parcurs de vehicul în 5 secunde şi se justifică prin necesitatea ca vehiculul să nu se afle simultan pe două curbe de sensuri diferite. În cazuri justificate se acceptă şi lungimi de 8,5m pentru aliniamentele de redresare, dar se reduce corespunzător viteza (restricţie de viteză).

Curbele de racordare pot fi arce de cerc (curbe circulare) sau curbe progresive. Şi unele şi celelalte sunt nişte abateri geometrice proiectate deoarece sporesc rezistenţele la circulaţia vehiculelor rutiere, iar amenajările ce se proiectează nu le pot anula în toate cazurile.

2.1.1. Curbe arc de cerc

Elementele curbelor arc de cerc Aceste elemente (vezi figura de mai jos) sunt:

• α - unghiul la centru al curbei arc de cerc; • β - unghiul dintre aliniamentele adiacente; • L= eiTT - lungimea curbei; • T = VTi = VTe – tangenta; • B=VM – bisectoarea; • TiF=x – abscisa mijlocului curbei; • FM=y – ordonata mijlocului curbei; • VTiO – sistemul de coordonate în care este reprezentată curba; • TiV – abscisa; • TiO – ordonata;

Fig. 2.2 Elementele principale al unei curbe circulare Se pot deduce următoarele relaţii:

22αβ tgRctgRT ⋅=⋅= (2.1)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅= 1

2sec1

2cos αβ RecRB (2.2)

g

gRL200

απ ⋅⋅= (2.3)

xRRFTi =⋅=⋅=2

sin2

cos αβ (2.4)

yRRFM =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=

2cos1

2sin1 αβ (2.5)

Lungimea minimă a unei curbe circulare este egală cu spaţiul parcurs în cinci

secunde (considerat suficient pentru încadrarea vehiculului). Dacă exprimăm viteza în km/oră, iar lungimea minimă a curbei în metri, atunci:

Lmin=1,4⋅v Aliniamentul de redresare este tot 1,4⋅v, excepţional 10m.

Raza minimă a curbelor circulare se poate determina din condiţie de derapaj sau din condiţie de înscriere a vehiculului în curbă.

Trasarea curbelor arc de cerc Trasarea este o operaţiune ce se face în teren după o serie de considerente de ordin tehnic

ce vor fi prezentate în cele ce urmează. Ea include operaţiunea de pichetare a punctelor caracteristice ale curbelor circulare: Ti, Te, şi M - mijlocul curbei (vezi figura de mai sus).

M se obţine prin măsurarea bisectoarei B pe direcţia bisectoarei unghiului din vârful poligonului. Această direcţie se poate determina cu ajutorul unui teodolit poziţionat în vârful poligonului. B=VM. Se mai poate determina şi prin măsurarea abscisei TiF pe latura poligonului de bază şi a ordonatei FM.

Ti şi Te se obţin prin măsurarea tangentelor egale VTi şi VTe pe fiecare din cele două laturi ale unghiului poligonului de bază.

Trasarea suplimentară Trasarea suplimentară se efectuează ori de câte ori curbele sunt prea lungi şi punctele

principale devin insuficiente. De asemenea se mai utilizează la retrasarea unei curbe deformate.

În funcţie de relief, vizibilitate şi gradul de precizie dorit, se utilizează metode exacte (metoda ordonatelor pe tangentă, metoda coordonatelor polare) şi metode expeditive (metoda sfertului, metoda prin intersecţii etc.).

Metoda ordonatelor pe tangentă Într-un sistem de axe de coordonate ataşat vârfului de poligon, se dau valori abscisei şi

se calculează ordonata fiecărui punct. Relaţia de bază este următoarea: 22 xRRy −−= (2.6)

Fig. 2.3 Metoda ordonatelor pe tangentă

Materializarea punctelor obţinute poate fi făcută prin două procedee: procedeul cu abscise egale şi procedeul cu arce egale.

a) Procedeul cu abscise egale

Constă, de fapt, în marcarea unor segmente egale pe abscisă şi calcularea ordonatelor corespunzătoare. Astfel, din Ti către V se măsoară distanţele x, 2x, 3x,…şi cu ajutorul echerului sau a prismei cu oglinzi se ridică ordonatele corespunzătoare.

Acest procedeu are dezavantajul că nu dă lungimile arcelor dintre punctele pichetate şi care trebuie hectometrate.

Fig. 2.4 Procedeul cu abscise egale b) Procedeul cu arce egale

Constă în împărţirea arcului eiTT în părţi egale: nLa = , în care n reprezintă numărul de

arce egale. Se calculează unghiul la centru γ corespunzător arcului elementar a.

Ra g

⋅⋅

=π

γ 200 , în care: (2.7)

R este rază arcului de cerc;

Coordonatele punctelor intermediare P1, P2,…(vezi figura de mai jos) se determină cu relaţiile de mai jos:

Fig. 2.5 Procedeul cu arce egale

;sinγ⋅= Rx cos1( )γ−⋅= Ryγ2sin' ⋅= Rx (2.8) ( γ2cos1' −⋅= Ry )γ3sin'' ⋅= Rx ( )γ3cos1'' −⋅= Ry

Există şi tabele de trasare care dau valorile x, y pentru diverse raze şi valori ale arcului elementar.

Metoda coordonatelor polare Constă în determinarea coordonatelor polare (raza polară şi unghiul polar) şi trasarea

cubei cu ajutorul acestora. Astfel, pornind de la arcul elementar – a care poate proveni din arcul întregii curbe împărţit într-un număr egal de arce, se calculează unghiul la centru – γ.

Ra g

⋅⋅

=π

γ 200

Se calculează unghiul polar:

2γδ = (2.9)

Se aproximează raza polară – r cu arcul elementar – a.

Fig. 2. 6 Coordonatele polare

Aparatul goniometric se poziţionează în punctul – Ti cu zerourile în coincidenţă şi orientat către vârful poligonului. Se introduc pe rând unghiiurile δ, 2δ, 3δ ş.a.m.d., aceste unghiuri dând direcţiile punctelor P1, P2, P3 ş.a.m.d.

Cu ruleta deschisă la lungimea razei polare şi fixată cu un capăt în punctul Ti, se măsoară pe direcţia de vizare şi se determină punctul P1. Apoi cu un capăt al ruletei în punctul P1 şi păstrând deschiderea precedentă se intersectează direcţia următoare şi se obţine punctul P2 ş.a.m.d.

Fig. 2.7 Metoda coordonatelor polare

• Ce rol au curbele în geometria unui drum? • Care sunt principalele elemente ale unei curbe circulare? • În ce constă trasarea unei curbe circulare? • Ce metode şi procedee de trasare suplimentară cunoaşteţi ?

2.1.2 Curbe de tranziţie

Date fiind condiţiile de circulaţie din curbă în raport cu cele din aliniament, apare necesitatea unei curbe de trecere din aliniament în curba circulară care să modereze efectele unei treceri bruşte. Este vorba, în principal, de efectul forţei centrifuge. Aceasta este invers proporţională cu raza curbei. În aliniament raza este infinită, iar pe arcul de cerc aceasta capătă o valoare finită. Este necesară, aşadar, o curbă care să facă descreşterea progresivă a razei de curbură. O astfel de curbă se numeşte curbă progresivă sau curbă de tranziţie şi din punct de vedere geometric, ea este o radioidă (o conică).

Dat fiind creşterea forţei centrifuge în raport şi cu viteza de circulaţie, la drumurile forestiere curbele progresive se prevăd pentru:

• Viteze de 40km/h dacă raza este sub 170m;

• Viteze de 50km/h dacă raza este sub 270m; • Viteze de 25km/h dacă raza este sub 70m şi există perspectiva de a deveni

drum public; La cerere se pot introduce curbe progresive şi începând de la viteze de 30 km/oră .

Fig. 2.8 Vârf de unghi de poligon de bază racordat cu arc de cerc şi două curbe

progresive simetrice. Variaţia curburii pe lungimea ansamblului

În figura de mai sus Ii şi Ie sunt puncte comune curbei de tranziţie şi aliniamentului, iar punctele Si şi Se sunt puncte comune curbei de tranziţie şi arcului de cerc.

Lungimea minimă a arcului de curbă de tranziţie Această lungime poate fi determinată după patru criterii:

1. empiric; 2. mecanic (al limitării acceleraţiei normale; al limitării acceleraţiei

unghiulare); 3. al rampei supraînălţării; 4. al confortului optic;

Criteriul empiric

Constă în impunerea condiţiei ca lungimea minimă a curbei de tranziţie să fie cel puţin distanţa ce poate fi parcursă de vehicul în 2 secunde.

Aşadar: L=2 x v = 0,56v, unde: L[m]; v[km/oră] Criteriul mecanic al limitării acceleraţiei normale

Acest criteriu, constă în introducerea unui parametru - creşterea specifică în raport cu timpul a acceleraţiei normale – j[m/s3], definit prin relaţia de mai jos:

ta

j n= , în care: (2.10)

an – acceleraţia normală [m/s2]; t – timpul parcurgerii curbei progresive [s];

vLt = , în care:

L – lungimea minimă a arcului de curbă progresivă [m]; v – viteza de parcurgere a curbei progresive [km/h];

Rvan

2

= , în care:

R – raza arcului de cerc [m]; Atunci:

jRvL

⋅⋅=

47

3

(2.11)

Coeficientul 47 se datorează neomogenităţii unităţilor de măsură. La drumuri forestiere se acceptă j=0,7m/s3. Criteriul mecanic al limitării acceleraţiei unghiulare

Din considerente de confort acceleraţia unghiulară se limitează la 0,02…0,05rad/s2.

Deoarece la intrarea pe arcul de cerc, după parcurgerea curbei progresive, viteza unghiulară devine:

taRv

⋅== ωω , în care

aω - acceleraţia unghiulară, celelalte mărimi au semnificaţia cunoscută; Ţinând seama de neomogenitatea unităţilor de măsură, rezultă:

RavL⋅

=ω13

2

(2.12) Criteriul confortului optic

Prin confort optic se înţelege asigurarea perceperii corecte, în perspectivă (în spaţiu) a platformei şi a traseului, pentru efectuarea din timp a manevrelor necesare.

Se bazează pe efectul optic care este un element psihologic, al desfăşurării traseului.

RLR≤≤

9 (2.13)

Criteriul rampei supraînălţării Constă în impunerea condiţiei ca rampa supraînălţării să se suprapună ca lungime

peste curba progresivă.

Aşadar, pe această lungime comună trebuie să se facă trecerea de la profilul transversal cu două pante, specific aliniamentului, la profilul transversal cu o singură pantă, eventual cu supraînălţare, specific porţiunii de arc de cerc (virajului). Rampa supraînălţării se realizează fără modificarea cotelor din axul căii iar, declivitatea marginii exterioare a căii pe rampa supraînălţăriii are, în mod obişnuit, valori de până în 1,5%.

Fig. 2.9 Curba progresivă/rampa supraînălţării Condiţia de mai sus poate fi transcrisă astfel:

r

s

iib

L⋅

= , în care: (2.14)

b – lăţimea carosabilului; is – panta maximă a supraînălţării (6…7%);

ir – declivitatea suplimentară, ir=i1-i, a marginii exterioare a carosabilului pe rampa

supraînălţării;

i1 – declivitatea marginii exterioare a carosabilului; i – declivitatea longitudinală în axul drumului;

Viteza maximă care rezultă prin aplicarea oricărui criteriu satisface condiţia de stabilitate

la derapaj.

La drumurile forestiere criteriul aplicat este cel mecanic al acceleraţiei normale, pentru care există şi tabele care facilitează determinarea lungimii minime a curbei progresive.

Strămutarea tangentei Curbei de tranziţie poate fi introdusă pe porţiunea arcului de cerc iniţial, sau numai

parţial pe această porţiune, iar ce rămâne, în zona aliniamentului. În acest ultim caz care – se va arăta mai târziu – este mai avantajos, apare o deplasare a arcului de cerc rămas (a virajului) către interior, prin reducerea razei virajului. Această deplasare se mai numeşte şi strămutarea tangentei.

Fig. 2.10 Deplasarea virajului către interior cu reducerea razei virajului Din figura de mai sus, se observă că:

( ϕcos1' −⋅−=−=Δ RyPSyR ) , în care: (2.15) R+ΔR – raza cercului iniţial; R – raza virajului; IiSi = IeSe – curbele progresive; O1 – centrul virajului, identic cu centrul vechiului arc de cerc;

Deplasarea virajului spre interior, numită şi „strămutarea virajului” poate fi făcută şi păstrând raza arcului de cerc iniţial, dar deplasând centrul virajului în lungul bisectoarei.

Fig. 2.11 Strămutarea tangentei prin păstrarea razei cercului iniţial Din figura de mai sus se observă că deplasarea în lungul bisectoarei are valoarea:

2cos21

βecROO ⋅Δ= (2.16)

Aproximativ, deplasarea cercului către interior poate fi considerată:

RLR

24

2

≅Δ

Ecuaţiile parametrice ale curbelor de tranziţie

Obţinerea acestor ecuaţii porneşte de la condiţia surprinderii modificării razei traiectoriei vehiculului.

Fig. 2.12 Modificarea razei de curbură şi a unghiului de bracaj la parcurgerea

unei curbe progresive de către un vehicul auto

Relaţia care descrie modificarea razei de curbură este cea de mai jos:

θθρ aa LL

≈=sin

, în care: (2.17)

La – ampatamentul; ρ - raza de curbură progresivă egală cu raza de bracaj a roţii conducătoare (punctul F din

centrul osiei din faţă, vezi Fig. 2.12, descrie o curbă progresivă);

θ - unghiul de bracaj;

Presupunând că vehiculul se deplasează cu viteză constantă – v pe distanţa s, iar întoarcerea vehiculului se face cu viteza de bracaj - ω pe care o acceptăm ca fiind de asemenea constantă (de fapt se ia o medie a vitezei unghiulare) şi ţinând cont că:

t⋅= ωθ şi

vst = ;

Atunci:

svLa

⋅⋅

=ω

ρ , în care: (2.18)

t – timpul parcurgerii arcului de curbă progresivă până în punctul fixat; s – lungimea arcului parcurs în timpul t; Deoarece ampatamentul, viteza de circulaţie şi viteza unghiulară au fost presupuse

constante, atunci: .consts =⋅ρ (2.19)

Această ecuaţie reprezintă o clotoidă (numită şi spirala radioidală; spirala lui Cornu; spirala lui Euler; curba mecanică).

Dacă aproximăm arcul s cu coarda a, atunci: .consta =⋅ρ (2.20)

Această ecuaţie este ecuaţia unei lemniscate („Lemniscata lui Bernoulli”). Se obişnuieşte să se noteze constanta cu k.

3ak = [m] şi reprezintă modulul lemniscatei.

Deci: 2ka =⋅ρ

ω - modulul omotetiei (puterea omotetiei);

Lemniscata şi clotoida fac parte din curbele lui Cassini (ovalele lui Cassini) şi reprezintă locul geometric al punctelor din plan pentru care produsul distanţelor la două puncte fixe, numite focare, este constant.

Dacă se aproximează arcul cu abscisa punctului (vezi figura de mai jos) se obţine: .constx =⋅ρ (2.21)

Această ecuaţie reprezintă o parabolă cubică. Parabola cubică se foloseşte la calea ferată, iar la drumuri se foloseşte clotoida şi

lemniscata.

Fig. 2.13 Clotoida

Arcul de clotoidă dintre origine şi punctul în care tangenta dusă la clotoidă este perpendiculară pe abscisă se numeşte „arc util de clotoidă”.

În general se foloseşte doar porţiunea dintre origine şi punctul P (vezi figura de mai sus). La serpentine se foloseşte întregul arc util.

Proprietăţile clotoidei Se notează:

constAs ==⋅ 2ρ .; (2.22) A reprezintă modulul (parametrul) clotoidei şi are unităţi de măsură pentru lungimi.

În punctul final al clotoidei (care coincide cu primul punct de pe viraj) şi unde clotoida are cea mai mică rază a sa, avem:

;R=ρ ;Ls = de unde: 2ALR =⋅ , iar, dacă se consideră lungimea minimă a arcului de clotoidă, atunci:

jvLRA⋅

=⋅=47

3

(2.23)

j fiind o constantă fixată de proiectant (j=0.5…0,7), rezultă că modulul clotoidei depinde doar de viteză. Altfel formulat, înseamnă că fiecărei viteze îi corespunde un singur modul (şi, deci, o singură clotoidă) care poate fi folosită pentru orice rază a virajului.

Pentru mai multe valori ale modulului se creează o familie de clotoide „omotetice”, având raportul de omotetie – Ω (raportul modulelor), iar ca centru de omotetie, originea sistemului de coordonate.

Fig. 2.14 Clotoide omotetice

În figura de mai sus, punctele P1 şi P2 se află pe dreapta ce trece prin originea axelor de coordonate (O), care reprezintă şi centrul omotetiei.

Pentru două clotoide omotetice este adevărat următorul şir de rapoarte egale:

Ω====2

1

2

1

2

1 ...AA

yy

xx (2.24)

Semnificaţia parametrilor din şirul de rapoarte egale poate fi observată în figura de mai sus.

Consecinţa (care este şi avantaj) este aceea că pentru un unghi φ – „variabila independentă” (are aceeaşi valoare pentru toate clotoidele omotetice), denumit şi unghi de întoarecere, un element oarecare al clotoidei se poate determina dacă se cunoaşte elementul omolog şi modulul unei clotoide omotetice.

Clotoida de modul unitar A = 1 = Ω se numeşte „clotoidă de bază (de referinţă)”, căci cu ajutorul ei se pot alcătui tabele cu elementele clotoidelor reale.

Calculul elementelor clotoidei Elementele ce se determină sunt: lungimea arcului de clotoidă, coordonatele carteziene

ale unui punct oarecare de pe clotoidă şi variabila independentă (unghiul de întoarcere.

Determinarea prin calcul a arcului Se ştie că:

ϕρ dds ⋅= , unde: ds este arcul elementar; dϕ este unghiul (variabila independentă) elementar;

S-a arătat că: 2As =⋅ρ

Atunci:

ϕds

Ads ⋅=2

Prin integrare se obţine expresia arcului: ϕ2⋅= As (2.25)

Determinarea prin calcul a coordonatelor carteziene ale unui punct de pe clotoidă Ţinând seama de cele scrise anterior, se pot calcula abscisa şi ordonata oricărui

punct de pe clotoidă în funcţie de lungimea arcului de clotoidă până în punctul considerat şi de modulul clotoidei. Prin integrare şi dezvoltare în serie se obţine:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

−+−=

−+−=

...422403366

...345640

10

11

6

7

2

3

8

9

4

5

As

As

Asy

As

Assx

(2.26)

Pentru unghiuri ϕ<340 se poate aproxima x = s şi 2

3

6Asy = .

Determinarea prin calcul a variabilei independente ϕ Ţinând seama de (2.25) rezultă:

ρϕ

2s

= (2.27)

La intrarea în viraj valoarea variabilei independente devine:

RL

2=ϕ [rad] (2.28)

Definirea elementelor geometrice ale clotoidei Aceste elemente sunt următoarele:

Fig. 2.15 Elementele geometrice ale clotoidei

ϕ - variabila independentă sau unghiul de întoarcere. Este unghiul dintre tangenta lungă la clotoidă (dusă în origine) şi tangenta scurtă, dusă într-un punct oarecare P (vezi figura de mai sus).

x şi y - coordonatele ortogonale ale punctului considerat P.

r şi δ - coordonatele polare ale punctului P. Există relaţiile:

22 yxr += şi xyarctg=δ ; (2.29)

Δρ - deplasarea cercului către interior. x’ - abscisa centrului de curbură a punctului considerat (P); x’’ - distanţa dintre abscisa punctului şi abscisa centrului de curbură; x - abscisa punctului; Observăm că:

ϕρ sin,, ⋅=x (2.30)

b - normala (la tangenta scurtă);

ϕcosyb = ; (2.31)

n - abscisa piciorului normalei; ( ) ϕρρϕρ tgxn Δ++⋅−= sin (2.32)

γ - unghiul dintre raza polară şi raza de curbură a punctului considerat; τ - unghiul dintre raza polară şi tangenta scurtă;

Se admite, în mod aproximativ:

424

2 yR

LR ≅≅Δ ; (2.33)

Lx ≅ ; (2.34)

RLy6

2

≅ ; (2.35)

2"' xxx ≅≅ (2.36)

Calculul şi trasarea clotoidelor

În general se face cu ajutorul tabelelor în care se intră cu unghiul de întoarcere - ϕ sau cu variabila ajutătoare – t ( ϕ=t ). Tabelele conţin elementele principale ale clotoidei de bază, aşa încât, elementele clotoidei care se calculează, se determină prin multiplicarea valorilor luate din tabel, cu valoarea parametrului – A al clotoidei căreia i se determină elementele.

Pentru trasarea unei clotoide ce se introduce între un aliniament şi un viraj (vezi figura de mai jos) trebuie determinate poziţiile punctelor Ii, Ie, Si, Se M. Viteza de proiectare fiind cunoscută, raza virajului dată de condiţiile de teren sau determinată cu relaţia (2.16), se impune creşterea j a acceleraţiei normale, după care se determină lungimea minimă a clotoidei cu relaţia (2.28). Apoi unghiul de întoarcere cu relaţia (2.45).

Fig.2.16 Trasarea racordărilor cu clotoide Se folosesc relaţiile:

iVI ( ) ,

2xctgRRVIe +⋅Δ+==

β (2.37)

( ) RecRRVMB Δ+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅Δ+== 1

2cos β (2.38)

ϕββ 2' += (2.39) Este necesar ca α’>2ϕ, iar lungimea virajului (denumit şi arc de cerc rămas sau arc de

cerc central) cel puţin egală cu 0,277⋅v, altfel se renunţă la el, deoarece virajul C’ are expresia:

( )g

RC200

2200' ϕβπ −−⋅⋅= (2.40)

α’ este unghiul la centru al arcului de cerc iniţial.

• De ce sunt necesare curbele de tranziţie? • Care este problema pe care o rezolvă curbele progresive? • Ce este strămutarea tangentei? • Ce curbe progresive cunoaşteţi? • Care este utilitatea practică a omotetiei?

• Cum se face trasarea unei racordări cu clotoide şi viraj?

2.1.3. Serpentine Serpentinele sunt amenajări geometrice complexe care se prevăd atunci când

unghiul din vârful poligonului este mai mic de 40g, sau când pentru învingerea declivităţii este necesară alungirea traseului.

Serpentina este un complex de curbe şi aliniamente cuprinzând: • o curbă principală, cu unghiul la centru de peste 200g, (vezi Fig. 2.17); • două curbe auxiliare (secundare); • două aliniamente intermediare;

Serpentina este de gradul (categoria) I-a dacă cele două curbe auxiliare au acelaşi sens, sau de gradul (categoria) a II-a dacă cele două curbe auxiliare sunt de sensuri opuse, iar centrul curbei principale deplasat lateral faţă de bisectoarea unghiului din vârful poligonului.

Serpentina de gradul I este simetrică dacă cele două curbe auxiliare au aceeaşi lungime şi aceeaşi rază şi cele două aliniamente intermediare egale.

Semiserpentina este o serpentină căreia îi lipseşte una din curbele auxiliare.

Fig. 2.17 Serpentină de gradul I simetrică având centrul curbei principale în vârful poligonului

Fig. 2.18 Serpentine de gradul I simetrice având centrele curbelor principale deplasate în lungul bisectoarei unghiului din vârful poligonului

Fig. 2.19 Serpentină de gradul I nesimetrică (Ri diferă de Re)

Fig. 2.20 Semiserpentină

Fig. 2.21 Serpentină de gradul II

• În ce constă necesitatea introducerii serpentinelor? • Ce este serpentina de gradul I, de gradul II, semiserpentina? • Care sunt elementele serpentinei de gradul II ? • Prin ce se caracterizează serpentinele de gradul I simetrice?

Calculul serpentinelor Serpentina de gradul I Serpentina de gradul I simetrică având centrul curbei principale în vârful

poligonului

Fig. 2.22 Elementele geometrice de calcul ale serpentinei de gradul I simetrică având centrul curbei principale în vârful de poligon În figura de mai sus, prin consideraţii geometrice elementare, rezultă: Unghiul de abatere al curbei auxuliare - α

tgα = Ta

R+

(2.41)

Tangentele curbelor auxiliare – T

21αtgRT ⋅= (2.42)

Unghiul la centru al curbei principale - γ αβγ 21800 +−= (2.43)

Distanţele dintre V(O) şi vârfurile curbelor auxiliare – V1, V2

αsinRd = (2.44)

Lungimea curbei principale – L

0180γπ ⋅⋅

=RL (2.45)

Lungimea totală a serpentinei - Lt Lt=L+2L1+2a (2.46)

Distanţa dintre mijloacele curbelor auxiliare – d0

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅+⋅⋅= 1

2sec

2sin2 10

αβ Rdd (2.47)

Serpentina de gradul I simetrică având centrul curbei principale deplasat în lungul

bisectoarei

Fig. 2.23 Elementele de calcul ale serpentinei de gradul I simetrice având centrul curbei principale deplasat în lungul bisectoarei Distanţele OO1=x1 se măsoară. De asemenea ViVe = F. restul se dtermină prin

calcul (vezi şi figura de mai sus):

122 xFtg =

δ (2.48)

2sin2 δFd = (2.49)

sindR

=α (2.50)

αδγ 21800 +−= (2.51) Serpentina de gradul II

Fig. 2.24 Elementele geometrice de calcul ale serpentinei de gradulII În figura de mai sus, printr-o serie de consideraţii geometrice elementare, rezultă:

2sin2 βFVVVV ei == (2.52)

2βtgxyOA ⋅+= (2.53)

2βtgxyOC ⋅−= (2.54)

2sin2 βFCVAV ei == -

2cos β

x (2.55)

AAVOAAVOAd iii cos222 ⋅⋅⋅−+= (2.56)

CCVOCCVOCd eee cos222 ⋅⋅⋅−+= (2.57) Unghiurile ei ττ , sunt „unghiurile de direcţie spre centrul curbei principale”.

2cos2sin β

β

τ ⋅⋅+

=i

i d

tgxy (2.58)

2cos2sin β

β

τe

e d

tgxy ⋅−= (2.59)

ei ττβδ −+= (2.60) Unghiurile ei αα , se numesc „unghiuri de frângere ale aliniamentelor iniţiale”.

( )i

ii dR

=−ατsin (2.61)

( )e

ee dR

=−ταsin (2.62)

( iiiii dIVD )ατ −⋅== cos (2.63) ( eeeee dEVD )τα −⋅== cos (2.64)

( ) ( eiei ααττδγ −−−+−= 0180 ) (2.65) Tabel 2.1 Elementele geometrice ale serpentinelor

Elementele serpentinei

Viteza de proiectare [km/oră] 50 45 25 20, 15, 10

Raza minima a curbei principale [m]

25

20

15

12,5 (10)

Panta transversală maximă [%]

6

6

6

6

Raza minimă a curbei auxiliare [m]

100

70

50

35

Declivitatea maximă în axul curbei principale [%]

3,5

4(5)

4(5)

4(6)

Lungimea minimă a aliniamentului dintre curbele de sens contrar [m]

50

35

20

15

Viteza de circulaţie maximă pe curba principală [km/oră]

25

25

15

10

• Ce sunt unghiurile de direcţie către centrul curbei principale? • Ce sunt unghiurile de frângere ale aliniamentelor iniţiale?

Amplasarea serpentinelor La amplasarea serpentinelor prevalează configuraţia terenului, acest element fiind

decisiv în alegerea tipului de serpentină şi a unei mari părţi din dimensiunile geometrice ale acesteia. Mai trebuie să se ţină seama de volumul de material lemnos ce se preconizează a se transporta, ceea ce hotărăşte, cel mai adesea, raza curbelor serpentinei. Aşadar o întreagă analiză tehnico-economică. Alcătuirea foarte diversă a serpentinelor trebuie adaptată în funcţie de elementele geometrice impuse.

Amplasarea srpentinelor se face prin încercări, etapele de proiectare a unei serpentine fiind:

• studiul traseului pe un plan cu curbe de nivel, prin metoda „axei de cotă zero”, în zona în care va fi amplasată viitoarea serpentină şi stabilindu-se aliniamentele iniţiale (cele ce se întâlnesc în vârful de unghi „V”;

• amplasarea curbei principale care racordează exterior vârful de unghi, ţinându-se seama că amnajarea unui unghi la centru de minimum 1800 presupune lucrări de săpătură, umplutură şi ziduri de sprijin; pentru a micşora volumul unor astfel de lucrări, amplasarea curbei principale se încearcă a se face într-o zonă în care panta transversală a terenului este mai mică de 30%;

• se studiază amplasarea aliniamentelor intermediare pe laturile unghiului ce se racordează, legându-se curba principală cu aliniamentele inţiale;

• Vârfurile de unghi ale curbelor auxiliare „Vi” şi „Ve” vor fi fixate cu respectarea unei distanţe suficiente între ele pentru a nu se suprapune platformele;

• Se hotărăsc razele de curbură ale curbelor auxiliare;

• Pentru serpentinele de gradul I soluţia de serpentină simetrică sau asimetrică trebuie aleasă din condiţia de a nu avea prea multe denivelări locale care ar conduce la lucrări prea mare de terasamente;

Se va face următoarea verificare: dacă s-a respectat lungimea minimă a

aliniametului intermediar în funcţie de viteza de proiectare; În caz că această lungime nu a fost respectată, curbele vor fi considerate succesive şi tratate în consecinţă.

Linia roşie pe serpentină va trebui să asigure diferenţa de nivel, dar şi să respecte declivitatea maximă admisă pe diversle sectoare ale serpentinei. Pentru aceasta se va porni de la cotele trenului în punctele de intrare Ti şi de ieşire Te. Abia după aceasta, se va avea în vedere minimizarea volumelor de terasamente. Dacă rezultă că declivitatea nu a fost respectată, se va spori lungimea serpentinei prin mutarea curbei prinipale căre exteriorul vârfului de unghi al poligonului de bază. În astfel de situaţii pot rezulta schimbări ale categoriei serpentinei.

Privitor la „distanţa suficientă” dintre curbele auxiliare, mai precizăm următoarele: Distanţa Fn (cea mai scurtă) dintre cele două ramuri ale serpentinei (vezi Fig.2.25)

Fig. 2.25 Profil transversal printr-o serpentină

2221 B

mhnhLB

F mnn +⋅+⋅++= , în care:

B1, B2 – lăţimile platformelor pe cele două ramuri (s-a considerat în exemplul prezentat în figură că platforma de lăţime B2 este supralărgită, ceea ce nu este neapărat necesar); L – distanţa pe care se întinde şanţul şi bancheta; hn – suma înălţimilor de taluz cu înclinarea 1:n pentru săpătură; hm – suma înălţimilor de taluz cu înclinarea 1:m pentru umlututră; Fn – distanţa necesară dintre punctele cele mai apropiate ale celor două ramuri ale serpentinei; Acoperitor, se poate lua . Dacă această condiţie nu poate fi îndeplinită, atunci:

nFF ≥

• Se cresc razele curbelor auxiliare; • Se depărtează, unul faţă de celălalt, vârfurile de unghi Vi, Ve; • Taluzurile dintre ramurile serpentinei se consolidează cu ziduri de sprijin;

• Care sunt impunerile privind amplasarea serpentinelor? • Care sunt etapele de amplasare a serpentinelor?

2.2. Drumul în plan vertical longitudinal 2.2.1. Generalităţi

Studiul drumului în profil longitudinal constă, în principal, în studiul amplasării

liniei roşii. Acest studiu este interdependent de studiul traseului şi de cel al profilelor transversale. Varietatea factorilor locali nu permite elaborarea unor reguli valabile în toate cazurile, ci doar în cele extreme. În principiu, se urmăreşte asigurarea unei circulaţii sigure şi confortabile, ceea ce înseamnă studiul declivităţii liniei roşii, dar şi lucrări minime de terasamente şi asigurarea unor condiţii hidrologice cât mai favorabile. Linia roşie poate urma linia terenului natural doar în condiţii deosebit de favorabile, cum ar fi planeitatea trenului natural şi condiţii hidrologice foarte bune. Profilul în lung trebuie să rezulte din studiul tehnico-economic al variantelor care satisfac, în măsură cât mai mare, diverse citerii.

Fig. 2.26 Elementele drumului în plan vertical longitudinal Cele de mai sus pot fi sistematizate în ceea ce se va numi cerinţe pentru linia roşie. Acestea sunt:

• respectarea declivităţilor maxime admise; • volume minime de terasamente cu posibilitate de compensare; • poziţionarea punctelor sau a cotelor obligatorii; • asigurarea unui pas de proiectare minim conform normativelor;

Cerinţa lucrărilor minime de terasamente nu-şi mai are locul atunci când se pune problema unei cote impuse a platformei , din considerente de protecţie împotriva apelor de suprafaţă, cum ar fi cazul înălţimii terasamentului în zonele inundabile. La fel şi în cazul cotelor de intersecţii impuse, cu alte căi de comunicaţii sau în cazul cotelor lucrărilor de artă.

De asemenea o linie roşie dusă după criteriul compensării terasamentelor (umplutură – săpătură) este foarte dificil de realizat şi cel mai adesea, imprecisă deoarece:

• se bazează doar pe diferenţele de cotă în ax, fără a putea ţine seama de configuraţia la terală axului drumului care poate varia în limite foarte largi, mai ales în regiuni cu relief accidentat;

• înclinarea taluzurilor este în legătură cu tipul de profil transversal (umplutură sau săpăutră), de cota de execuţie şi de caracteristicile geotehnice ale terenului care pot varia foarte mult în lungul drumului;

• chiar în cazul terenului natural orizontal sau aproape orizontal, o aceeaşi cotă de execuţie conduce, după cum s-a văzut, la o suprafaţă mai mare a profilului de deblu decât a celui d rambleu;

În ceea ce priveşte procedeul de amplasare a liniei roşii, există, în principiu, două soluţii:

• prin „înfăşurarea” liniei terenului; • prin „intersectarea” liniei terenului;

Înfăşurarea liniei terenului înseamnă o linie roşie paralelă cu linia terenului şi deasupra acesteia, la o înălţime ce ţine seama de:

• grosimea sistemului rutier; • asigurarea drenării corpului terasamentului;

Procedeul prin înfăşurarea liniei terenului conduce la volume minime de terasamente dar, deoarece se ajunge adesea la elemente geometrice incompatibile cu viteza de proiectare impusă, s recurge destul de rar.

Pentru aliniamente şi curbe cu raze mari, declivităţile admisibile variază între 7% (pentru 50km/h) şi 9% (pentru 10km/h) la transport în plin, respectiv 8% şi 12% pentru aceleaşi viteze dar la transport în gol. În curbele cu raze mici declivitatea maximă admisibilă se reduce pentru următoarle

motive: • în curbe vehiculul trebuie să învingă rezistenţe suplimentare; • declivitatea marginii exterioare a căii creşte din cauza amenajării în spaţiu; • declivitatea maximă admisibilă trebuie considerată în situaţia cea mai

defavorabilă, adică dirijată după linia de cea mai mare pantă (vezi figura mai jos), de unde şi denumirea de pantă oblică;

Astfel, la curbele cu raze mici declivitatea maximă în axul căii conduce la o creştere a acesteia pe interiorul curbei (a cărei lungime este mai mică)., de aceea, declivitatea li se reduce cu 1…3%. Tabel 2.2 Reducerea declivităţilor longitudinale maxime în curbele cu raze mici Raza curbei [m]

50 45-40 35-30 25-20 15-10

Reducerea declivităţilor maxime [%]

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

De asemenea, (vezi mai sus), se va avea grijă la suprapunerea declivităţii în lung cu

cea transversală la curbele amenajate în spaţiu. 22

0 pii += , unde: p – panta transversală; i – declivitatea; Aceste două declivităţi se combină dând o rezultantă.

Fig. 2.27 Suprapunerea declivităţii în lung cu cea transversală la curbele

amenajate în spaţiu

Declivitatea minimă este impusă doar de asigurarea scurgerii apelor (min. 0,5%) Cotele din profilul în lung se stabilesc după cum urmează: cotele terenului se

determină topografic în teren. Distanţa între două puncte vecine în care se determină cota, nu va depăşi 50m în terenurile accidentate şi 100m în regiuni de şes. Cotele proiectului (faţa superioară a îmbrăcăminţii în ax) se determină grafic faţă de linia planului de comparaţie (plan de referinţă) în punctele de schimbare a declivităţii, iar în rest, pe bază de calcul în funcţie de declivitatea adoptată. Cotele de lucru sau de execuţie sunt diferenţele între cotele proiectului şi cele ale terenului. Cote deexecuţie pozitive înseamnă că linia roşie este deasupra liniei terenului.

Planul de referinţă (de comparaţie), faţă de care se măsoară cotele, se alege convenabil şi poate fi unic sau se poate schimba pe anumite porţiuni ale profilului în lung din motive de reprezentare pe planşă.

Tot din motive de reprezentare, deoarece diferenţele de înălţime sunt mici faţă de distanţele dintre profile, pentru a putea evidenţia neregularităţile terenului, în profilul în lung, se adoptă pentru înălţimi o scară de zece ori mai mare cecât pentru lungimi. Pentru lungimi, în general, se foloseşte aceeaşi scară ca pentru planul de situaţie. Scările uzuale pentru lungimi sunt: 1/1000 şi 1/2000.

Pasul minim de proiectare (lungimea minimă a panoului) variază între 100m (pentru 50km/h) şi 20m (pentru 10km/h). Pasul minim de proiectare nu trebuie să fie prea mic pentru a nu crea prea multe schimbări pantă – rampă (profil în lung în dinţi de ferăstrău) şi deci, prea dese modificări ale regimului de mişcare a vehiculului. Dacă există racordări verticale (ale liniei roşii), pasul minim de proiectare trebuie să depăşească suma tangentelor curbelor alăturate de racordare. Se vor evita schimbările de declivitate pe porţiunile curbe ale drumului.

Fig. 2.28 Pasul de proiectare minim Porţiunile cu declivităţi mari se fragmentează pentru a nu se solicita prea mult

frânele. De asemenea, nu se va urmări, în mod special ca traseul pentru transportul în plin, să fie pe distanţe cât mai lungi la vale deoarece, după cum s-a mai spus, se solicită prea mult frânele, iar pe de altă parte, se ştie că randamentul motorului la vale este mediocru.

Fig. 2.29 Fragmentarea declivităţilor

• Care sunt recomandările privind poziţionarea liniei proiectului? • De ce este necesară fragmentarea porţiunilor de traseu cu declivităţi mari? • Ce sunt cotele terenului? Ce sunt cotele proiectului • Cât este pasul minim de proiectare? De ce?

2.2.2 Racordările verticale Aceste racordări sunt destinate racordării unghiurilor dintre panourile vecine şi sunt

obligatorii doar dacă diferenţa dintre declivităţile vecine depăşeşte anumite limite. Acasta, pentru a se evita solicitările mari în arcurile vehiculelor, create de forţa centrifugă, alte neajunsuri legate de confort pentru racordările concave (asigurarea vizibilităţii pe timp de noapte – faruri, precum şi limitarea acceleraţiei normale), respectiv evitarea dificultăţilor de vizibilitate la racordările convexe. Se ţine seama că neajunsurile menţionate cresc cu viteza.

Exemplu: v=50, 40, 25 km/h - racordările obligatorii sunt pentru diferenţe algebrice de peste 4% a declivităţilor; pentru v=20, 15, 10km/h obligativitatea racordărilor apare la diferenţe de peste 5%.

O racordare în profil în lung se numeşte convexă dacă centrul de curbură se află sub linia roşie.

Racordările fie convexe fie concave se fac cu arce de cerc, excepţional cu arce de radioidă.

Unghiurile care se racordează pot fi măsurate cu mare greutate, şi de aceea, formulele de calcul conţin unghiurile de înclinare ale panourilor.

Fig. 2.30 Racordarea declivităţilor convexe

2221 ϖωα +

⋅=⋅= tgRtgRT ;

Dar unghiurile ω fiind îndeajuns de mici, se pot aproxima cu valoarea tangentei trigonometrice care prin definiţie este chiar declivitatea i ( itg =≈ ωω ).

Deci:

20021 ii

RT±

⋅= (2.66)

Semnul + este pentru declivităţi de sens contrar, iar semnul – pentru declivităţi de acelaşi sens.

De asemenea:

RTB2

≈ (2.67)

Valoarea bisectoarei racordării verticale modifică, în punctul de frângere, cota liniei roşii.

Tot astfel, în punctele de frângere:

Rxy2

2

= (2.68)

Lungimile racordărilor verticale nu se iau în considerare la calculul lungimii traseului drumului, contând doar evaluările ce se fac în plan orizontal. După cum se ştie, prin traseu se înţelege proiecţia axului drumului pe un plan orizontal.

Determinarea razei racordării convexe din condiţii de vizibilitate

Fig. 2.31 determinarea razei racordării convexe din condiţii de vizibilitate În Fig 2.31 m=i1+i2; dv=MP+PN; R – raza racordării verticale.

( ) RHHRHRMP 2222 +=−+= ;

Dar RhhPN 22 += Atunci:

RhhRHHdv 22 22 +++= ≈ ( )hHR +2

( )HhhHd

R v

++=⇒

2

2

(2.69)

Pentru a nu se recurge la racordări convexe, este necesar ca diferenţa algebrică a celor două declivităţi adiacente – m să asigure distanţa de vizibilitate (vezi Fig.2.69)

Fig. 2.32 Distanţa de vizibilitate în raport cu diferenţele de declivitate Fie H=1,20m înălţimea la care se găseşte ochiul conducătorului auto. Fie h=0,20m

înălţimea obstacolului. Atunci:

( )211 im

hiHdv

−+= (2.70)

Minimumul distanţei de vizibilitate, dv.min obţinut prin derivarea şi anularea derivatei expresiei de mai sus, conduce la :

( ) ( )hH

hHHmHmHmi

−

−⋅⋅−⋅±⋅=

22

1 (2.71)

Din condiţia ca şi i1 să fie minim, se obţine:

hHHmi

−⋅

=1 (2.72)

Ţinând seama şi de expresia distanţei de vizibilitate, se obţine: ( )

mhHdv

2+

= (2.73)

Introducând valorile lui H şi h şi exprimând pe i1 în procente, se obţine:

vdm 240≤ (2.74)

Se va avea grijă la combinarea elementelor geometrice în plan orizontal cu cele în plan vertical pentru a nu se crea disconfort optic.

Exemple de combinări nereuşte ale elementelor geometrice în cele două planuri: • combinarea unei curbe în plan orizontal cu oracordare verticală convexă;

consecinţe: aprecierea greşită a curburii traseului, căci dacă curba în plan începe în imediata apropiere a bisectoarei curbei verticale, curba în plan va fi complet mascată;

• se va evita începutl unei curbe la mică distanţă de un pod sau de un viaduct căci de asemenea efectul optic va fi foarte negativ. Mai bine, într-o atfel de situaţie, ar fi ca începutul curbei să fie în cuprinul lucrării de artă;

• între o racordare convexă şi o alta concavă este bine de introdus un sector cu declivitate constantă;

• se va evita asocierea unei racordări convexe cu o racordare în plan având unghiul la centru foarte mic;

Tabel 2.3 Elementele geometrice în profil longitudinal ale drumurilor forestiere Elementele geometrice

U.M.

Viteza de proiectare [km/oră] 50 40 25 20 15 10

Rampa maximă la trransportul în plin

%

7

7

8

9

9

9

Rampa maximă la transportul în gol

%

8

9

10

11

12

12

Pasul minim de proiectare

m

100

80

50

40

30

30

Distanţa de vizibilitate

m

90

70

40

30

20

20

Raza minimă a curbei de racordare convexă

m

1300

1000

300

200

150

100

Raza minimă a curbei de racordare concavă

m 700 400 200 150 80 80

2.2.3. Puncte de cotă obligată Aceste puncte sunt stabilite prin procesul tehnologic de exploatare a lemnului (punctele de concentrare ale materialului lemnos), respectiv alte impuneri date de configuraţia terenului sau de exigenţe constructive ale căilor de comunicaţii (încrucişarea cu alte drumuri sau căi ferate, posibilitatea traversării cursurilor de ape, nivelul faţă de acestea, cotele rampelor de acces la pod, gabarite, declivitatea impusă liniei roşii pe poduri, impuneri privind locurile de schimbare a declivităţilor liniei roşii pe poduri etc.). Punctele de cotă obligată, intersecţiile cu alte căi de comunicaţie sau cu cursuri de apă, punctele iniţiale şi finale ale drumurilor, se constituie în puncte obligate. Unirea prin segmente de dreaptă a acestor punte conduce la realizarea liniei căluze. 2.2.4 .Stabilirea poziţiei liniei proiectului Poziţia liniei proiectului se studiază, pe cât posibil, simultan cu traseul şi profilele transversale, în raport de caracteristicile geotehnice, geologice, climatice şi hidrologice şi se referă la stabilirea:

• declivităţilor; • paşilor de proiectare; • racordărilor verticale; • volumelor de terasamente; • punctelor obligate;

În teren plan linia roşie se va aşeza la o cotă de 40…60cm. De principiu, drumul în

umplutură se preferă celui în săpătură şi aceasta pentru ferirea platformei de înzăpezire şi

de umiditate excesivă. De asemenea pentru că pământul ce se introduce în ramblee poate fi selecţionat.

În teren cu pantă transversală între 10% şi 30% linia proiectului se va aşeza la 15…20cm deasupra liniei terenului, dacă se urmăreşte doar compensarea terasamentelor în acelaşi profil (transversal). Aceasta datorită diferenţelor de volum ale pământului de aport faţă de a celui săpat.

Fig. 2.33 Aşezarea liniei proiectului în teren cu înclinare transversală drumului de 10%...30% La înclinări ale terenului de peste 30%, ceea ce este frecvent la traseele de coastă, se

recomandă aşezarea liniei roşii în aşa fel încât să conducă la obţinerea unui profil transversal în care cel puţin două treimi se află în săpătură, pentru a se asigura o stabilitate mai mare a terasamentelor prin evitarea sprijinirilor, sau chiar în întregime în săpătură.

La drumuri situate în albia majoră a cursurilor de apă (drumuri de vale) principala exigenţă constă în aşezarea platformei drumului la cel puţin 0,50m deasupra nivelului apelor extraordinare.

În terenurile accidentate se urmăreşte cu precădere nivelarea cu ajutorul liniei roşii a neregularităţilor terenului, şi deci o compensare longitudinală a terasamentelor. O astfel de compensare se obţine prin aşezarea liniei roşii cu 15…20cm deasupra liniei care, aparent la un studiu pe plan, ar asigura compensarea debleu – rambleu. Explicaţia este următoarea: profilele transversale săpătură/umplutură diferă la înclinarea taluzurilor; cele de săpătură conţin şanţuri şi eventual banchete; prin săpare pământul se afânează modificându-şi, deci, volumul şi compactitatea.

La drumurile în debleu prevalează evacuarea apelor şi pentru aceasta linia proiectului trebuie să aibă o înclinare de cel puţin 0,5%, precum şi posibilitatea descărcării şanţurilor.

Aşezarea liniei proiectului în dreptul unui pod

Pe pod se va asigura o declivitate nulă pentru a se evita solicitările suplimentare din circulaţia vehiculelor. La fel şi pe câte 20m înainte şi după pod. Se recomandă ca linia roşie să coboare cu declivitate mică spre pod din ambele capete.

Fig. 2 34 Aşezarea liniei proiectului în dreptul uni pod

Pentru aceasta se iau măsuri din timp, mergând până la realizarea unui profil transversal de debleu, chiar dacă situaţia din teren nu impune, şi aceasta doar pentru a obţine pământul necesar împlinirilor din imediata vecinătate a podului (zonele racordărilor căii pe pod cu terasamentele). De asemenea cotele din prejma podului trebui să fie cu cel puţin 0,50m mai sus decât nivelul apelor extraordinare.

• Care sunt etapele în stabilir a liniei proiectului? • Cum influenţează relieful poziţionarea liniei roşii ? • Care sunt principalele recomandări privind aşezarea liniei roşii? • Cum se amplasează linia proiectului în dreptul unui pod?

Reprezentarea profilului longitudinal Profilul longitudinal va avea marcat planul de comparaţie, ales în aşa fel încât să fie cât mai comodă reprezentarea cotelor terenului, cotele proiectului şi dacă este necesar şi cotele de execuţie (de lucru), iar dedesubt se va întocmi un tabel care va cuprinde următoarele linii:

• Picheţii numerotaţi; • Poziţiile kilometrice şi hectometrice ale picheţilor, precum şi a altor reperi, dacă e

cazul; • Distanţele între picheţi; • Distanţele cumulate dintre picheţi; • Cote teren; • Cote proiect; • Diferenţe în ax; • Declivităţi; • Aliniamente şi curbe; • Lucrări de artă etc.;

2.3. Drumul în plan vertical transversal Se mai numeşte profilul transversal al drumului şi reprezintă intersecţia platformei drumului şi a suprafeţei terenului natural, cu un plan perpendicular pe axa dumului. 2.3.1. Elementele constitutive ale drumului în profil transversal Partea carosabilă (calea) Se consolidează printr-un sistem rutier. Lăţimea căii este în funcţie de trafic, putând avea una sau două benzi. De asemenea lăţimea este şi în funcţie de gabarit, prin ocuparea „fâşiei de gabarit”. Fâşia de gabarit este aria generată de vehicul în mişcare rectilinie sau curbilinie. În aceste mişcări apar oscilaţii transversale care sporesc fâşia ocupată, mai ales în cazul autotrenurilor. De asemenea lăţimea căii (şi a platformei) sporeşte pentru declivităţi mai mari de 9% cu 0,25m la cale şi 0,50m la platformă. Forma părţii carosabile poartă denumirea de bombament (vezi figura de mai jos). Bombamentul poate fi curb pentru drumurile pietruite pe care circulă căruţe, poate fi acoperiş pentru îmbrăcăminţi moderne, acoperiş cu treimea mijlocie curbă la drumuri cu îmbrăcăminţi nerigide, convertit sau supraînălţat sau streaşină la drumurile de versant pentru sporirea siguranţei (înclinarea se dă către versant, niciodată invers. Bombamentul se măsoară prin raportul dintre săgeata în ax şi lăţimea părţii carosabile şi are valori cuprinse între 1/40 şi 1/200. Pantele transversale ale bombamentului sunt în funcţie de tipul de îmbrăcăminte şi de declivitatea longitudinală. Cu cât declivitatea longitudinală este mai mare, cu atât pantele transversale pot avea înclinări mai mici, deoarece este asigurată scurgerea apei în lungul drumului. Înclinările pantelor transversale ale căii în aliniament au valori între 1,5% şi 4,5%.

Fig. 2.35 Tipuri de carosabil Acostamentele sunt fâşii laterale din platforma drumului, cuprinse între marginea căii şi muchiile platformei. Ele încadrează calea protejându-i marginile şi au înclinarea transversală mai mare, de obicei cu un procent, decât panta transversală a carosabilului. Aceasta deoarece, fiind mai puţin consolidate de cât partea carosabilă, sunt mai lesne degradabile. Au lăţimi între 0,375m şi 0,750m în funcţie de

categoria de drum. Acostamentele au rol în scurgerea apelor superficiale, în circulaţia pietonilor şi în staţionarea accidentală a vehiculelor. Ele permit amplasarea unor elemente accesorii (borne hectometrice şi/sau kilometrice, stâlpi de dirijare, table indicatoare etc.). Folosesc şi pentru depozitarea materialelor de înreţinere. Pentru protejarea acostamentelor se procedează la înierbare sau consolidare cu balast sau piatră spartă. Uneori se fac drenuri orizontale închise de acostament care debuşează în şanşurile laterale la o înălţime de 10..15cm deasupra fundului şanţului. Platforma fiind alcătuită din partea carosabilă şi cele două acostamente are lăţimi, în funcţie de categoria drumului, între 3,50m şi 7,00m. Banchetele se prevăd uneori la baza taluzurilor de debleu pentru a colecta pământul ce se desprinde de pe taluz spre a nu colmata şanţul. Au lăţimi între 0,20m şi 0,50m, în funcţie de natura pământului în care este săpat debleul şi adâncimea săpăturii. Se prevăd la drumurile magistrale, iar la celelalte drumuri, doar dacă sunt săpate în rocă degradabilă; Ampriza este delimitată de picioarele taluzurilor la rambleuri şi de crestele taluzurilor la debleuri. Când se prevăd şanţuri de gardă, ampriza este delimitată de muchiile exterioare ale acestora. Gabaritul de liberă trecere reprezintă conturul transversal drumului, ce trebuie asigurat pentru o circulaţie în condiţii de siguranţă fără a exista pericolul de a atinge obiecte aflate în jur (delimitează spaţiile ce trebuie să rămână libere pentru circulaţia vehiculelor). Acest gabarit are următoarele dimensiuni:

Înălţime – 5,00m; Lăţime – lăţimea căii la care se adaugă câte 40cm de o parte şi de alta. Se mai lasă şi următoarele spaţii: În vecinătatea gardurilor sau clădirilor – 2,50m; Faţă de axa unei căi ferate normale – 4,75m; Faţă de axa unei căi ferate înguste – 4,00m

2.3.2. Profile transversale Se pot clasifica în:

• Profile transversale tip (normale şi speciale); • Profile transversale individuale; • Profile transversale curente (de execuţie);

Profile transversale de execuţie Se întocmesc în picheţi şi prezintă configuraţia transversală a terenului şi a drumului. Unele dintre ele, cele mai reprezentative pentru

anumite sectoare de drum, se constituie în aşa numitele profile transversale caracteristice. Etapele de întocmire a profilelor transversale de execuţie sunt următoarele:

• Se reprezintă pe planşă configuraţia transversală a terenului obţinută prin măsurări topo care redau cotele terenului în puncte caracteristice şi distanţele între ele. Se figurează axa verticală ce trece prin pichet;

• Se scrie cota proiectului în dreptul pichetului respectiv, luată din profilul în lung; • Cu ajutorul unor „tipare de profil transversal” se face operaţia de aşezare a platformei; • Se scrie lăţimea amprizei, înclinarea taluzurilor;

Fig. 2.36 Profil transversal curent Profile transversale tip Sunt profile gata întocmite care uşurează proiectarea. Sunt elaborate pentru diverse condiţii de teren. Cuprind elemente geometrice şi

constructive comune unui număr mare de situaţii de proiectare. Fiecare profil tip se aplică pe un anumit sector care conţine toate detaliile constructive preciate în profilul tip. Profilele de execuţie se fac pornind de la profilele transversale tip.

Elemente geometrice ce se evidenţiază în profilele transversale tip: • Lăţime platformă, carosabil, acostamente, ampriză, zone laterale; • Înclinare taluze; • Declivităţi carosabil; declivităţi acostamente; • Profil transversal şanţ;

Elemente constructive ce se evidenţiază în profilele transversale tip: • Materiale folosite în fiecare strat al sistemului rutier; • Tipul de pământ din terasament • Grosimea fiecărui strat al sistemului rutier

Profile transversale tip normale Se folosesc pentru porţiunile de drum pe care terasamentele se execută din pământ obişnuit în condiţii hidrologice şi de amplasament

curente.

Tabel 2.4 Declivităţi transversale în aliniament în funcţie de tipul îmbrăcăminţii

Felul îmbrăcăminţii

Declivitatea [%] 0 - 1 1 – 3,5 Peste 3,5

Asfalt turnat 2,0 1,5 1,5

Asfalt cilindrat

2,5

2,0

1,5

Beton de ciment

2,5

2,0

1,5

Macadam asfaltic

3,0

2,5

2,0

Macadam

4,0

3,5

3,0

Împietruire simplă

5,0

4,0

3,0

Pavaj de piatră 3,0 2,5 2,0

Profile transversale tip speciale Se folosesc numai pentru condiţii de teren reprezentate de stâncă sau de loess. Profile transversale individuale Se fac numai atunci când sunt necesare proiecte individuale (în general există profile transversale tip). Aceasta se întâmplă în condiţii

hidrologice şi de amplasament mai dificile: • Rambleuri din pământuri obişnuite dar cu înălţimi de peste 12m; • Rambleuri din argilă sau argilă grasă cu indicele de plasticitate de peste 15, indiferent de înălţime; • Rambleuri în condiţii hidrologice nesatisfăcătoare (supuse inundaţiilor sau aflate în zone mlăştinoase); • Debleuri în pământuri obişnuite dar cu adâncimi de peste 12m;

• Debleuri în pământuri cu straturi alternante; • Debleuri în condiţii hidrologice defavorabile (infiltraţii, băltiri etc.); • Terasamente executate pe teren natural cu panta mai mare de 1/3, terenuri instabile sau executate cu mijloace speciale

(hidromecanizare sau explozivi); În profilele transversale individuale, pe lângă elementele geometrice şi constructive folosite la profilele transversale tip, se mai

menţionează zidurile de sprijin, drenurile, alte elemente care individualizează acel profil transversal.

• Care sunt elementele constitutive ale drumului în profil transversal? • Ce se înţelege prin profil transversal tip? • Ce este profilul transversal tip normal? Ce elemente geometrice şi constructive conţine? • Ce este profilul transversal tip special? • Ce este profilul tranversal individual? În ce fel de proiecte se utilizează?

2.3.3. Caracteristicile geometrice ale profilelor transversale Rambleuri Înălţimea rambleurilor Din punctul de vedre al înălţimii rambleurile se pot clasifica în :

• rambleuri mici; h≤2m • rambleuri înalte; h=2…12m • rambleuri foarte înalte; h≥12m

Condiţii pentru stabilirea înălţimii rambleurilor: pământul din pat să nu fie afectat de umiditate cauzată de apele de inundaţie sau de ascensiunea capilară. Tipuri de înălţimi

• În regiuni uscate unde există posibilitatea scurgerii rapide a apelor, iar ascensiunea capilară este neglijabilă înălţimea rambleurilor poate fi de 20…30cm. O înălţime de 70…150cm este însă recomandată deoarece, în acest fel, traseul se adaptează mai bine la denivelările terenului şi nu doar la cele locale. De asemenea este asigurată evacuarea apei din corpul drumului.

• În vecinătatea lucrărilor de artă sau în zonele inundabile cota platformei va depăşi cu minimum 50cm nivelul apelor extraordinare, aceasta fiind la rândul ei sporită cu valoarea remuului şi cu înălţimea valurilor.

Fig. 2.37 Înălţimea rambleurilor în vecinătatea lucrărilor de artă sau în zone Inundabile Înclinările taluzurilor de rambleu

La rambleuri înclinările taluzurilor sunt mai reduse deoarece pământul este săpat de undeva şi i s-a modificat textura şi structura.

• La rambleurile aşezate pe terenuri de fundare cu capacitate portantă satisfăcătoare taluzurile vor avea înclinarea 1:1,5 până la înălţimea de maximum 6…10m stabilită în funcţie de natura pământului din rambleu.

• Pentru rambleuri ce depăşesc înălţimea din tabel, dar nu-s mai înalte de 12m, înclinarea taluzurilor va fi tot de 1:1,5 pe înălţimea din tabel (6…10m), măsurată de la platformă către în jos, iar pe restul înălţimii înclinarea va fi de 1:2.

Fig. 2.38 Înclinarea taluzurilor la rambleuri ce depăşesc înălţimea din tabel Tabel 2.5 Înălţimile maxime ale taluzurilor de rambleu

Natura materialului hmax [m] Argile prăfoase şi/sau nisipoase 6,0 Nisipuri argiloase, prafuri argiloase

7,0

Nisipuri 8,0 Pietrişuri şi balasturi 10,0

• Pentru rambleuri ce depăşesc 12m înclinarea taluzurilor va fi întreruptă de berme.

Fig. 2.39 Taluzurile la rambleurile de peste 12m înălţime

• Tot pentru înălţimi de peste 12m sau în condiţii deosebite (băltiri, pământuri slabe etc.) se recurge la calcule de stabilitate; Amenajarea bazei rambleurilor Este vorba de amenajarea terenului de fundare (pe care se sprijină rambleurile). Aceasta se face în funcţie de panta acestui teren. Astfel:

• Pentru pante transversala ale bazei rambleului mai mici de 1:5 se îndepărtează doar stratul vegetal (20…40cm), aşadar la fel cu situaţia unui teren plan;

• Pentru pante de 1:5…1:3 se prevăd trepte de înfrăţire (vezi figura de mai jos) cu lăţimi de cel puţin 1m (cel mai adesea, din motive de facilitare a mecanizării fără însă a constitui o regulă, se ia lăţimea lamei buldozerului) şi pante de 2% spre aval. Din motive de permeabilitate a pământului de umplutură şi de caracteristici ale stratificaţiei sale, se adoptă, uneori, soluţia cu trepte în contrapantă, ceea ce necesită însă, drenuri la fiecare treaptă.

Fig. 240 Trepte de înfrăţire

• Pentru înclinări ale terenului de peste 1:3, pentru asigurarea stabilităţii rambleului se recurge la ziduri de sprijin, la pereţi din palplanşe sau din coloane joantive, la pământ armat sau la ranforţi din coloane, chesoane sau barete. Evident, este nevoie de profile transversale individuale;

Debleuri

La debleuri prevalează în stabilirea elementelor geometrice, asigurarea colectării şi evacuării apelor de suprafaţă. • La debleuri cu adâncimi sub 12m înclinările sunt funcţie de tipul de pământ (vezi tabelul de mai jos);

Tabel 2.6 Înclinările taluzurilor de debleu

Pământuri argiloase 1:1,5 Pământuri marnoase 1:1…1:0,5 Pământuri macroporice (loess) 1:0,1 Pământuri stâncoase (în funcţie de gradul de alterare)

1:0,15…1:0,2

Pământuri stâncoase nealterabile 1:0,1 Pământuri stâncoase nealterabile şi cu stratificaţie favorabilă stabilităţii

1:0,1…vertical…în consolă

• Lăţimea banchetei, numai la debleuri mai adânci de 2m este de 0,25…0,50m; • Dacă pământul este multistrat se adoptă înclinări diferite pe adâncimea taluzului.

Fig. 2.41 Taluz de debleu în pământ multistrat La taluzurile de debleu mai mici de 2m sau în terenuri stâncoase nu sunt obligatorii banchetele, acestea având doar rolul de a proteja

şanţul de pământul desprins de pe taluz. Profile transversale mixte

Problemele de infrastructură pe care le ridică aceste profile transversale sunt legate de asigurarea scurgerii apei care poate avea aspecte

specifice (vezi figura de mai jos, în care se prezintă situaţia în care este necesară scurgerea apei pe partea opusă a colectării ei, realizarea unui podeţ tubular şi a unei camere de priză). La aceste profile, dar şi la cele de debleu pot exista condiţii care favorizează infiltrarea apei. Având în vedere dificultatea evacării acesteia, se impune construirea de şanţuri de gardă şi de drenuri.

Fig. 2.42 Profil transversal mixt cu podeţ tubular şi cameră de priză Necesitatea realizării unei camere de priză (numită şi cameră de cădere sau de colectare) apare, mai cu seamă, atunci când taluzul

dinspre amonte al drumului este de înălţime redusă. De asemenea înălţimea de pământ măsurată peste exradosul tubului trebuie şă fie de minimum 50cm pentru preluarea şocurilor transmise

de vehicul.

• Cum se stabileşte înălţimea rambleurilor? Dar înclinarea lor? • Cum influenţează condiţiile hidrologice înălţimea şi înclinarea taluzurilor de rambleu ? • Care este principala problemă în alcătuirea debleurilor? • Ce este o cameră de priză?

2.4. Amenajarea curbelor După cum s-a mai spus, în curbe se diminuează siguranţa circulaţiei şi confortul, ceea ce obligă la o serie de amenajări specifice în plan

orizontal, longitudinal şi transversal. Astfel, curbele se constituie în nişte abateri geometrice proiectate. Principalele amenajări ale curbelor sunt:

• Supralărgirea (necesară facilitării înscrierii vehiculelor); • Eventuala înlocuire a profilului transversal cu două pante, specific aliniamentului cu profil transversal convertit sau supraînălţat; • Inserarea curbelor progresive şi a rampelor supraînălţării între aliniament şi viraj; • Amenajări specifice curbelor succesive (curbelor apropiate);

2.4.1. Raze caracteristice Razele caracteristice (sau convenţionale) sunt razele ale căror valori fac separarea între diverse tipuri de amenajări în spaţiu ale curbelor,

clasificându-le după profilul ransversal al căii, a cărui formă este necesară pentru o viteză de proiectare dată şi pentru anumite condiţii de confort impuse.

Astfel: Raza recomandabilă este raza a cărei valoare nu impune amenajări în spaţiu ale profilului transversal. Evident, nici curbele cu raze mai

mari ca raza recomandabilă nu vor impune amenajări în spaţiu. Curbele al căror raze sunt mai mici decât raza recomandabilă necesită convertirea profilului transversal.

( )tr if

vR−⋅

≥127

2

, unde: (2.75)

f – coeficientul de frecare carosabil – roată; f=0,1 la drumuri forestiere; i – panta transversală; i=3% la drumuri forestiere, atunci când nu sunt alte impuneri precizate; Raza curentă este cea mai mică rază care impune convertirea profilului transversal. Pentru curbele cu raze mai mici ca raza curentă se

impune supraînălţarea profilului. Tot pentru aceste curbe este necesară introducerea curbelor de racordare progresive, eventual a supralărgirii

(dacă raza este sub 300m). Se pot introduce racordări progresive şi pentru raze mai mari decât raza curentă dar, doar dacă se doreşt sporirea onfortului.

( )tc if

vR+⋅

=127

2

(2.76)

Raza minimă este este cea mai mică rează permisă. Coeficienţii f şi it au de această dată valorile 0,2, respectiv 6%, atunci când nu sunt alte impuneri precizate. Calculul razelor caracteristice din condiţii de confort

Condiţia de echilibru, s-a văzut la analiza derapajului în curbe, este: P(φ+i)=C Cu cât termenul P.φ (adică forţa de frecare mobilizată) intervine în circulaţie într-o proporţie mai mare, faţă de termenul P.i (din deverul

pozitiv supraînălţat), cu atât curba se resimte mai mult. Dar: P.φ=m.a, unde: m.a – forţa reactivă; a[m/s2] – accleraţia forţei reactive (acceleraţia forţei de frecare mobilizate); Atunci:

m.a+P.i=C ⇔Rviga

2

=⋅+ (2.77)

Pentru dever negativ:

Rviga

2

=⋅− ⇔ ag =⋅ϕ şi deoarece aproximăm aceleraţia gravitaţională g≈10 m/s2, rezultă:

a=10φ (2.78) Cu cât a are valori mai mici, cu atât confortul este mai bun. Se recomandă φ=0,05…0,15, ceea ce conduce la o acceleraţie

a≤ 1,5m/s2. Pentru a calcula razele convenţionale din condiţii de confort, exprimăm acceleraţia reactivă (acceleraţia forţei de frecare

mobilizate – a), în raport de panta transversală a căii – i: a=k.i, unde: (2.79) k – coeficient de confort, k= 10…40, şi arată raportul dintre contribuţia frecării şi contribuţia supraînălţării. Cu cât k este mai

mic, cu atât contribuţia frecării este mai mică şi deci, confortul este mai bun. Atunci:

Rvgkiiga

2

)( =+⋅=⋅+ (2.80)

Deoarece g ≈ 10m/s2, pentru deverul pozitiv panta transversală a carosabilului i va fi:

( )10

2

+⋅=

kRvi (2.81)

Pentru k=10 vom avea: ϕ⋅=⋅= gia 10

⇒ i=φ De asemenea a=g.φ înseamnă contribuţia frecării egală cu contribuţia supraînălţării în cazul derapajului. Relaţia de bază:

( )ivR±

=ϕ127

2

devine pentru dever pozitiv:

( ) iv

iivR

⋅=

+⋅=

254127

22

(2.82)

Dar deoarece: a=10.φ=k.i, atunci: k=10φ/i şi deci:

10ik ⋅

=ϕ , iar relaţia de bază devine:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ±

⋅⋅

=iik

vR

10127

2

(2.83)

Pentru φ=0,05…0,15 se admite k=φ/i=1,5…3,0, iar relaţia de bază devine:

( )ikivR

±⋅⋅=

127

2

(2.84)

Cu k=1,5…3,0 (vezi mai sus) se calculează razele convenţionale: • Rmin se calculează pentru i=0,07 (dever pozitiv); • Rc se calculează pentru i=0,02 (dever pozitiv); • Rr se calculează pentru i=0,025 (dever negativ);

Fig. 2.43 Amenajările curbelor în funcţie de rază

Convertirea şi/sau supraînălţarea se fac pe curbele de tranziţie, atunci când acestea există, astfel încât pe înteaga lungime a vconvertirii/supraînălţării să fie cea calculată Tabel 2.7 Razele caracteristice la drumurile forestiere

Razele caracteristice [m]

Viteza de proiectare [km/ora] 50

40

25

20

15

10

Raza recomandabila 340 200 80 50 30 30

Raza curenta

170

100

40

25

15

15

Raza minima 85 50 20 15 13 13

• Care sunt principalele amenajări ale curbelor în plan şi în spaţiu? • Ce este deverul pozitiv? • Ce este raza recomandabilă? Dar raza curentă? Din ce condiţii rezultă raza minimă? • Ce este convertirea ? Dar supraînălţarea?

2.4.2. Supralărgirea

Faţă de cele deja cunoscute privind înscrierea vehiculelor în curbă, mai adăugăm, privitor la amenajările de acest tip ale curbelor: Supralărgiea se menţine constantă pe întreaga lungime a virajului iar racordarea cu aliniamentele se face pe curbele progresive., iar acolo unde acestea lipsesc, pe o distanţă de cel puţin 0,5v dar nu mai puţin de 10m. În general, porţiunea de racordare a supralărgirii coincide cu cea de racordare a profilelor transversale convertite sau suprînălţate.

Fig. 2.44 Supralărgirea 2.4.3.. Racordarea profilelor transversale Curbe izolate Două curbe se consideră izolate dacă distanţa dintre ele este cel puţin egală cu 1,4v, unde v este viteza de proiectare. La fel dacă una

dintre curbe are raza cel puţin egală cu raza recomandabilă chiar dacă aliniamentul ce le desparte este mai mic de 1,4v. Profilele transversale în curbele izolate se racordează conform figurii de mai jos, adică în întregime pe curba progresivă – c.pr. sau

numai partea de supraînălţare pe curba progresivă iar partea de convertier pe aliniament. Declivitatea marginii exterioare a carosabilului nu are voie să depăşească declivitatea maximă admisă.

Fig. 2.45 Racordarea profilelor transversale

Linia proiectului se mută începând cu porţiunea pe care se aplică supraînălţare, din ax pe marginea exterioară a carosabilului. Acostamentele îşi menţin declivitatea transversală pe sectorul pe care se realizează convertirea/supraînălţarea până ce declivitatea

transversală a carosabilului atinge valoarea declivităţii acostamentului interior, apoi, înteaga platformă îşi sporeşte declivitatea transversală până la atingerea valorii finale a supraînălţării (valoarea de pe viraj).

Fig. 2.46 Convertirea/supraînălţarea platformei drumului Tabel 2.8 Declivitatile transversale unice

Raza curbei [m]

Panta transversala unica [%] pentru vitezele de proiectare [km/ora] 50

40

25

20

15

10

10 4,5 4,0 15 5,5 3,0 3,0 20 6,0 4,5 25 5,0 3,0 30 4,0 40 3,0 50 6,0 60 5,0

80 6,0 4,0 100 5,5 3,0 120 4,0 140 3,5 170 3,0

Curbe succesive La curbele succesive , numite şi curbe apropiate, supralărgirea părţii carosabile se cumulează pe porţiunea de suprapunere a racordărilor. Curbe succesive de acelaşi sens

• Atunci când razele ambelor curbe au valori între raza recomandabilă şi raza curentă, se converteşte profilul pe întregul aliniament ce le separă;

• Atunci când una dintre curbe are raza între raza recomandabilă şi raza curentă, iar cealaltă are raza între raza curentă şi cea minimă, se procedează astfel: Profilul convertit al primei curbe se păstrează şi pe aliniament până unde începe curba progresivă a celei de-a doua curbe, iar pe această curbă progresivă se trece de la profil convertit la profil supraînălţat;

• Atunci când ambele curbe au raza între raza curentă şi raza minimă sunt posibile două situaţii: - Aliniamentul dintre originile clotoidelor celor două curbe este cel puţin 0,5v: profilul supraînălţat al primei curbe îşi

micşorează panta transversală pe lungimea curbei sale de tranziţie devenind convertit la capătul aceteie şi menţinându-se convertit şi pe aliniament. Din originea clotoidei celei de-a doua curbe panta transversală începe să crească devenind supraînălţat în originea virajului.

- Aliniamentul dintre originile clotoidelor celor două curbe este mai mic de 0,5v. Profilul supraînălţat al primei curbe se transformă în profil supraînălţat al celei de-a doua curbe pe sectorul celor două clotoide şi a aliniamentului dintre ele.

Curbe succesive de sens contrar Profilul transversal al primei curbe se transformă în profilul transversal al celei de-a doua curbe pe sectorul dintre cele două arce de cerc.

Va exista o secţiune în care va apărea un profil transversal de aliniament care trebuie să fie obligatoriu pe un sector în aliniament sau în punctul de inflexiune al celor două clotoide dacă cele două clotoide sunt cap la cap. Nu se admite ca în vreo secţiune să apară declivitate transversală de sens opus celei potrivite.

Un tabel sintetic al elementelor geometrice şi constructive ale drumurilor forestiere pe care circulă vehiculele curente, este prezentat mai jos:

Tabel 2.9 Elementele geometrice şi constructive ale drumurilor forestiere Tipul şi categoria drumului

Suprafaţa păduroasă deservită

Trafic anual

Viteza de proiectare [km/oră]

Lăţimi [m] Raza minima

Rampe maxime [%]

Distanţa de vizibilit.

Mod exploat.

Platfor-ma

Carosa-bil

Acosta-mente

Transp. în plin

Transp. în gol

I Magistral

Peste 10000 ha

Peste 50000 t

50 - 25

7,00

5,50

0,750

85 - 20

8

10

90 - 40

Întreg anul

II Principal

Între 10000 şi 1000 ha

50000 –5000 t

40 - 20

4,50

3,50

0,500

50 - 15

9

11

70 - 30

Întreg anul

III Secundar

Sub 1000 ha

Sub 5000 t

20 - 10

3,50

2,75

0,375

15 - 13

9

12

30 -15

Întreg anul sau sezonier

• Cum se face racordarea profilelor transversale la curbele izolate? • Ce condiţie trebuie să îndeplinească două curbe pentru a intra în categoria curbelor izolate ? • Cum se face racordarea profilelor transversale la curbele succesive de acelaşi sens? • Cum se face racordarea profilelor transversale la curbele succesive de sensuri contrare?

Capitolul III Studiul traseului 3.1. Generalităţi Conducerea traseului unui drum forestier este o sarcină deosebit de complexă care reuneşte necesităţi de ordin tehnic, economic, ecologic, strategic şi turistic. Această complexitate permite doar oferirea de recomandări în alegerea traseului, nu şi reguli, situaţia concretă prevalând adesea în dauna orientărilor generale. 3.2. Recomandări şi orientări generale pentru stabilirea traseelor În principiu, traseul unui drum forestier trebuie să răspundă la următoarele două cerinţe:

o Să accesibilizeze cât mai complet suprafaţa păduroasă în cauză; o Să cauzeze pădurii pagube minime;

Decelând, cerinţele de mai sus, recomandările sunt cele ce urmează: • Traseul să treacă prin locurile avantajoase din punctul de vedere al proceselor

tehnologice de exploatare, în ceea ce priveşte locurile de amplasare a rampelor de încărcare a materialului lemnos, de amplasare a buclelor sau a staţilor de întoarcere, traversarea cursurilor de ape şi a unor eventuale căi de comunicaţie, racordarea cu alte căi de comunicaţie. Unele dintre aceste puncte se constituie în puncte obligate. Prin unirea punctelor obligate se obţine o linie frântă care se numeşte linie călăuză;

• Să aibă cât mai puţine curbe iar cele existente să aibă raze cât mai mari, pentru a oferi condiţii cât mai bune de circulaţie pentru vehiculele forestiere;

• Să fie cât mai apropiat de linia călăuză, căci astfel va fi mai scurt şi, de obicei, mai ieftin;

• Să se evite rampele pierdute. Prin rampe pierdute se înţeleg diferenţele de nivel care apar suplimentar faţă de diferenţa de nivel ce trebuie învinsă. Pentru evitarea, pe cât posibil, a rampelor pierdute care conduc la un consum inutil de energie, linia roşie trebuie fixată cât mai aproape de linia călăuză (linia dreaptă care uneşte, în profil în lung, punctele extreme ale traseului).

Fig.3.1 Rampe pierdute

• Evitarea declivităţilor izolate de valoare ridicată care pot limita viteza de circulaţie sau încărcarea vehiculelor;

• Să conducă la compensarea mişcării terasamentelor şi mecanizarea acestora, precum şi la distanţe de transport cât mai mici;

• Se vor evita zonele foarte umede şi cele cu nivelul ridicat al apelor subterane; • Se vor evita declivităţile izolate de valoare ridicată care pot limita viteza de

circulaţie sau încărcarea vehiculelor;

• Se va încerca evitarea creerii, prin construirea drumului, a unor depresiuni locale închise, iar atunci când nu se pot evita astfel de depresiuni, se vor amenaja şanţuri şi podeţe pentru asigurarea evacuării apei de la baza taluzului drumului;

• Pentru evitarea înzăpezirilor, traseul va forma un unghi de cel mult 300 cu direcţia vântului dominant.

• Traversarea unui curs de apă în apropierea unei confluenţe va fi făcută în amonte de aceasta pentru evitarea producerii vârtejurilor şi pe cale de consecinţă a afuierii infrastructurii podurilor;

• Traversarea culmilor se va face prin cele mai favorabile şei; • Evitarea conurilor de dejecţie; Există conuri active la care albia torentului este

instabilă şi conuri de drenare la care albia torentului s-a stabilizat; La cele din urmă se poate face, totuşi, traversarea torentului, dacă nu poat fi evitată, dar se va prefera traversarea pe la vârful torentului. Aceasta mai impune amenajarea unor trepte de fund pentru pante mari şi camere de depunere în amonte, precum şi baraje de reţinere, împăduriri etc.

Referitor la recomandarea privind compensarea terasamentelor, este bine de ţinut

seama şi de următoarele: Volumul de terasamente variază mult chiar pentru deplasări reduse ale axei drumului

în profil transversal, mai ales în cazul versanţilor abrupţi. Studiul poate fi condus şi grafic (Fig. 3.2). Astfel, se consideră câteva poziţii ale axei drumului. În ordonată se reprezintă costurile lucrărilor. Prin menţinerea reprezentării poziţiei axei, se obţin curbele aaţ pentru săpături şi bbţ pentru umpluturi. Curba ccţ reprezintă variaţia tuturor costurilor lucrărilor de terasamente în funcţie de poziţia axei.. Minimumul acestei curbe corespunde optimumului căutat.

Fig. 3.2 Amplasarea axei profilului transversal

Asemănător, se poate proceda dacă intervin ziduri de sprijin, costurile acestora incluzându-se, după caz, în costurile umpluturilor sau săpăturilor.

• Care sunt cerinţele de principiu pentru conducerea traseelor drumurilor forestiere?

• Care sunt recomandările de ordin economic pentru traseele drumurilor forestiere?

• Care sunt recomandările de ordin tehnic? 3.3. Criterii în stabilirea traseelor

În stabilirea traseului se vor evidenţia criterii economice, tehnice, sociale,

strategice şi turistice.

3.3.1. Criterii economice

Aceste criterii urmăresc funcţiile pe care trebuie să le îndeplinească drumul proiectat, precum şi la eficienţa economică a soluţiei de traseu adoptată. Astfel, se vor analiza:

• Orientarea generală a traseului; • Legarea punctelor de încărcare; • Racordarea cu diverse alte căi de comunicaţii; • Valoarea prezumată a investiţiei iniţiale; • Prezumtivele cheltuieli în exploatare, inclusiv cele de întreţinere, reparaţie şi

eventuale reabilitări şi/sau modernizări (drumul este o constucţie cu o durată lungă de viaţă);

3.3.2. Criterii tehnice

• Relieful; • Caracteristicile geotehnice; • Caracteristicile hidrologice; • Caracteristicile climatice;

Dat fiind numărul mare de criterii tehnice, se impune folosirea unor analize multicriteriale.

Trasee specifice diverselortipuri de relief

Configuraţia terenului natural determină, mai întotdeauna, conducerea unui traseu, dar şi valorile limită pentru elementele sale geometrice, volumul de terasamente şi de lucrări de artă.

Din punct de vedere rutier relieful oate fi caracterizat astfel: Tabel 3.1 Caracterizarea tipulrilor de relief (Zarojanu şi Popovici, 1995) Tipul de relief

Caracteristici Diferenţe de cote pe km [m/km]

Pante transversale

Uşor (şes) • Întinderi mari plane sau declivităţi mici

• Albii largi şi puin adânci

≤40 1/30…1/15

Mijlociu (dealuri mici)

Întinderi cu relief ondulat, văi bine conturate, depresiuni rare

40…70 1/5…1/5

Greu (deluros sau muntos)

Relief accidentat cu văi şi râpe

70…100 1/5…3/1

Foaret greu (defileu)

Relief foarte accidentat cu versanţi abrupţi, văi numeroase şi adânci

≥100 3/1…10/1

Din condiţii de relief se mai pot face următoarele observaţii şi recomandări: • La trasee de şes: aceste terenuri sunt caracterizate de mari întinderi plane,

declivităţi mici, albii largi şi puţin adânci, diferenţe între cote sub 40m/km de

traseu şi pante transversale între 1/30 şi 1/15. În consecinţă, traseele vor avea aliniamente lungi, curbe puţine şi cu raze mari şi foarte apropiate de linia călăuză, da la care se se abat doar pentru a evita zonele mlăştinoase, eventuale suprafeţe agricole etc. De menţionat că aliniamentele mai lungi de 4km obosesc prin monotonie pe conducătorul auto şi trebuie evitate. Profilele transversale se recomandă să fie în umplutură deoarece, dacă sunt necesare şanţuri, scurgerea apelor este foarte greu de realizat. De asemenea, deoarece, în general, în aceste regiuni nivelul apelor subterane este aproape de suprafaţă, ceea ce limitează adâncimea şanţurilor;

• Trasee de vale: Sunt cele mai recomandate. Se desfăşoară în albia majoră a râurilor, pe terasele din lungul văilor sau la baza unuia din versanţii laterali. La acest tip de trasee problema principală este alegerea versantului pe care să se desfăşoare traseul. Astfel, dacă un singur versant este împădurit, traseul se va desfăşura cât mai aproape de baza acestuia. Dacă ambii versanţi sunt împăduriţi până la bază, traseul va trebui desfăşurat cât mai aproape de firul văii, având grijă ca platforma să se găsească cu cel puţin 50 cm deasupra nivelului apelor extraordinare şi ţinându-se seama de poziţia punctelor obligate faţă de firul văii, de care versant este mai puţin înclinat, de numărul afluenţilor, de evitarea conurilor de dejecţie, de alegerea versantului cel mai stabil din condiţii geologice şi geotehnice, de alegerea versantului cel mai însorit şi mai expus vânturilor. Avantajele traseelor de vale: Urmăresc cel mai bine direcţiile naturale de scurgere ale materialului lemnos. Sunt drumuri axiale naturale într-o reţea de drumuri forestiere. Balastierele sunt în preajmă. Nu sunt înzăpezibile, fiind ferite de versanţii care le flanchează. Dezavantaje: Necesită o asigurare suplimentară a drumului împotriva inundaţiilor. Afluenţii cursului de apă în lungul căruia se desfăşoară traseul sunt intersectaţi de către drum în apropiere de vărsare unde sunt mai largi şi necesită lucrări de artă mai de amploare, apărări de maluri etc. Adesea sunt de evitat zone mlăştinoase. Uneori, amplasarea drumului pe o terasă poate fi mai dezavantajoasă decât amplasarea la piciorul versantului. La piciorul versantului pantele transversale sunt mai mici, iar la baza teraselor se află, adesea, izvoare care trebuie rezolvate.

Fig. 3.3 Drum de vale Pentru a nu avea traverări repetate şi frecvente ale aceluiaşi curs de apă, se poate recurge la lucrări de „corectare a albiei”.

Fig 3.4 Corecţie de albie

Alteori, traversarea frecventă a cursului de apă în valea căruia se află drumul, poate fi cauzată de urmărirea malului cel mai stabil.

• Trasee de culme: Se desfăşoară în lungul culmilor sau pe platourile care separă bazine hidrografice vecine. Aceste trasee vor trebui să treacă prin şei, să ocolească piscurile intermediare şi obârţia văilor. Au, de obicei, declivităţi reduse, dar panouri scurte din cauza deselor schimbări de declivitate.

Fig.3.5 Traseu de culme Avantajele traseelor de culme: Au puţine curbe, iar cele existente au raze mari.Au puţine lucrări de artă. Desele schimbări de declivitate asigură compensarea terasamentelor care, oricum, sunt, în general, de volum destul de mic. Prezintă condiţii hidrologice favorabile, fiind ferite de acţiunea apelor de suprafaţă şi de adâncime. Prin puţine lucrări de terasamente, se pot obţine profile transversale de rambleu, cu toate avantajele ce decurg.

Fig. 3.6 Obţinerea profilelor transversale de rambleu la drumuri de culme Dezavantaje: Sunt înzăpezibile, mai ales când nu sunt împădurite.

• Trasee de coastă: Sunt caracteristice deschiderilor masivilor păduroşi. De asemenea când se doreşte o deschidere cât mai uniformă prin împărţirea versantului sau când se doreşte accesibilizarea unei suprafeţe păduroase care nu coboară până la fundul văii. Traseele de coastă leagă, de regulă, două puncte situate pe acelaşi versant la cote diferite. Astfel, declivitatea devine un criteriu deosebit de important la fixarea traseului drumurilor de aceste tip. Tot din acest motiv se ajunge, uneori, la serpentine. Acestea pot conduce însă, la distanţe de colectare diferite. Profilul transversal caracteristic este cel mixt care uneori necesită ziduri de sprijin. Bine este să fie o parte cât mai mare a profilului transversal în debleu, unde terenul este cel natural, suficient de stabil. Adesea, însă, nu este economic. Tot profil transversal de debleu se preferă şi atunci când înclinarea straturilor este în sensul unei posibile alunecări. Tot pericolul de alunecare poate creea necesitatea unui profil transversal mixt, aceasta atunci când

se apreciază că situaţia geologo-geotehnică impune limitarea secţionării straturilor prin săpare. Se vor prevedea în acest ultim caz ziduri de sprijin. Se va evita conducerea traseului pe versanţi nestâncoşi cu pante transversale mai mari de 1:5. Dacă nu se poate se vor prevedea ziduri de sprijin. Traversarea cursurilor de apă poate fi făcută pe la obârşie, pentru a avea lucrări mici de terasamente, dar şi traversări multe şi traseu destul de lung. Cel mai adesea, se recomandă să se aleagă locul de traversare, care va fi între două sectoare de trasee de coastă.

Fig. 3.7 Traversarea cursurilor de apă la drumurile de coastă

• Trasee de trecere între două bazine: traversează cumpăna apelor, ceea ce constituie şi problema centrală a acestui tip de traseu, mai cu seamă în regiuni accidentate, în sensul dificultăţii alegerii punctelor de trecere. Şeile de cote mici sunt favorabile dacă sunt în apropierea liniei călăuze. Uneori, poate fi favorabilă ocolirea culmii, căci traversarea ei înseamnă şi rampă pierdută. De o parte şi alte a traversării propriu-zise se desfăşoară trasee de coastă..

Fig. 3.8 Traversarea culmilor

Indiferent de tipul de traseu, se va încerca să se evite următoarele zone nefavorabile: • Zonele cu alunecări; • Mlaştinile; • Zonele cu nivel ridicat al apelor subterane; • Zonele inundabile;

Trasarea în diverse condiţii geologice, hidrogeologice şi geotehnice În alegerea variantei optime de traseu va trebui să se ţină seama şi de terenul de fundare

şi de pământurile ce se vor folosi în umpluturi. Structura geologică a terenului de fundare dă indicaţii privind stabilitatea viitorului drum, iar pământurile ce vor fi folosite în umpluturi hotărăsc, în mare măsură, metodele de execuţie şi cele de consolidare. De asemenea informaţiile de natură geologică, mai ales la drumurile amplasate pe versanţi, arată pericolul de alunecări la care va fi, sau nu, expus viitorul drum, dat fiind faptul că, adesea, pot fi întâlnite terenuri cu straturi permeabile la suprafaţă şi impermeabile dedesubt (Fig. 3.9).

Fig. 3.9 Teren periclitat din cauza straturilor permeabile la suprafaţă şi impermeabile în adâncime

Fig. 3.10 Amplasarea drumului în versanţi cu pericol de alunecări Pericolul scade, în astfel de situaţii, dacă apele sunt evacuate prin şanţuri de gardă. Este

necesar să se ştie dacă există intercalaţii de argilă între straturi care, prin înmuiere, pot conduce la formarea planurilor de alunecare. În regiuni muntoase, trebuie acordată mare atenţie versanţilor cu grohotişuri. Grohotişurile, după gradul lor de mobilitate, pot fi:

• Active (se mişcă); pot fi recunoscute după lipsa vegetaţiei; • Pe cale de stingere; pot fi recunoscute după vegetaţia ierboasă şi tufărişuri; • Stinse; acestea sunt acoperite de vegetaţie sau chiar împădurite.

Primele două categorii de versanţi trebuie evitate în amplasarea drumurilor.

• Care sunt recomandările cu caracter general pentru conducerea traseelor? • Ce caracteristici au traseele de vale? • Cum influenţează caracteristicile geologice şi geotehnice alegerea traseelor? • Care este cel mai răspândit tip de traseu la drumurile forestiere?

3.4. Etape în stabilirea traseului În stabilirea traseului se recomandă să se procedeze etapizat. Principalele etape sunt următoarele:

1. Studiul planurilor şi a hărţilor care cuprind amplasamentul viitorului drum (etapă de birou); În cazul că acestea nu există sau nu sunt corespunzătoare, se identifică pe hartă o fâşie de 40…60 m lăţime pe care, în teren, se face o ridicare topografică finalizată prin trasarea curbelor de nivel. Pentru aceasta, se poate recurge la împărţrea fâşiei în triunghiuri în care fiecare vârf să constituie pe cât posibil, un

punct reprezentativ pentru situaţia din teren (culmi, funduri de albii, muchii de maluri etc.), cărora li se determină coordonatele în plan şi cotele absolute. Se reprezintă (etapă de birou) pe plan aceste puncte la o scară convenabilă şi se unesc puntele care au aceeaşi cotă în vederea trasării curbelor de nivel. Pentru porţiuni în care lipsesc punctele care interesează, se poate recurge la interpolare.

2. Confruntarea cu terenul pentru eventuala actualizare (etapă de teren); 3. Schiţarea pe hărţi (sau pe planuri cu curbe de nivel, dacă se dispune de aşa ceva) a

unor variante de studiu ale viitorului traseu (etapă de birou); 4. Verificarea la teren a posibilităţii reale ca variantele să treacă prin locurile unde

au fost schiţate. Se culeg informaţii climatice, hidrologice, geologice şi geotehnice(etapă de teren):

5. Eventuala materializare provizorie pe teren pentru un studiu comparativ la teren; 6. Alegerea variantei definitive cu materializarea prin ţăruşi (etapă de birou + teren)

Punctele materializate prin ţăruşi se numesc picheţi şi sunt punctele cărora li se determină cota pentru a apărea în profilul în lung şi totodată cele în care se întocmesc profile tansversale;

3.5. Stabilirea traseelor pe planuri cu curbe de nivel

Este o situaţie foarte bună atunci când se dispune de planuri cu curbe de nivel. În caz contrar, dacă timpul permite, se recomandă ca mai întâi să se întocmească astfel de planuri şi apoi să se procedeze la alegerea traseului. Se recomandă folosirea de planuri întocmite la scara 1:1000 cu echidistanţa de 1m. La traseele de şes, în general, nu sunt probleme, trebuind doar să se ocolească zonele

umede. La traseele din regiuni accidentate principala problemă o constituie învingerea declivităţilor. Adesea, este necesară aplicarea procedeului axei zero.

3.5.1. Procedeul axei zero Constă în căutarea unui traseu cu declivitate constantă în care axa drumului să

urmărească nivelul terenului, obţinând astfel cote de de execuţie nule (de aici îi vine şi numele); Se apelează la acest procedeu ori de câte ori este dificilă respectarea declivităţii impuse a

drumului. Fie i% declivitatea ce trebuie menţinută constantă. Fie e echidistanţa curbelor de nivel; Fie l distanţa fixată ce trebuie menţinută neschimbată (cu ajutorul unui compas) şi care se

poate măsura pe plan între două curbe de nivel vecine.

Fig. 3.11 Relaţia geometrică între declivitate, echidistanţă şi distanţa între două curbe de

nivel vecine, ce trebuie menţinută neschimbată

Din figura de mai sus rezultă:

iel = (2.82)

Deoarece poligonului de bază va trebui să i se racordeze unghiurile prin curbe, traseul va suferi scurtări. Va trebui, deci, să sporim distanţa l cu 10%, ceea ce se consideră că oferă o aproximare convenabilă a creşterilor de declivitate cauzate de scurtarea traseului. Se obţin mai multe variante (vezi figura de mai jos) din care se alege cea mai avantajoasă (de obicei cea mai apropiată de linia călăuză)

Fig. 3.12 Variante de traseu în procedeul axei zero. Varianta obţinută (care este o linie frântă cu segmente scurte) constituie ghidul traseului. Această linie se înlocuieşte cu segmente mai lungi, obţinându-se poligonul de bază.

Fig. 3.13 Obţinerea poligonului de bază După racordarea unghiurilor poligonului de bază se poate face hectometrarea traseului, dar se recomandă, ca mai întâi, să se facă şi un profil longitudinal, de studiu, al terenului şi o evaluare a volumelor de terasamente. În prejma podurilor, ghidul traseului se opreşte la acea curbă de nivel care indică înălţimea necesară deasupra văii, reluându-se de pe celălalt mal de la aceeaşi cotă.

Fig. 3.14 Axa zero în preajma unui pod 3.6. Trasarea directă

Se face când nu se dispune de un plan cu curbe de nivel, sau atunci când timpul de care se dispune pentru întocmirea proiectului este foarte scurt. Dă rezultate bune în cazul traseelor de culme sau a celor de vale unde sunt mai puţine variante. Se procedează în felul următor:

• Se folosesc informaţiile existente despre direcţia generală a traseului sau, dacă acestea nu există sau nu sunt suficiente, se încearcă alegerea pe hartă a unui prim traseu.

• Se stabileşte declivitatea maximă; • Se încearcă, în teren, fixarea unor aliniamente cât mai lungi. • Se măsoară unghiurile dintre aliniamente (pe virtuala linie a proiectului),

distanţele (cu teodolitul) şi se verifică declivităţile (măsurând unghiuri verticale cu aparatul topo sau citind declivitatea direct cu clizimetrul)

• Dacă e posibil, se apreciază şi razele curbelor şi cunoscând unghiurile din vârfurile poligonului de bază, se apreciază elementele curbelor;

• Se face nivelment transversal cu nivela sau cu lata şi bolobocul în punctele jalonate (cca 20…40m) de o parte şi de alta axei ;

• La birou se fac calcule precise cu datele din teren, se trasează provizoriu pe plan axa drumului şi se întocmeşte un profil longitudinal provizoriu, obţinându-se o imagine de ansamblu care permite analizarea lungimilor aliniamentelor, paşii de proiectare şi elementele curbelor;

• Eventualele modificări ale traseului impun revenirea la teren şi rejalonarea; 3.7. Clasificarea drumurilor în funcţie de criteriile legate de traseu După relieful regiunii în care se amplasează drumul:

• Drumuri de şes (au altitudinea de până în 150m); • Drumuri de deal (altitudinea 150…300m); • Drumuri de munte;

După amplasare:

• Drumuri de vale (sunt amplasate în lungul văii unui curs de apă permanent) şi pot fi la baza versantului sau pe una din terasele văii;

• Drumuri de versant (de coastă), se desfăşoară pe un versant; • Drumuri de culme. Se află în apropierea cumpenei apelor; • Drumuri de trecere dintr-un bazin în alt bazin. Sunt drumuri ce traversează o culme; • Drumuri de versant etajat. Sunt drumuri ce se desfăşoară pe un versant urmărind curba de

nivel; • Drumurile de centură. Urmăresc liziera pădurii sub forma unui drum de versant;

• Ce este axa zero? Când se foloseşte acest procedeu? • Care este avantajul oferit de acest procedeu? • În ce constă procedeul axei zero? Ce este ghidul traseului? • Cum se ajunge la poligonul de bază în cazul utilizării procedeului axei zero ? • Cum se ajunge la traseul definitiv ? • În ce constă trasarea directă?

Capitolul IV Studiul mişcării pământului

Realizarea drumului în profil longitudial şi transversal presupune săpături şi umpluturi de pământ care împreună pot fi denumite prin sintagmele mişcarea pământului şi lucrări terasiere . Pentru efectuarea acestor lucrări trebuie determinate ampriza, suprafeţele taluzurilor şi culoarele de defrişat, în vederea unor lucrări pregătitoare. Mai trebuie determinate suprafeţele profilelor transversale care folosesc la calculul volumelor de terasamente.

4.1. Lăţimea amprizelor, suprafeţele taluzurilor şi a culoarelor de defrişat

Se determină lăţimea amprizei în dreptul fiecărui pichet, apoi se folosesc metode grafice (de exemplu măsurarea dierctă pe planşă) şi /sau analitice

(se geometrizează suprafeţele amprizelor şi apoi se calculează).

Fig. 4.1 Geometrizarea suprafeţelor amprizelor pentru calcul prin metode analitice Asemănător se pot determina şi suprafeţele taluzurilor (vezi figura de mai jos).

Fig. 4.2 Determinarea suprafeţelor taluzurilor Culoarul de defrişat trebuie redus la minimum, în aşa fel încât să asigure gabaritul de liberă trecere şi vizibilitatea, dar să dezafecteze o suprafaţă

împădurită cât mai mică.

În porţiunile de drum în care profilul transversal este în împlinire, limitele laterale ale culoarului de defrişat se stabilesc la 1,00…1,50m de muchia platformei. La porţiunile de drum în săpătură limitele culoarului se stabilesc la 1,00…1,50m în exteriorul crestelor taluzurilor.

Lăţimea culoarului din fiecare pichet multiplicată cu distanţa aplicabilă dă suprafaţa întregului culoar de defrişat. Se poate stabili şi grafic. 4.2. Calculul suprafeţelor profilelor transversale Există numeroase metode de calcul al acestor suprafeţe, din care se diting metodele geometrice şi metodele aproximative. Metodele geometrice

constau în împărţirea suprafeţelor profilelor transversale în suprafeţe elementare regulate (dreptunghiuri, trapeze şi triunghiuri). Metodele aproximativeinclud folosirea distanţierelor, a planimetrelor şi a abacelor.

Fig. 4.3 Calculul suprafeţelor profilelor transversale prin metode geometrice 4.3. Calculul volumelor de lucrări terasiere

Se determină suprafeţele profilelor transversale în picheţi, separat pentru rambleu, pentru debleu, precum şi pe categorii de pământ. Distanţa

maximă între profile este de 50m la şes şi de 25m la munte.

Fig. 4.4 Determinarea suprafeţelor de săpătură şi de umplutură în metoda distanţelor aplicabile În metoda distanţelor aplicabile, care va fi prezentată în continuare, relaţia fundamentală este următoarea:

21 nn

nndd

SV+

⋅= − , în care: (4.1)

Vn – volumul aferent pichetului n; Sn – suprafaţa profilului transversal din pichetul n; dn-1, dn – distanţele adiacente profilului n;

21 nn dd +− - distanţa aplicabilă;

SD6 D SD5

Fig. 4.5 Calculul volumelor de pământ în metoda distanţelor aplicabile Calculul volumelor de pământ se face separat pentru săpătură respectiv, umplutură. Astfel:

665

56554

4544

565

3332

23221

121

222

2222

SDd

SDdd

SDdd

V

SRd

SRdd

SRdd

SRdV

pD

pR

−−−−−

−−−−−−

++

++

=Σ

++

++

+=Σ

R

1 2 3 4 5 6d1-2 d2-3 d3-p dp-4 d4-

SD4

d5-65

SR1

SR2 SR3 SR6

• Ce este culoarul de defrişat? Cum se stabileşte? • Ce metode de calcul al suprafeţelor profilelor transversale cunoaşteţi? • Cum se calculză volumele terasiere în metoda „După Tabel”? • Ce este distanţa aplicabilă? • Cum se stabilesc picheţii în care se construiesc profilele transversale?

4.4 Cuantificarea mişcării pământurilor Există mai multe metode: Lalanne, Bruckner, După Tabel. Tendinţa este de a renunţa la o precizie deosebită, dacă implică determinări laborioase

şi aplicări anevoiase şi alegerea unor metode mai puţin precise dar mult mai lesne de aplicat. 4.4.1 Metoda „După Tabel” Constă în studiul direct al unui tabel în care sunt evidenţiate distanţele aplicabile, poziţiile hectometrice, suparafeţele de debleu/rambleu, volumele

de săpătură şi de umplutură etc. Cuprinde următoarele etape: • Compensarea transversală în acelaşi profil; • Compensarea longitudinală a excedentelor de debleu cu cele de rambleu; • Calculul distanţelor de transport care sunt diferenţele poziţiilor hectometrice ale profilelor ce se compensează, în condiţiile în care

volumele se consideră a fi concentrate în respectivele profile, vezi (2.85);

Fig. 4.6 Excedente de săpătură/umplutură Se folosesc noţiunile: moment de transport care este produsul între volumul de transport şi distanţa de transport; distanţa medie de transport care

este raportul dintre suma momentelor de transport şi suma volumelor de transport. Distanţele medii se stabilesc pentru fiecare utilaj în parte.

Tabel 4.1 Exemplu de tabel Poziţia hectometrică

Volum debleu [m3]

Volum rambleu [m3]

Volum utilizat în propriul profil [m3]

Excedente debleu [m3]

Excedente rambleu [m3]

Repartizarea excedentelor de debleu în ramblee [m3]

Poziţia profil utilizat

În depozit [m3]

Împrumut din groapă [m3]

Distanţa de transport [m]

0+00,00 6 6 6 18 0+20,60 41 9 9 32 26

6 P7 P6

195,2 144,3

0+44,80 56 6 6 50 32 18

P6 P5

120 85

0+67,70 22 14 14 8 8 P5 62 0+96,00 17 1 1 16 16 P5 34 1+30,00 5 47 5 42 1+64,90 8 46 8 38 2+15,80 30 30 4 20 total 155 153 43 112 110 106 6 4

Atunci când un profil în săpătură este urmat de unul în umplutură sau unul în umplutură este urmat de un altul în săpătură, între cele două profilese introduce un profil fictiv de suprafaţă nulă. Poziţia acestui profil este într-un punct de pasaj şi se determină ca în figura de mai jos.

Fig. 4.7 Determinarea poziţiei profilului fictiv Consecinţă: Se modifică distanţele aplicabile căci va exista şi pentru profilul fictiv o distanţă aplicabilă care le modifică pe cele vecine. Altfel, evident că distanţa aplicabilă înmulţită cu suparafaţa profilului fictiv, care este nulă, va da zero, dar calculul devine mai exact, având în vedere multitudinea de situaţii (profile mixte etc.). Toate lucrările şi caracteristicile acestora ce servesc la evaluarea lucrărilor de terasamente rezultă dintr-o recapitulaţie a mişcării terasamentelor. Aspecte tehnologice privind mişcarea pământurilor

Săpăturile se pot executa manual, mecanizat cu buldozerul (în trepte de 1m adâncime) sau excavatorul (săpături cu adâncimi de peste 4m), în funcţie de înălţimea prismului de pământ ce trebuie săpat. Se preferă săpăturile mecanizate, datorită productivităţii crescute dar , uneori, accesul fiind dificil se recurege la săpături manuale. Săpăturile manuale se mai practică şi pentru taluzări, precum şi pentru săpături mai adânci de 6m unde nu se poate folosi excavatorul, precum şi pentru drumurile de acces destinate muncitorilor. Transportul şi împrăştierea pământului rezultat din săpături către umpluturi sau depozite se face cu buldozerul pe distanţe de până la 50…60m, cu tractor cu remorcă pe distanţe între 60 şi 1000m, încărcarea pământului făcându-se manual sau cu excavatorul, ori cu încărcătorul frontal pentru propriile săpături precum şi pentru săpăturile cu buldozerul.

Săpăturile în profil mixt se execută cu buldozerul, realizându-se totodată şi împingerea pământului în ramblee la distanţe de până la 50 m.

Excedentul de pământ săpat, care necesită transport la distanţe peste 50m va fi încărcat cu încărcătorul frontal în remorca tractorului.

Săparea şanţurilor se execută în cea mai mare parte mecanizat cu autogrederul (80%) şi manual (20% - finisări, precum şi în zona podeţelor).

Transportul pământului în rambleu şi în depozite până la distanţa de 50 m se va realiza cu buldozerul, iar peste 50 m cu tractorul rutier.

La amplasarea gropilor (camerelor) de împrumut şi a depozitelor trebuie să se evite, pe cât posibil, scoaterea de teren din circuitul forestier sau

agricol. Astfel, gropile de împrumut pot fi concentrate în dreptul uni bout de deal sau în lungul drumului de o parte şi de alta.

Depozitele terbuie de asemenea să fie cât mai concentrate sau să servească de umpluturi pentru eliminarea unor denivelări locale sau să fie

amplasate pe terenuri neproductive. De asemenea depozitele pot fi amplasate în lungul drumului, caz în care poartă denumirea de “cavaliere”.

Pentru obţinerea unei bune compactări a pământului, la terasamentele în umplutură, aceasta se face în straturi.

Tabel 4.2 Recapitulaţia mişcării terasamentelor (exemplu) Specificaţii Stâncă (m3) Pământ(m3) Total(m3) I. Săpături În debleuri

4000

31261

35261

În gropi 940 940 Total I 4000 32201 36201 II. Mişcarea terasamentelor 1. Cu buldozerul În acelaşi profil

17396

17396

În depozit 2997 2997 Din gropi de împrumut 1750 1750 longitudinal 2540 2540 2. cu autobasculanta

în depozit 4000 4000 Longitudinal 3. manual în acelaşi profil

4080

4080

În depozit 1996 1996 Longitudinal la 10m

240

20m 180 30m 234 40m 788 Total II 4000 32201 36201 III. Depuneri În rambleuri

27208

27208

În depozite 4000 4993 8993 Total III 4000 32201 36201

Aşadar, Total I trebuie să coincidă cu Total II şi cu Total III, căci numai ce se sapă poate fi tranportat, iar ce se transportă trebuie depus (în umplutură sau în depozite). 4.4.2. Epura Lalane Este o metodă grafică prin care volumele de umplutură şi de săpătură sunt reprezentate într-o epură pe care se studiază compensările longitudinaledupă efectuarea compensărilor transversale. Se sprijină pe metoda distanţei aplicabile de cacul a volumelor de terasamente. Epura Lalanne (vezi Fig. 4.8) foloseşte ca linie de referinţă lungimea desfăşurată a traseului redusă la o scară convenabilă. Faţă de această linie, în picheţi, se trasează ordonate reprezentând, la scară, volumele de săpătură sau umplutură, rămase după compensarea în propriul profil. Convenţia de reprezentare este, de obicei, cea din(Fig. 4.8). Deficienţa metodei constă tocmai în faptul că se consideră volumele concentrate în picheţi, aşa cum şi sunt reprezentate în epură. Prin unirea cu segmente orizontale a ordonatelor din picheţi se obţine linia volumelor. Punctele de intersecţie ale liniei volumelor cu linia de referinţă delimitează suprafeţe în cuprinsul cărora s-a realizat compensarea volumelor de umplutură cu cele de săpătură. În oricare din aceste suprafeţe, o dreaptă orizontală (linie de repartiţie) determină (vezi Fig. 4.8) pe ordonate cantităţi de umplutură/săpătură ce pot fi compensate prin transport la distanţa măsurată pe segmentul corespunzător al liniei de referinţă. De asemenea, linia de repartiţie împreună cu segmentele corespunzătoare de pe ordonate şi linia volumelor, mărginesc „dreptunghiuri de compensare” care reprezintă imaginea grafică a momentului de transport. În aceste dreptunghiuri sensul dedeplasare a volumelor de pământ este de la stânga spre dreapta pentru dreptunghiurile de compensare de deasupra liniei de referinţă şi de la dreapta spre stânga pentru dreptunghiurile de sub linia de referinţă. Totodată, se pot înscrie volumul şi distanţa de transport.

Fig. 4.8 Epura Lalane Atunci când epura nu se închide pe linia de referinţă înseamnă că nu s-a obţinut compensare totală, şi anume:

• dacă finalul liniei volumelor este deasupra liniei de referinţă, neînchiderea este cauzată de un exces de săpătură (care, teoretic, va trebui depozitat);

• dacă finalul liniei volumelor este dedesubtul liniei de referinţă, neînchiderea este cauzată de un exces de umplutură (care, teoretic, va trebui procurat dintr-o cameră de împrumut);

Adesea, compensarea se studiază pe porţiuni mai mici, distanţele mari de transport fiind anevoioase şi neeconomice. Se recurge astfel lacompensări locale ce se studiază tot cu ajutorul liniiilor de repartiţie (vezi Fig…). Între liniile de repartiţie compensările se fac apelând la depozite şi lagropi de împrumut. Astfel, optimizarea poziţionării liniiilor de repartiţie şi, implicit, a depozitelor şi camerelor de împrumut devine una din problemele de proiectare a metodei Lalanne. Este bine ca liniile de repartiţie să fie situate între linia de referinţă şi orizontala ce trece prin punctul final al liniei volumelor şi, de preferinţă, pentru uşurinţa calculelor, liniile de repartiţie trebuie să treacă prin segmente orizontale ale liniei volumelor. Totodată, liniile de repartiţie pot fi amplasate şi din condiţia găsirii unei poziţii avantajoase pentru depozite şi gropi de împrumut.

D

R

depozit

linii de repartiţie

depozit 4 cameră de împrumut

1 2 3 5 6 7

11,10 32,20 44,20 56,30 70,40 82,30 94,90

4.4.3. Epura Bruckner

În această metodă, calculul volumelor de terasamente se face prin înmulţirea suprafeţei profilului transversal situat la jumătatea distanţei dintre dintre doi picheţi (şi profile transversale aferente), cu distanţa dintre cele două profile transversale (cei doi picheţi) vecine Pe linia de referinţă, în fiecare pichet se reprezintă, prin segmente verticale, suma volumelor de până în profilul transversal respectiv Linia volumelor se obţine, şi aici, prin unirea extremităţilor verticalelor, ţinându-se seama şi de profilele fictive (vezi Fig…). În general, cantităţile de umplutură se reprezintă deasupra liniei de referinţă iar cele de săpătură, dedesubt. Extremele liniei volumelor corespund profilelor fictive. Dacă linia volumelor se închide pe linia de referinţă, săpătura şi umplutura se compensează. Dacă linia volumelor se termină deasupra liniei de referinţă, avem exces de rambleu. Dacă linia volumelor se termină dedesubtul liniei de referinţă, avem exces de debleu. Metoda Bruckner comportă un număr mare de calcule, fiind astfel mai dificil de utilizat, dar este foarte precisă. Şi în această metodă se utilizează liniile de repartiţie, studiul poziţionării lor fiind util la amplasarea camerelor de împrumut şi a depozitelor. Suprafeţele închise între linia volumelor şi linia de referinţă, sau, după caz, liniile de repartiţie e numesc bucle şi reprezintă momentul de transport al întregului volum care se compensează. Cea mai mare ordonată din buclă reprezintă însuşi acest volum de pământ. Liniile de repartiţie pot fi şi în trepte (linii de repartiţie parţiale) care , în cazul depozitelor, se succed descendent şi pornesc de la un segment descendent al liniei volumelor. În cazul camerelor de împrumut, liniile de repartiţie parţiale se succed ascendent şi pleacă dintr-un segment ascendent al liniei volumelor.

• Ce este momentul de transport? • Ce este distanţa medie de transport? • Care este verificarea corectitudinii recapitulaţiei? • În ce constă metoda Lalanne? • În ce constă metoda Bruckner? • În ce constă metoda „după tabel”? • Ce este recapitulaţia mişcăriiterasamentelor în metoda „după tabel”?

Capitolul V Infrastructura drumurilor Proiectarea unui drum forestier necesită şi studii geologo - geotehnice şi hidrologice. Acestea se întreprind în zona drumului pe câţiva

metri de o parte şi de alta, uneori şi mai mult, pentru a evidenţia mlaştinile, zonele de alunecare, nivelul apelor subterane, natura terenului de fundare. Totodată, se fac determinări şi pe pământul folosit în umpluturi. Adesea se apelează la sondaje cu adâncime de până la 10m care în debleuri coboară până la nivelul viitoarei platforme. Uneori, este necesară ducerea la laborator a probelor de pământ şi întocmirea memoriului geologo-tehnic. Toate aceste investigaţii sunt premergătoare proiectării infrastructurii unui drum.

La drumuri, pământul poate fi folosit ca teren de fundare, ca material de construcţie pentru terasamente sau poate fi obiectul de studiu la un taluz ce trebuie sprijinit. Iată de ce, în cele ce urmează, se vor oferi câteva elemente de bază de geotehnică rutieră. 5.1. Elemente de geotehnică rutieră

Proprietăţile fizice ale pământurilor şi comportarea lor sub sarcini, sunt date de structura, natura şi proporţia celor trei faze din complexul solid-lichid-gaz, de modul de asociere a elementelor, de compoziţia chimică şi mineralogică, de mărimea granulelor solide, precum şi de alte caracteristici ale pământului. Pentru cuantificări geotehnice, proprietăţile fizice şi mecanice ale pământurilor se exprimă prin două tipuri de caracteristici :

a). caracteristici descriptive, utilizate şi la alcătuirea unor clasificări ale pământurilor : – compoziţia granulometrică – indicele de plasticitate – indicele de consistenţă

b). caracteristici de calcul care se folosesc în calculele de stabilire a eforturilor unitare, a deformaţiilor, precum şi în dimensionare Măsurarea caracteristicilor utilizează o serie de indicatori geotehnici. Un strat de pământ poate fi considerat pe deplin cunoscut, din

perspectiva utilizării sale la drumuri, dacă i se cunosc constantele elastice: E (modulul de elasticitate), µ (coeficientul lui Poisson), precum şi greutatea specifică şi grosimea.

Cu referire directă la caracteristicile mecanice ale pământurilor, cuantificarea acestora se face prin indici de rezistenţă şi de deformabilitate. Aceştia sunt în funcţie de natura pământului, de starea de tensiuni din interiorul acestuia, de umiditate, de granulozitate, de intensitatea, modul şi durata de acţiune a încărcărilor, precum şi de mărimea şi forma suprafeţei prin intermediul căreia se transmit încărcările la teren. În teren apar eforturi unitare normale şi tangenţiale, precum şi deformaţii sub formă de deplasări verticale (tasări), deplasări în plan orizontal şi rotiri.

5.1.1. Proprietăţi fizice ale pământurilor. Indicatori geotehnici Compoziţia granulometrică (granulozitatea)

Prin compoziţia granulometrică a unui pământ se înţeleg proporţiile, exprimate în procente de greutate, în care participă granulele de diferite dimensiuni.

Granulometria stabileşte distribuţia pe dimensiuni a particulelor separabile dintr-un pământ prin analiză granulometrică. Uniformitatea unui pământ oferă un indiciu asupra gradului său de compactare şi de aceea are aplicaţii şi în construcţia

terasamentelor. Pământurile bune pentru terasamente sunt cele cu uniformitatea de peste 6 dacă este un nisip, respectiv de peste 4 dacă este un pietriş.

După scara 5⋅10-n (clasificarea numărului 5), pământurile se împart astfel:

Tabel 5.1 Clasificarea numărului 5 blocuribolovăniş prundiş pietriş balast nisip mare nisip mijlociu nisip fin praf argilă

d>200 mm200>d>100 mm 100>d>10 mm 20>d>2 mm 2>d>0,05 mm 2>d>0,5 mm 0,5>d>0,25 mm 0,25>d>0,05 mm 0,05>d>0,005 mm d<0,005 mm

După scara 2⋅10-n (clasificarea numărului 2):

Tabel 5.2 Clasificarea numărului 2 blocuribolovăniş pietriş nisip grosier nisip fin praf argilă ultra argilă

d>200mm200>d>20mm 20>d>2mm 2>d>0,2mm 0,2>d>0,02mm 0,02>d>0,002mm 2μ>d>0,2μ 0,2μ>d>0,02μ

5.1.2. Coeficienţii de volum ai pământurilor

Sunt indicatori care ilustrează variabilitatea de formă şi de volum a pământului cauzată de cele trei faze ale sale. Dintre aceştia fac

parte : indicele porilor (indicele golurilor) şi porozitatea (compactitatea sau volumul golurilor). Porozitatea variază în funcţie de mărimea granulelor si de încărcarea suportată de teren. Ea este mare la pământurile argiloase (până la

90%), de unde şi marea lor capacitate de adsorbţie şi este mică la pământuri cu granule mari (nisipuri şi pietrişuri). În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile porozităţilor pentru principalele pământuri:

Tabel 5.3 Porozitatea câtorva pământuri Tipul de pământ Porozitatea n(%)

Argile sedimentate recent, mâluri Argile moi Argile vârtoase Argile tari Nisipuri uniforme Pietrişuri cu nisipuri neuniforme Loessuri Luturi loessoide

90 - 70 70 - 50 50 - 30 30 - 15 50 - 25 30 - 15 60 - 40 40 - 25

Pământurile ce conţin peste 70% nisip au proprietăţile fizice şi mecanice influenţate, în principal, de porozitate, iar cele ce conţin

peste 30% argilă sunt influenţate, mai ales, de umiditate.

• nisipuri afânate ............................................... D = 0....0,33 • nisipuri cu îndesare mijlocie .......................... D = 0,33...0.66 • nisipuri compacte ........................................... D = 0,67...1,0

5.1.3 Indicatorii de fază

Principalii indicatori de fază sunt: greutatea specifică, greutatea volumetrică (greutatea volumică sau greutatea specifică aparentă), greutatea volumică a pământului în stare uscată, cea în stare saturată, umiditatea şi greutatea specifică aparentă a pământului submersat

Tabel 5.4 Greutatea specifică la principalele fracţiuni granulometrice

Pământul γ (kN/m3)NisipPraf Argilă

26,5 26,8 27,2

Tabel 5.5 Porozitatea şi greutatea volumică la câteva pământuri Tipul de pământ

Porozitatea n(%)

Greutatea volumetrică (kN/m3)Uscat Saturat cu apă

Nisip uniform uscat 46 14,3 18,9 Nisip uniform îndesat 34 17,5 20,9 Argilă moale 55 12,2 17,7 Argilă tare 37 17,0 20,7 Greutatea volumetrică corespunde condiţiilor de umiditate naturală şi variază mult cu natura terenului:

• pământuri nisipoase vegetale γw=12-16 kN/m3 • pământuri argiloase γw=17-20 kN/m3 • pământuri stâncoase γw=20-30 kN/m3

Umiditatae naturală şi are valorile:

• pământ nisipos 8-12% • pământ nisipo-argilos 10-15% • pământ argilo-nisipos 20-28% • pământ argilos 25-35%

Umiditatea pământului are influenţe multiple asupra tehnologiei lucrărilor de pământ, deoarece îi modifică acestuia caracteristicile mecanice.

Proprietatea pe care o au unele pământuri de a absorbi vaporii de apă din atmosferă se numeşte higroscopicitate. Raportul dintre volumul ocupat de faza lichidă şi volumul total al porilor unui pământ se numeşte grad de umiditate - s (grad de

saturaţie) şi condiţionează coeziunea, permeabilitatea şi compresibilitatea, precum şi capacitatea portantă. În funcţie de gradul de umiditate pământurile se pot clasifica astfel:

• pământuri uscate.......................................s<0,4 • pământuri umede................................0,4<s<0,8 • pământuri foarte umede......................0,8<s<0,9

• pământuri saturate..............................0,9<s<1 În cadrul influenţei pe care o are apa (şi deci umiditatea) asupra proprietăţilor fizice ale pământurilor, mai trebuie menţionată şi

agresivitatea chimică a apei, agresivitate ce poate fi chimică sau carbonică, ambele cu rol important în degradarea rocilor. 5.1.4 Alţi indicatori geotehnici Plasticitatea şi consistenţa pământurilor Aceste două caracteristici au o deosebită importanţă, atunci când pământul are rolul de teren de fundare. Plasticitatea se datorează apei adsorbite (argilele sunt plastice) Consistenţa este una din caracteristicile care ilustrează modul în care diferitele tipuri de pământuri se comportă în diverse condiţii de

solicitare. Ea este cuantificată prin valori ale umidităţii denumite limite de plasticitate (ale lui Atterberg) Limitele de plasticitate Sunt nişte umidităţi şi sunt reprezentate în diagrama lui Atterberg.

Fig. 5.1 Diagrama lui Atterberg în care: ws este limita de contracţie şi corespunde umidităţii de la care scăderea conţinutului de apă nu atrage reducerea volumului

aparent al pământului. Sub această umiditate pământul este în stare solidă. wp este limita inferioară de plasticitate (limita de frământare) şi corespunde umidităţii de la care pământul trece în stare plastică.

Pământul a cărui umiditate se află între ws şi wp este în stare semisolidă. wc este limita superioară de plasticitate (limita de curgere) şi corespunde umidităţii de la care pământul trece din starea plastică în

stare fluidă (se deformează sub propria sa greutate); explicaţia constă în micşorarea coeziunii ca urmare a creşterii grosimii peliculei de apă

Limita superioară de curgere (puţin folosită) este umiditatea corespunzătoare trecerii pământului într-o stare de curgere, astfel încât să ocupe forma vasului în care este pus; particulele solide în acest caz sunt înconjurate pe lângă apa adsorbită şi de apa liberă.

Când un pământ suferă un proces de uscare, el se contractă până la o anumită valoare a umidităţii (până la limita de contracţie - Ws ). Scăderea umidităţii sub această limită nu mai este însoţită de scăderea volumului pământului.

Umiditatea minimă la care poate ajunge un pământ atunci când se usucă liber în aer la temperatură obişnuită se numeşte umiditate de higroscopicitate.

Umiditatea moleculară maximă corespunde cantităţii maxime de apă strâns legată care poate fi reţinută pe particulele pământului respectiv. Se consideră că limita de frământare corespunde existenţei cantităţii maxime de apă strâns legată. Limita de frământare este deci aproximativ egală cu umiditatea moleculară maximă.

Deoarece între diferitele tipuri de apă adsorbită nu există o delimitare netă, limitele menţionate au un caracter convenţional, iar valorile lor depind de metoda de determinare folosită.

Indicele de plasticitate şi indicele de consistenţă Aceşti doi indici se definesc tot cu ajutorul limitelor de plasticitate. Indicele de plasticitate – Ip exprimă intervalul de umidităţi care corespunde stării plastice a pământului. Se calculează cu relaţia:

Ip= Wc-Wp (5.1) Potrivit acestui criteriu pământurile se clasifică în: Tabel 5.6 Indicele de plasticitate pentru principalele pământuri

pământuri neplastice (nisip curat) Ip=0 pământuri cu plasticitate redusă (nisip argilos) Ip=0....10 pământuri cu plasticitate mijlocie (argilă nisipoasă) Ip=10..20 pământuri cu plasticitate mare (argilă) Ip=20..35 pământuri cu plasticitate foarte mare (argilă grasă) Ip>35

Tabel 5.7 Caracterizarea pământurilor din punctul de vedere al plasticităţii

Nr. cr. Caracterizare d.pv. al plasticităţii Denumire pământ Indicele de plasticitate1 Neplastice Nisipuri 02 Plasticitate redusă Nisipuri prăfoase 0< Ip <103 Plasticitate mijlocie Praf argilos, argile nisipoase 10< Ip <254 Plasticitate ridicată Argile 25< Ip <505 Plasticitate foarte mare Argile grase 50< Ip

Indicele de consistenţă – Ic se determină cu relaţia:

Ic=

W WW W

W WI

c

c p

c

p

−−

=− , unde: (5.2)

w este umiditatea naturală a pământului. Complementul său (IL=1-Ic) este indicele de lichiditate.

Tabel 5.8 starea de consistenţă a pământurilor în raport cu indicele de consistenţă şi cel de lichiditate

Starea de consistenţă a pământului Ic ILCurgătoare < 0 ≥ 1Plastic curgătoare ≤ 0,25 0,75…1,00 Plastic moale 0,26…0,50 0,50…0,74 Plastic consistente 0,51…0,75 0,24…0.49 Plastic vârtoase 0,76…1,00 ≤ 0,24Tare > 1 0

Tabel 5.9 Starea pământului şi indicele de consistenţă

Nr. cr. Starea pământului Indicele de consistenţă - Ic1 Curgător ≤ 02 Plastic curgător 0,00< Ic ≤ 0,253 Plastic moale 0,25< Ic ≤ 0,504 Plastic consistent 0,50 < Ic ≤ 0,755 Plastic vârtos 0,75 < Ic ≤ 1,006 Tare 1,00 < Ic

Tot din punctul de vedere al stării de consistenţă, pământurile se mai clasifică şi astfel:

Tabel 5.10 Clasificarea pământurilor după indicele de consistenţă

Pământuri curgătoare Ic<0Pământuri plastic – curgătoare Ic=0........0,25Pământuri plastic – moi Ic=0,25...0,50Pământuri plastic – consistente Ic=0,50...1,0Pământuri tari ( semisolide) Ic>1

Indicele de consistenţă mai influenţează şi presiunea admisibilă a terenurilor de fundare. Cu ajutorul indicelui de consistenţă – Ic se pot aprecia lucrabilitatea şi comportarea la compactare a pământurilor.

Lucrabilitatea: Indicele de consistenţă arată şi uşurinţa modelării. Pentru terasamente este necesar un indice de consistenţă de peste 0,5, preferabil între 0,75 şi 1,0. Pentru Ic<0,75 pământul se lipeşte de cupa utilajului, iar pentru Ic<0,5 execuţia mecanizată este imposibilă.

Comportarea la compactare: Ic<0,5 compactare imposibilă; Ic=0,5…0,75 compactarea este dificilă iar portanţa obţinută este redusă; Ic=0,75…1,0 compactarea este posibilă dar ineficientă, putând apărea fenomenul „pernei de cauciuc” care constă în tasarea

pământuluisub utilaj dar refulează în jur, iar după trecerea utilajului de compactare pământul se decmpactează (se umflă) la loc. Ic=1,0…1,1 compactarea este eficientă; Ic=1,1…1,3 compactarea este optimă; Ic>1,3 pământul este prea uscat pentru a mai permite compactarea.

Umflarea şi contracţia pământurilor coezive Pământurile coezive, din cauza caracterului hidrofil al mineralelor argiloase dar şi de suprafaţa lor specifică mare, îşi măresc volumul

la umezire. Această caracteristică se cuantifică prin coeficientul de umflare liberă - UL. Tabel 5.11 Indici de apreciere a contractilităţii pământurilor

Contractilitatea Argilă, d<0,02mm [%] Ip [%] UL [%] Cv [%] Pu [MPa]Foarte mare > 30 > 35 > 140 > 100 > 0,4 Mare 18…35 25...35 70…100 55…75 18…35 Mică 15…25 20…30 70…100 55…75 0,05…0,1

Fig. 5.2 Variaţia volumului în raport cu umiditatea

Se poate da exemplul loessului şi prafului care sub acţiunea unor încărcări sau chiar sub acţiunea greutăţii proprii se tasează

suplimentar când umiditatea creşte peste anumite limite. Aceste pământuri prezintă numeroase canale verticale vizibile, caracteristică ce poartă denumirea de macroporozitate. Se întâlnesc, mai ales, în zone cu climat arid, având umiditatea între 5% şi 22%). Ele au plasticitate redusă (Ip=6-28%). Coeziunea lor este fie de cimentaţie, datorită sărurilor pe care le conţin (CaCO3, MgCO3, Na2CO3), fie electromoleculară, datorată conţinutului de argilă.

De asemenea, de obicei, unele argile, se constituie în aşa numitele pământuri contractile. Acestea au variaţii mari de volum, sezoniere, însoţite de fisuri şi crăpături în perioadele secetoase, fisuri ce se închid în perioadele umede. Uneori plantele, prin extragerea apei, produc contracţia pământurilor.

5.1.5 Alte proprietăţi fizice ale pământurilor Permeabilitatea pământurilor Permeabilitatea constă în permiterea trecerii apei prin pori. Pământurile cu particule fine, deşi au porozitate mai mare decât cele cu particule mari, sunt mai puţin permeabile, deoarece porii sunt

foarte mici. Din acelaşi motiv, argilele grase sunt practic impermeabile. Pământurile permeabile se mai numesc şi acvifere iar cele impermeabile, acviclude.

Tabel 5.12 Coeficientul de permeabilitate

Pământul K(cm/s)pietriş 4..7mm 3,5pietriş 2..4mm 3Nisip 1..10-3

Nisip fin şi loess, nisip prăfos pământuri prăfoase,

10-3..10-4

nisipuri argiloase, argile fisurate 10-5..10-7

argilă 10-7..10-10

Determinarea coeficientului de permeabilitate se poate face în laborator cu ajutorul permeametrelor, măsurându-se debitul scurs

printr-o probă într-un anumit timp sub un gradient cunoscut. De asemenea, coeficientul de permeabilitate poate fi aflat şi indirect cu ajutorul unor formule empirice (Allen-Hazen, Terzaghi,

nomograme, etc.) Capilaritatea pământurilor Un pământ cu goluri mari are capilaritatea mică. Atunci când diametrul porilor depăşeşte 2mm, efectul capilarităţii dispare. Înălţimea capilară pentru câteva pământuri uzuale este prezentată mai jos: Tabel 5.13 Înălţimea capilară a câtorva pământuri nisip fin hc=0,1-0,5m nisip foarte fin hc=0,5-2,0m Praf hc=1,0-1,3m Loess hc=2,0-5,0m argilă hc≤30m

În pământ nu există tuburi capilare, ci canale formate din pori de dimensiuni neuniforme, astfel că legile generale ale capilarităţii,

stabilite pentru tuburi capilare, nu pot fi utilizate, în cazul pământurilor, fără anumite precizări. În cazul pământurilor la care nu se manifestă influenţa apei legate fizic, înălţimea capilară observată este apropiată celei calculate

după legea lui Jurin. În cazul argilelor însă, înălţimea capilară diferă mult de valoarea calculată. La aceste pământuri diametrul secţiunii golurilor poate fi de ordinul micronilor, în care caz ar rezulta din calcule o înălţime capilară de ordinul zecilor de metri, dar practic ea nu depăşeşte 2-3m. Această diferenţă se explică prin prezenţa apei legate care reduce şi chiar închide golurile de dimensiuni capilare, neputând

fi îndepărtată de presiunea capilară care este mult prea mică. De asemenea însăşi canalele capilare sunt de regulă întrerupte, rareori având lungimi care să depăşească 2m.

Prezenţa apei în canalele capilare influenţează caracteristicile mecanice ale pământurilor respective prin comprimarea pereţilor canalelor capilare. Acest fenomen face ca particulele acestor pământuri să nu poată fi cu uşurinţă separate unele de altele, ceea ce dă acestor pământuri caracteristici similare celor ale pământurilor coezive. Această coeziune, numită şi coeziune aparentă, durează numai atât cât durează efectul capilar.

Sub influenţa presiunii capilare, particulele de nisip opun o oarecare rezistenţă la tracţiune şi la alunecare. Forţele de atracţie dintre granule sunt determinate în această situaţie de ceea ce se mai numeşte şi coeziune capilară. Acest fenomen stă la baza menţinerii nisipurilor umede în taluzuri abrupte care pot ajunge aproape verticale dacă au înălţimi reduse.

Gelivitatea Este tot o proprietate legată de prezenţa apei în pământ, foarte importantă pentru caracterizarea pămnturilor din punctul de vedere

rutier. Gelivitatea caracterizează capacitatea unui pământ de a îngheţa cu tot ce decurge din aceasta: distrugerea structurii pământului la îngheţ, creşterea accentuată a umidităţii la dezgheţ etc. Prin îngheţ volumul creşte cu 9%. Către zonele de îngheţ migrează apa din zonele cu temperaturi mai mari, fenomen ce se numeşte termoosmoză.

Temperatura de îngheţ în nisipuri este de 0o, iar la argile această temperatură este sub 0o. Evident, pentru drumuri se preferă pământurile negelive. La drunuri nu poate fi, dacît foarte greu coborâtă adâncimea de îngheţ.

Îngheţarea patului drumului conduce la fisurări ale îmbrăcăminţii. Dezgheţul se produce de la suprafaţă spre interior, ceea ce face ca să crească umiditatea la suprafaţă şi, implicit, să scadaă capacitatea

portantă. Potrivit criteriului empiric a lui Casagrande, un pământ este geliv dacă o probă din acel pământ, luată între degete s e sfărâmă, dar

este negelivă dacă nu se sfărâmă. Se poate considera că fenomenele de îngheţ-dezgheţ sunt:

• în nisipuri – neglijabile; • în argilă – moderate; • în prafuri – foarte mari;

Acţiunea hidrodinamică . Acţiunea hidrodinamică se manifestă în două moduri:

• prin efectul de antrenare hidrodinamică • prin efectul de subpresiune hidrodinamică

Antrenarea hidrodinamică are consecinţe importante şi asupra stabilităţii versanţilor şi taluzelor.

Orice antrenare a particulelor solide ale pământului creează o afânare a terenului, formându-se pe alocuri goluri mari, fenomen ce poartă numele de sufozie sau eroziune internă şi care este de fapt o formă de antrenare hidrodinamică şi care are loc, cu precădere, în roci poroase şi permeabile, în zone cu climat arid sau în zone care au un sezon secetos cu oarecare nuanţă de ariditate.

• Ce sunt indicatorii geotehnici? • Ce sunt indicatorii de fază? • Ce este plasticitatea ? Ce este indicele de consistenţă? Ce este gelivitatea ? • Cum influenţează acesta comportarea pământurilor folosite la terasamente ? • Cum se manifestă acţiunea hidrodinamică? • Ce este capilaritatea ? Dar porozitatea?

5.1.6 Proprietăţi mecanice Din punctul de vedere al proprietăţilor lor mecanice, pământurile se caracterizează

prin neomogenitate cauzată de: • variabilităţii alcătuirii litologice • discontinuităţi şi suprafeţe de separaţie • zone cu grad diferit de alteraţie (şi alterabilitate) şi de permeabilitate • goluri din dizolvare, spălare sau răcire

tensiuni naturale(iniţiale) datorate:

• comprimării din cursul evoluţiei geologice prin suprapunere de noi straturi litologice (presiunea litologică) • presiuni de origine tectonică

anizotropie care decurge din cele de mai sus. Se manifestă prin proprietăţi diferite după direcţia acţiunii şi este determinată atât de

particularităţile de geneză ale pământurilor cât şi de procesele de consolidare în timp sub acţiunea greutăţii a sedimentelor ce determină un grad de îndesare crescător cu adâncimea.

Rezultă astfel valori diferite, în funcţie de direcţie, a indicatorilor proprietăţilor mecanice şi, în principal, valori diferite ale modulului de deformaţie liniară pe direcţie verticală faţă de direcţia orizontală (Ev>Eo).

Tuturor acestor inconveniente li se adaugă eventuala alternanţă de straturi de pământ coeziv, respectiv neoeziv care de asemenea determină o neomogenitate şi o anizotropie cu implicaţii directe în repartizarea eforturilor unitare în teren, deci în proprietăţile mecanice.

Compresibilitatea pământurilor

Deformaţiile unei suprafeţe de teren sunt rezultatul deformaţiilor din interiorul masivului de pământ provocate de starea de eforturi create de încărcări exterioare. Această stare de tensiuni conduce la următoarele transformări în pământ:

• deplasări reciproce ale particulelor (rearanjarea lor); • eliminarea apei din pori (îndesarea pământului) urmată de reducerea volumului de pori; • deformarea peliculelor de apă adsorbită în punctele de contact ale granulelor (mai cu seamă la pământurile argiloase); • comprimarea şi dizolvarea parţială a bulelor de aer; • deformarea elastică a granulelor care au această proprietate; • distrugerea agregatelor structurale sau după caz, a particulelor de pământ;

Se poate considera că deformarea unui pământ se datorează porozităţii sale. Deformarea pământurilor sub sarcini se datorează uneia sau mai multora din următoarele cauze:

• Îndesarea, în cadrul acestui proces au loc lunecări locale, pământurile devenind mai compacte, iar caracteristicile lor mecanice îmbunătăţindu-se. Importante mai sunt umiditatea şi compoziţia granulometrică

• Deformarea elastică a particulelor solide. Este în general mică, deoarece particulele minerale din care sunt alcătuite pământurile au rezistenţe foarte mari la compresiune. Din acest motiv, în mecanica pământurilor, deformaţiile elastice ale pământurilor nu se iau în calcul. Particularităţi ale compresibilităţii diverselor tipuri de pământuri

Argile

Deformarea pământurilor argiloase, atât din cauza compresibilităţii cât şi din cauza umflării, nu apare concomitent cu variaţia presiunii datorate apei legate fizic. Turtirea învelişului de apă se face încet datorită vâscozităţii mari a acestei ape. Moleculele de apă vor părăsi învelişul din jurul particulei solide conducând la subţierea stratului de apă, fenomen ce se produce foarte încet. Prezenţa apei libere complică şi mai mult procesul de deformare al acestor pământuri. Dacă un pământ puţin permeabil este solicitat de o presiune uniform distribuită, într-o primă etapă, nu se produce nici o deformare, deoarece apa nu are posibilitatea de a fi evacuată. Întreaga presiune este preluată de apa din pori, aşa numita presiune neutră. Datorită presiunii neutre apare un gradient hidraulic între zonele din interiorul stratului de argilă şi stratul drenant (cu permeabilitate mare). Încărcarea scheletului mineral nu se face deci instantaneu, ci în timp. Partea de încărcare care se exercită asupra scheletului poartă denumirea de presiune efectivă. Atât timp cât durează filtraţia, presiunea neutră scade iar cea efectivă creşte, suma lor rămânând constantă.

Procesul de deformare a argilei, ce are loc din momentul aplicării presiunii până la preluarea acesteia de către faza solidă, se numeşte consolidarea argilei. Deformarea argilei continuă şi după ce toată presiunea a fost preluată de către faza solidă, datorită turtirii învelişului de apă legată fizic.

Nisipuri

La nisipuri, apa legată fizic este neînsemnată şi de aceea se formează o structură cu contact direct între particulele solide. Deformaţiile sunt mici, chiar şi la nisipurile afânate, din cauza sporirii forţelor de frecare dintre fragmentele componente.

• Prin ce se caracterizează pământurile din punctual de vedere al proprietăţilor lor mecanice? • Cui se datorează compresibilitatea pământurilor? • Explicaţi cum se manifestă compresibilitatea la principalele tipuri de pământ ?

Dezvoltarea deformaţiei la o solicitare de valoare constantă, pe măsura creşterii duratei de acţionare, se numeşte fluaj (curgere lentă). Fluajul are deosebită importanţă în stabilitatea versanţilor, taluzurilor şi implicit a terasamentelor căilor de comunicaţii. Timpul scurs din momentul aplicării sarcinii şi până la stabilizarea deformaţiei poartă numele de timp de stabilizare a deformaţiei şi

variază de la un pământ la altul în funcţie şi de tensiunile normale. Cu ajutorul indicelui de compresibilitate se poate face următoarea clasificare a pământurilor:

Tabel 5.14 Clasificarea pământurilor după indicele de compresibilitate

Cc(cm2/daN) Tip Pământ

0,001 pământ foarte puţin compresibil 0,01 pământ cu compresibilitate medie 0,1 pământ cu compresibilitate foarte mare Luând în considerare condiţiile încercărilor în edometru, modulul de deformaţie liniară edometric exprimă relaţia dintre presiune – p

şi deformaţie - ε pentru o probă de pământ cu deformaţii laterale împiedicate. Se noteată cu M şi se defineşte prin relaţia:

Mp

ctg= =ΔΔε

α (5.3)

Modulul de deformaţie edometric are valori depinzând de dimensiunea intervalului Δp=p2-p1 şi de locul unde se fixează aceste intervale pe curba compresiune-deformaţie.

Între indicele de compresibilitate şi modulul de deformaţie liniară edometric, pentru un anumit pământ, există următoarea relaţie de legătură:

M=(1+e)/Cc (5.4) Exemple de pământuri cu modulele de deformaţie liniare edometrice respective: Tabel 5.15 Modulul de deformaţie edometric pentru câteva pământuri

Pământ M(daN/cm2)Turbă 1-5Argilă 15-150 în funcţie de IcNisip 100-800 în funcţie de gradul de îndesare

Cele de mai sus sunt valabile în cazul deformaţiilor laterale împiedicate, ceea ce de altfel, se apropie de situaţiile reale. Spre deosebire de modulul de deformaţie liniară edometric - M, care s-a stabilit în ipoteza deformaţiilor laterale împiedicate,

coeficientul presiunii laterale - ko corespunde situaţiei deformaţiilor laterale libere. Fie Δpz o presiune aplicată unei probe de pământ la care deformaţiile laterale după direcţiile ox şi oy sunt împiedicate Fie Δpx,Δpy presiunile ce apar pe suprafeţele laterale în situaţia de mai sus. Atunci ko=Δpx/Δpz=Δpy/Δpz (5.5)

şi se determină experimental. Relaţia dintre coeficientul presiunii laterale şi coeficientul lui Poisson -υ: ko=υ/(1-υ) (5.6) Între modulul de deformaţie edometric -M şi modulul de deformaţie liniară – Ed există următoarea relaţie:

( )( )M −1E

=+ −1 1 2

υυ υ

(5.7)

Corelaţii între caracteristicile de deformabilitate ale pământurilor

La terasamente se pot stabili corelaţii între deformaţia specifică verticală - εz, numărul de cicluri de încărcare pe durata de serviciu a suprastructurii - N (de regulă se ia în considerare încărcarea cu vehiculul etalon), modulul de elasticitate al pământului din patul drumului - E şi tensiunea verticală admisibilă - σz:

εz=A⋅N-6 (5.8) σz=A⋅f(E)/f(N), unde: (5.9)

A este un coeficient ce are diverse valori în funcţie de metoda folosită în dimensionarea sistemelor rutiere.

Presiunea geologică Este o stare preexistentă de tensiuni în pământ, având caracter permanent, şi este cauzată de următorii factori interni:

• Forţa de gravitaţie; • Forţele endogene (tectonice); • Acţiunea apei subterane;

Configuraţia de eforturi unitare, astfel creată, se mai numeşte şi stare primară de tensiuni sau stare naturală de tensiuni şi produce deformaţii şi deplasări împiedicate care se acumulează în masiv sub forma unor noi stări de tensiuni. Ele pot fi perturbate prin săpături, excavaţii sau alte intervenţii antropice.

.Presiunea geologică variază liniar cu adâncimea şi se răspândeşte pe o suprafaţă nelimitată, dar în calculele inginereşti se poate considera doar o fâşie verticală de lăţime unitară.

În cazul existenţei unei ape subterane, greutatea volumetrică a pământului se înlocuieşte cu greutatea volumetrică a pământului submersat γsub.

Când un pământ suportă o sarcină exterioară de valoare mai mică decât cea a propriei sale sarcini geologice, deformaţiile la care ne putem aştepta sunt neînsemnate.

Rezistenţa la tăiere a pământurilor

Rezistenţa la forfecare depinde de natura pământului, de mărimea şi forma particulelor, de umiditate şi de porozitate şi condiţionează

împingerea pământului asupra unui zid de sprijin, capacitatea portantă a terenurilor şi stabilitatea taluzurilor. Greutatea proprie şi încărcările exterioare cauzează tensiuni normale şi tangenţiale. Eforturile unitare normale produc îndesarea

structurii, Eforturile unitare tangenţiale acţionează asupra particulelor solide şi a legăturilor dintre particule deplasând particulele una pe lângă alta şi forfecându-le. Particulele solide şi legăturile dintre acestea rezistă bine la acţiunea tensiunilor normale σ,, mineralele de asemenea, dar legăturile dintre particule pot fi distruse prin forfecare. Pe parcursul procesului de tăiere, suprafeţele de forfecare se reduc continuu, din cauza deplasării, ceea ce conduce la o creştere a eforturilor unitare.

Relaţia care descrie rezistenţa la tăiere a pământurilor este următoarea : τ=σ⋅tgϕ+c, (relaţia lui Coulomb) unde: (5.10) c este coeziunea specifică; ϕ unghiul de frecare internă;

Această relaţie reprezintă dreapta intrinsecă sau dreapta caracteristică, [Fig. 5.3] iar tangenţa acesteia cu cercul lui Mohr, aferent unei anumite stări de tensiuni, reprezintă condiţia de echilibru limită.

Fig. 5.3. Reprezentarea grafică a legii lui Coulomb În cazul unui pământ necoeziv, legea lui Coulomb se va scrie: τ=σ⋅tgϕ (5.11) Daca permeabilitatea este limitată (nisipuri prăfoase, nisipuri prăfoase-argiloase), relaţia de mai sus se va scrie: τ=(σ-u)⋅tgϕ (5.12) Pentru pământurile coezive: τ=(σ-u)⋅tgϕ+c, unde: (5.13) σ - tensiunea totală; σ - u=σ’ - tensiunea specifică preluată de scheletul mineral al pământului; u - presiunea apei din pori Coeziunea are expresia: c=cw+cs+cp , unde: (5.14) cw - coeziunea primară generată de interacţiunea dintre particula solidă şi apa de adsorbţie. Ea scade pe măsură ce creşte conţinutul de

apă adsorbită. Exemplu: La argilă aflată în stare de curgere cw=0, unde cs este coeziunea structurală. Ea se datorează cimentării în timp a unor

legături între particulele solide. Prin deranjarea structurii naturale a pământurilor argiloase, cs dispare. La pământurile loessoide legăturile structurale sunt de natură calcaroasă şi apa le poate distruge. Aşa se explică, în mare măsură, reducerea dramatică a rezistenţei la pământurile loessoide în caz de umezire;

cp - coeziunea capilară. Acest tip de coeziune apare datorită meniscurilor capilare. Există următoarele feluri de tăiere a pământurilor:

• tăierea directă Este tăierea propriu-zisă, prin aplicarea unor eforturi verticale, dar şi tangenţiale • tăierea prin comprimare după o singură direcţie[Fig. 5.4].

Fig. 5.4 Comprimarea după o singură direcţie Comprimarea după o singură direcţie nu împiedică deformaţiile laterale. Unghiul β este unghiul planului de rupere ⇒ ϕ=900-2β (5.15)

respectiv:

c= σϕϕ

cos2sin1− (5.16)

• tăierea prin comprimare după trei direcţii [Fig. 5.5]. În acest caz, echilibrul limită se poate realiza fie menţinând constante presiunile laterale σ2 şi σ3, dar mărind σ1, fie menţinând

constant pe σ1, dar reducând corespunzător pe σ2 şi pe σ3.

Fig. 5.5 Comprimarea după trei direcţii

Unghiul de frecare internă ϕ depinde de forma şi de mărimea granulelor. Cu cât acestea sunt mai mari cu atât şi unghiul frecării interne este mai mare. S-a constatat că unghiul de frecare internă este egal cu unghiul taluzului natural şi că este neschimbat, indiferent de

înălţimea taluzului. Forma particulelor solide influenţează, în sensul că unghiul ϕ este cu atât mai mare cu cât particulele sunt mai colţuroase şi au muchii vii. Structura pământului contribuie şi ea la mărimea unghiului de frecare internă. O structură de tip flocular are un unghi de frecare internă mai mare decât o structură dispersă. Gradul de îndesare influenţează de asemenea unghiul de frecare interioară. Cu cât un pământ este mai compact, cu atât are un unghi mai mare. Acest unghi este mic la pământurile argiloase şi se reduce pe măsura creşterii umidităţii. La un pământ coeziv, cu cât umiditatea este mai mare, cu atât creşte grosimea peliculei de apă, iar coeziunea scade

Pentru calculele de rezistenţă, de deformabilitate sau de stabilitate a pământurilor mlăştinoase, studiile experimentale sunt obligatorii. Calculul tasărilor nu poate fi condus după teoriile valabile pentru celelalte pământuri, deoarece:

• permeabilitate este variabilă pe parcursul tasării • permeabilitatea orizontală are valori mai mari decât cea verticală

Indicele de grupă Indicele de grupă – Ig cuantifică însuşirile calitative ale pământurilor pentru terasamente, folosindu-se de granulozitate şi de

plasticitate. Totodată, asigură o clasificare mai globală a pământurilor. Are expresia: Ig=0,2⋅a+0,05⋅a⋅c+0,01⋅b⋅d, în care: (5.17) a- un coeficient care are expresia: a=P74-35, în care: (5.18) P74 – proporţia procentuală a pământului ce trece prin sita cu ochiuri de 74μm; b – un coeficient ce are expresia: b=P74-15 (5.19) c – un coeficient ce are expresia: c=Wc-40, în care: (5.20) Wc – limita superioară de plasticitate exprimată în procente; d=Ip–10 [%] este indicele de plasticitate; (5.21) Indicele de plasticitate bun pentru terasamente este între 10 şi 15.

Tabel 5.16 Caracterizarea pământurilor cu ajutorul indicelui de grupă

Tip pământ Caracterizare Nisip fin , nisip Ig=0…1 BUN Nisip prăfos, nisip argilos, balast prăfos, balast argilos

Ig=0…1 BUN; Ig=2…4 ACCEPTABIL

Pământuri prăfoase Ig=5…9 RĂU Ig=10…20 FOARTE RĂU

Pământuri argiloase Ig=16…20 FOARTE RĂU Gradul de îndesare – D Pentru terasamente se recomandă D≥0,67.

Capacitatea de îndesare Cu cât capacitatea de îndesare – CD este mai mică, cu atât tasările în exploatare vor fi mai mici. Se recomandă la drumuri CD<0,4.

Caracterizarea geotehnică a pământurilor în vederea utilizăriii lor la drumuri Această caracterizare este destul de dificilă deoarece:

1. nu se pot aplica, în toate situaţiile, principiile mecanicii pământurilor (din cauza neomogenităţii, anizotropiei, discontinuităţii, etc.)

2. proprietăţile pământurilor se schimbă considerabil sub încărcări, ca urmare a:

• redistribuirii de eforturi • schimbării deformaţiilor • acţiunii unor factori externi care pot determina modificări structurale, cum ar fi: • solicitări dinamice • modificări al umidităţii car conduc la: • tasări suplimentare • umflări şi contracţii • lichefieri • îngheţul • circulaţia apei • reacţii chimice

Totuşi, orientativ, se pot face următoarele aprecieri:

Argila are plasticitate mare şi capacitate mare de adsorbţie. Plasticitatea fiind variabilă cu umiditatea face să varieze şi rezistenţa la tăiere tot cu umiditatea. Astfel, terasamentele din argilă sunt predispuse la curgeri plastice şi deci, deformarea patului şi taluzurilor. Adsorbţia mare are drept consecinţă păstrarea umidităţii dobândite din precipitaţii. Un neajuns suplimentar îl prezintă argilele contractile care manifestă umflări, respectiv contracţii la modificarea umidităţii. Aceste fenomene sunt, în general, însoţite de fisurări. În sfârşit,

argilele prezintă sensibilitate, adică diminuarea retistenţelor ca urmare a deranjării structurii. Această însuşire poate sta la baza apariţiei alunecărilor în terasamente. Totuşi, argilele uscate sunt bune ca terenuri de fundare.

Praful este de evitat în terasamente deoarece are adsorbţie mare, foarte frecvent conţin humus, iar limita de curgere este inferioară argilei. Argila are limita de curgere între 50 şi 60% iar praful între 25 şi 35%, ceea ce face ca prafurile chiar şi la o umiditate moderată să-şi piardă capacitatea portantă şi, totodată, dacă nu sunt suficient compactate şi nici suficient protejate împotriva umidităţii, pot trece în stare plastic moale. De asemenea prafurile sunt gelive şi au capilaritate mare.

Nisipurile sunt instabile atunci când sunt afânate. Sub acţiunea vibraţiilor sau a inundaţiilor, dacă sunt afânate, se lichefiază. Pământurile vegetale sunt improprii folosirii în terasamente sau în ternurile de fundare. Conţin humus care sporeşte adsorbţia, praf

care coboară limita de curgere şi resturi organice care menţin afânarea şi măresc compresibilitatea. Turba şi nămolurile au aceleaşi deficienţe ca pământurile vegetale dar mai accentuate. Mâlul este constituit din argilă şi praf în proporţii egale şi humus, aproximativ 10%. Provine din depuneri recente şi, în consecinţă,

este foarte compresibil. Este contraindicat la terasamente sau ca teren de fundare. Cu referire directă la deformabilitate şi implicit după portanţă, se poate face următoarea clasificare:

• Pământuri foarte deformabile, în categoria cărora intră: -pământurile argiloase saturate; -pământurile necoezive cu grad mic de îndesare; -turbe;

• Pământuri deformabile. Sunt cele sensibile la variaţia umidităţii, din categoria cărora fac parte: -pământurile cu granule sub 50mm şi fracţiune sub 80µm de peste 35%. Fie că sunt reprezentate de argilă sau de nisip fin, aceste pământuri sunt foarte sensibile la umezire; -nisipuri, nisipuri argiloase şi balasturi cu granule sub 50mm şi fracţiunea mai mică de 80µm între 5 şi 35%; -argilele aluvionare grosiere, cu diametrul particulelor de peste 50mm şi fracţiunea de sub 80µm de peste 5%;

• Pământuri puţin deformabile, din categoria cărora fac parte acele pământuir la care variaţia portanţei cu umiditatea este medie sau sub medie;

• Pământuri practic nedeformabile, din categoria cărora fac parte pământurile insensibile la umiditate, cum ar fi pămnturile stâncoase, dar şi unele nisipuri şi balasturi cu fracţiunea sub 80µm sub 50%;

• Ce este fluajul? Dar timpul de stabilizare a deformaţiei ? • Cum variază pe adâncime presiunea litologică? • În ce constă importanţa pentru căile de comunicaţii a rezistenţei la forfecare a pământurilor? • Care sunt procesele ce se petrec în cursul fenomenului de îngheţ - dezgheţ?

• Cum se comportă la îngheţ - dezgheţ principelele pământuri? • Caracterizaţi pământurile din punctul de vedere al calităţilor lor pentru terasamente? • Cum contribuie indicele de grupă la caracterizarea pământurilor pentru terasamente?

5.1.7. Capacitatea portantă a terenurilor de fundare şi a terasamentelor

Prin capacitate portantă a pământului (terenului) de fundare se înţelege încărcarea ce poate fi suportată fără a se produce ruperea şi fără ca deformaţiile căpătate să compromită buna exploatare a căii de comunicaţie căreia îi serveşte ca suport. Aşadar, depăşirea capacităţii portante se poate petrece fie prin depăşirea rezistenţei la tăiere, fie prin depăşirea rezistenţei la compresiune. Termenul de capacitate portantă este echivalent cu cel de încărcare limită.

Generalităţi. Comportarea unui pământ încărcat cu o sarcină uniform distribuită Studiul capacităţii portante poate fi modelat prin încărcarea unui pământ cu o sarcină distribuită. Acesta are un comportament

asemănător celui prezentat la descrierea compresibilităţii, dar cu unele particularităţi, ce vor fi prezentate în cele ce urmează: La încărcarea unui pământ cu o sarcină uniform distribuită - p, se disting următoarele etape (faze de lucru): I. Faza îndesării care corespunde domeniului 0≤ p≤ p1 [Fig. 5.6], caracterizată printr-o corelaţie cvasiliniară între presiune şi tasare.

(segmentul OA din fig.). Tasările în această etapă – s1 provin din reducerea porozităţii. În această fază, granulele de pământ se deplasează vertical în jos. Dacă se consideră două volume în dreptul planurilor verticale ipotetice ce mărginesc suprafaţa de încărcare, acestea vor înregistra

numai modificări de volum, nu şi de formă []. Fie s[mm] =s1.

s m p n= ⋅ + ; (5.22)

dsdt

v m const= = = . (5.23)

Fig. 5.6. Fazele de lucru

Fig. 5.7 Fazele deformării unui teren

Fig. 5.8 Comportarea pământului în prima fază II. Faza în care p> p1, îndesarea nu mai este posibilă şi încep să apară lunecări determinate de atingerea rezistenţei la forfecare a

pământului din masiv (cedarea plastică). În planul încărcării apar tasările s2. Elementele de volum considerate suferă modificări ale formei. Este faza zonelor plastice (faza de apariţie a alunecărilor). Se manifestă ca o accelerare a creşterii tasărilor, diagrama presiune tasare devenind curbilinie (segmentul AB din Fig. 5.7).

Fie s2=s. s m p n p= ⋅ + ⋅ +2 k ; (5.24) dsdt

mp n v= + =2 (5.25)

Totalitatea punctelor unde eforturile unitare tangenţiale au depăşit rezistenţa la forfecare a pământului respectiv, alcătuiesc zonele plastice. Pe măsură ce încărcarea creşte, aceste zone se extind. Punctele situate pe conturul zonelor plastice sunt în stare de echilibru limită, eforturile unitare tangenţiale - τ fiind egale cu rezistenţa la tăiere. Punctele din afara zonelor plastice sunt în stare de echilibru elastic

Fig. 5.9 Faza a doua a deformării terenului de fundare III. Faza în care p> p2. La o nouă creştere a încărcării, zonele plastice se unesc conducând la formarea unei suprafeţe continue

curbilinie, după care alunecă o prismă cu întreaga construcţie, sau fundaţia se scufundă nelimitat cu refularea laterală a pământului şi pierderea stabilităţii generale [Fig. 5.10].

Această fază poartă numele de faza de rupere. Presiunea ce limitează această etapă este pcr, definită ca presiunea medie ce provoacă ruperea unui pământ.

Fig. 5.10 Faza a treia a deformării terenului Stabilitatea pământurilor este asigurată atât timp cât înclinarea faţă de verticală a rezultantei tensiunilor ce acţionează asupra unei

suprafeţe din masa pământului, nu depăşeşte valoarea unui unghi Ψ, pentru care tgΨ=τ/σ. - unghiul de deviere.. Înclinarea rezultantei este dată de mărimea eforturilor unitare σ şi τ [Fig.5.11].

Fig. 5.11 Starea de tensiuni pe o suprafaţă din masa pământului Se pot construi mai multe cercuri ale lui Mohr, corespunzătoare diferitelor grade de solicitare. Experimental, se constată că unghiul -

Ψ, de deviere este chiar unghiul frecării interioare, care de acum se va nota cu ϕ şi construind dreapta intrinsecă.

Fig. 5.12 Reprezentarea cu ajutorul cercurilor lui Mohr

a diferitelor grade de solicitare Un segment de pe această tangentă, aflat între punctul de intersecţie al tangentei cu abscisa şi punctul de contact cu cercul, va fi rezultanta

eforturilor unitare σ şi τ, după cum se poate observa din figura de mai sus. Rezultă că aplicarea ecuaţiilor de stabilitate din teoria elasticităţii este limitată la intervalul de presiune 0< p< pcr. Deci criteriul de

aplicabilitate îl constituie apariţia zonelor plastice. Dacă se consideră o încărcare uniform distribuită, elipsa tensiunilor într-un punct din semiplan este cea din figura de mai jos:

Fig. 5.13 Elipsa tensiunilor

Planurile de alunecare formează unghiuri de 450-ϕ/2 cu σI (efortul unitar principal maxim), respectiv 450+ϕ/2 cu σII (efortul unitar principal minim).

Condiţia de echilibru limită este:

sin( )

ϕσ σ

σ σϕ

γ=

−

+ + + +⎡

⎣⎢

⎤

⎦⎥

I II

I II w

ctg

h z2 (5.26)

La încărcări centrice, sub talpa fundaţiei, începând cu faza a doua începe să se formeze un miez de pământ îndesat care se separă de

pământul înconjurător prin suprafeţe de alunecare [Fig. 5.14]. În faza a treia, acest miez de pământ se deplasează împreună cu întreaga fundaţie, lucrând ca o pană. Se produce forfecarea

pământului după direcţiile de minimă rezistenţă, lateral şi în sus.

Fig. 5.14 Forfecarea pământului prin efectul de pană Când terenul de fundare este foarte compresibil (nisip afânat, argilă plastică de consistenţă scăzută), este posibil ca faza a treia să nu

aibă loc. Specific argilelor este faptul că tasările din cursul primelor două faze depăşesc valorile admisibile pentru construcţii. Odată cu creşterea încărcării - p, creşte şi încărcarea orizontală - q care provoacă pierderea stabilităţii. Pentru terenuri necoezive qcr/p =tgϕ (5.27)

unde qcr este încărcarea orizontală ce provoacă pierderea stabilităţii, dar numai pentru valori mici ale raportului p

bwγ ⋅ unde b este

lăţimea fundaţiei. Pentru valori mari ale raportului de mai sus apar deja refulări parţiale Starea de tensiuni din terenul de fundare şi terasamente Prin construirea unui rambleu se produc modificări în starea de tensiuni ale terenului de fundare, mai mult la suprafaţa acestui teren şi

mai puţin în adâncime. Influenţa contruirii unui rambleu se simte într-un teren de fundare până la adâncimi de 5…6m în funcţie de natura pământului din rambleu şi de înălţimea lui.

Profilul rambleului influenţează în felul următor creşterea eforturilor unitare tangenţiale - τ care sunt, s-a arătat, principalele răspunzătoare de pierderea stabilităţii rambleurilor:

Influenţa pantei terenului de fundare τmax creşte cu până la 50% pentru înclinări ale terenului de fundare de 1:10, cu 100% pentru înclinări de 1:5 şi cu 200% pentru

înclinări de 1:3. Influenţa înălţimii rambleului Sporirea acestei dimensiuni conduce de asemenea la creşterea eforturilor unitare tangenţiale. Bunăoară, tensiunile tangenţiale la 50cm

sub nivelul terenului natural, cresc cu 40% pentru o creştere a înălţimii rambleului de la 2 la 4m, iar pentru o creştere de la 4 la 8m, efortul unitar tangenţial măsurat la aceeaşi adâncime precuzată anterior, sporeşte cu 30%.

Influenţa înclinării taluzului O pantă moderată a taluzului conduce la eforturi tangenţiale mai mici decât o pantă abruptă şi în consecinţă se va prefera un taluz cu

două pante (1:1,5 la partea superioară şi 1:2 la partea inferioară) care este mai economic decât un taluz cu o singură pantă, datorită reducerii amprizei. De asemenea taluzul cu două pante este mai economic decât taluzul cu contrabanchetă.

Indicatori ai capacităţii portante a terasamentelor La terasamente este vorba, în principal, de depăşirea stării limită de deformaţie, concretizată prin tasări şi lunecări peste limitele

admise. Cuantificarea se face cu ajutorul unor indici(parametri): indicele californian de capacitate portantă, coeficientul patului, modulul de deformaţie, modulul de elasticitate static şi dinamic.

Indicele californian de capacitate portantă Se prescurtează C.B.R. (californian bearing ratio), şi este un raport procentual între două presiuni: presiunea care produce o

anumită pătrundere a poansonului în pământul studiat – p şi presiunea pătrunderii în pământul etalon – p0.

C.B.R.=0

100pp

⋅ , în care: (5.28)

p – presiunea necesară pătrunderii în pământul studiat a unui poanson cu diametrul de 4,95cm care înaintează cu viteza de 1,27mm/sec până la adâncimea de 2,54mm, respectiv 5,08mm.

p0 – presiunea necesară pătrunderii în materialul studiat (o piatră spartă măruntă). p0=70,2daN/cm2 pentru pătrunderea de 2,54mm, respectiv p0=105,3daN/cm2 pentru o pătrundere de 5,08mm.

Fig. 5.15 Curbele C.B.R.

Se reţine ca valoare C.B.R. cea mai mare valoare a rapoartelor 2,70

100 54,2p⋅ şi

3,105100 08,5p

⋅ .

Modulul de deformaţie Modulul de deformaţie – Ed caracterizează deformabilitatea pământurilor. Are expresia:

λαα p

sDpEd ⋅=⋅

⋅= [daN/mm2], în care: (5.29)

p – presiunea specifică transmisă cu o placă rigidă de diametru – D; s – tasarea absolută [mm];

Ds

=λ - tasarea relativă;

α - coeficient ce ţine seama de natura pământului (de categoria pământului, de condiţiile climatice şi de regimul hidrologic). α=1 pentru pământ omogen. α=1,2 pentru pământ bistrat. α=1,57 pentru pământ multistrat.

Tabel 5.17 Categoriile de pământ din patul drumului

Categoria de pământ

Tipul de pământ Clasificarea pământului Indicele de plasticitate

necoeziv P1 Pietriş cu nisip < 10 necoeziv P2 Pietriş sau nisip 10…20 coeziv P3 Nisip prăfos, praf argilos 0…20 coeziv P4 Praf nisipos, Praf argilo – nisipos,

praf, praf argilos 0…25

coeziv P5 Argilă prăfoasă, argilă nisipoasă, argile prafo-nisipoase, argile

> 15

• Care sunt fazele de deformare a uni pământ sub sarcini exterioare? • Ce este presiunea limită? • Ce se poate reprezenta cu ajutorul cercului lui Mohr? Cum se construieşte acest cerc? • Care sunt influenţele înălţimii şi înclinării taluzurilor de rambleu asupra stării de eforturi din terasamente? • Ce este Indicele Californian de Capacitate Portantă? • Ce caracteristică a pământului poate fi cuantificată prin modulul de deformaţie?

5.1.8 Împingerea pământului

Împingerea pământului intervine, mai ales, la zidurile de sprijin, dar şi la infrastructurile lucrărilor de artă. Împingerea pământului

poate fi activă (dinspre pământ spre obstacol) sau pasivă (dinspre obstacol spre pământ).. După Rankine impingerea activă şi pasivă au următoarele expresii:

Împingerea activă

pa=γ⋅z⋅tg2(450-ϕ/2)=γ⋅z⋅ka, unde: (5.30) ka - coeficientul împingerii active; z – adâncimea la care se măsoară presiunea activă; pa – presiunea activă care are o distribuţie triunghiulară; Rezultanta presiunilor active este “împingerea activă” - Pa.

Pa= p dz z k dzh

ka a a , unde: (5.31) hh

= ⋅ ⋅ ⋅ =⋅

⋅∫∫ γγ 2

00 2h – înălţimea totală a obstacolului ;

Pa acţionează pe suprafaţa spatelui zidului la înălţimea h/3 faţă de baza diagramei.

Împingerea activă a pământului în cazul unui pământ coeziv

pa=γ ⋅ ⋅ −z k c ka a , unde: (5.32) 2 c – coeziunea specifică Înălţimea până la care pământul poate rămâne nesprijinit datorită coeziunii:

ac k

chγ

2= (5.33)

Împingerea activă:

( )Ph k c k

h haa a

c=⋅ ⋅ −

−γ 2

2 (5.34)

Împingerea pasivă Greutatea proprie a pământului:

pp=γ⋅h⋅kp ; (5.35) Împingerea pasivă :

Pp=12

2γ ⋅ ⋅h k p (5.36)

În cazul că există şi suprasarcină: Pp=q.h.kp (5.37)

Dacă pământul este coeziv se adaugă 2c.h k p Teoria împingerii pământului după Coulomb

Potrivit acestei teorii, o mică deplasare a zidului este suficientă ca să reducă acţiunea pământului din spatele zidului la valoarea sa

minimă denumită împingere activă.

Fig. 5.16 Forţele ce acţionează asupra masivului de pământ

Se consideră că o prismă triunghiulară se desprinde, acţionată de propria sa greutate - p şi frânată de o forţă de frecare ce acţionează

în lungul ipotenuzei. Se consideră că împingerea pământului asupra zidului face un unghi δ cu normala la spatele zidului şi, prin construirea triunghiul forţelor, va rezulta mărimea rezultantei (vezi Fig.5.16).

Variem unghiul θ pentru a găsi prisma care dă acţiunea maximă, adică împingerea pământului. Greutatea prismei:

p=12

12

2γ θ γ θ (5.38) ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅h h tg h tg

tgθ=AC/h ⇒ AC=h⋅tgθ (5.39)

( )tgmp

m p tg h tg tgπ

ϕ θπ

ϕ θ γ θπ

ϕ θ2 2

12 2

2− +⎡⎣⎢

⎤⎦⎥= ⇒ = ⋅ − −

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ = ⋅ ⋅ ⋅ − −

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

(5.40)

Valoarea maximă a lui m se obţine pentru:

θπ ϕ

= −4 2

(5.41)

Aşadar :

m=Ea=12 4 2

12

2 2 2γπ ϕ

γ⋅ −⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ = ⋅ ⋅h tg h ka (5.42)

• Care sunt parametrii de care depinde împingerea activă, potrivit teoriei lui Rankine? Dar împingerea pasivă? • Care este deosebirea dintre presiunea activă şi împingerea activă ? • Prin ce se deosebeşte teoria lui Coulomb de cea a lui Rankine ? • Consideraţi un exemplu de evaluare a împingerii active şi rezolvaţi-l pentru comparaţie după cele două teorii ?

5.2. Sabilitatea terasamentelor

5.2.1. Fenomene geodinamice în versanţi şi taluzuri

Fenomenele geodinamice în versanţi şi taluzuri sunt în directă legătură cu stabilitatea acestora. Însăşi configuraţia terenului oferă indicaţii asupra naturii pământului şi stabilităţii sale. Astfel, pantele abrupte indică straturi de

adâncime din roci dure, iar versanţii ondulaţi indică terenuri periclitate de alunecare. De asemenea, terenurile alunecătoare pot fi indicate şi de forma neregulată a curbelor de nivel, de micile ochiuri de apă, de crăpături de arborii înclinaţi sau, dimpotrivă, de lipsa vegetaţiei sau de o vegetaţie săracă.

Alunecări de pământ au loc atunci când se depăşeşte rezistenţa la tăiere după o anumită suprafaţă şi sunt consecinţa distrugerii suportului masei respective prin eroziune.

Observaţiile staţionare periodice au ca obiectiv înregistrarea deformaţiilor atât la versanţi şi taluzuri. Cercetarea alunecărilor de teren se compune din:

• aflarea cauzelor care au generat o alunecare de teren • prognoza stabilităţii versantului/taluzului prin procedee teoretice şi experimentale • decizia tehnică privind stabilizarea fenomenului De regulă, alunecările terenului de fundare au loc în bazinele hidrografice torenţiale, necesitând şi o cercetare hidrotehnică. Se produc

în straturile superficiale sau în straturile alterate. Suprafaţa alunecărilor este în general paralelă la suprafaţa terenului. Există pământuri stabile, cu grad redus de periculozitate şi pământuri instabile.

Pământuri stabile: nisip grosier cimentat cu pământ argilo-prăfos care umple golurile scheletului mineral al nisipului. Scheletul conferă frecare interioară şi nu este influenţat de umiditate, iar argila prăfoasă îi conferă coeziune

Pământuri instabile: pământuri argilo-mâloase sensibile la variaţii de umiditate; loess; pământuri macroporice; pământuri prafo-nisipoase fine (chişaiuri) care apar în luncile râurilor mari; pământuri sufozive care au o granulometrie neuniformă de unde şi posibilitatea deplasării fracţiunilor fine prin porii dintre particulele mari şi în final separarea lor de masivul de pământ respectiv.

A. Alunecări ale versanţilor În principal, suprafeţele de alunecare pot avea trei forme distincte: 1. Suprafaţa de alunecare intersectează taluzul într-un punct intermediar

2. Suprafaţa de alunecare este tangentă la baza taluzului

3. Suprafaţa de alunecare depăşeşte în adâncime piciorul taluzului

Lungimea unei alunecări (distanţa dintre faţa de desprindere şi baza alunecării) este de ordinul zecilor sau chiar sutelor de metri, mai

rar de ordinul kilometrilor, iar lăţimea (distanţa medie perpendiculară pe direcţia alunecării) este de ordinul zecilor de metri sau chiar de ordinul sutelor de metri.

Tipuri mai frecvente de alunecări pe versanţi

Alunecări plastice pe versanţi care apar din cauza excesului de umiditate. Au suprafaţa de desprindere în treimea superioară. Surpări. Apar mai ales pe versanţii abrupţi, la malurile cursurilor de apă sau la diverse taluzări artificiale. Aceste tipuri de alunecări

se compun dintr-o zonă de desprindere (ruptura) şi o zonă de îngrămădire a materialului surpat. Spre deosebire de alunecările de teren propriu-zise unde suprafaţa de alunecare se formează în urma eforturilor predominante de compresiune, la surpări eforturile sunt predominant de întindere. Cum la întindere rezistenţa este mult mai mică decât la compresiune, indiferent de tipul de pământ, panta versantului are o mare importanţă prin ea făcându-se tansferul de la starea de compresiune la cea de întindere. Tot spre deosebire de alunecările de teren propriu-zise la care deplasarea pe pantă a masei alunecătoare de pământ desprinse are loc pe suprafeţe de alunecare , la surpări, masa de pământ desprinsă se răstoarnă, apoi se rostogoleşte pe suprafaţa de rupere şi în continuare pe suprafaţa morfologică, conducând la fragmentarea rocilor, uneori foarte accentuată, formându-se un grohotiş. Prăbuşirile se produc cu viteză foarte mare comparativ cu celelalte alunecări de teren şi au loc de regulă, în roci predominant stâncoase.

Alunecări sub formă de grohotişuri. Constau în desprinderi izolate de fragmente de rocă dezagregată de mărimi variabile, de la dimensiunile nisipurilor până la cea a blocurilor. Acest tip de alunecare este caracteristic versanţilor puternic înclinaţi din munţii alcătuiţi din roci dure. Versanţii dezgoliţi de vegetaţie sunt cei mai periclitaţi

Alunecări de deluvii şi eluvii Au loc în roci reziduale. Deluviile şi eluviile sunt pământuri formate din acumulări de sfărâmături de

roci nealterate, de mărimi variabile şi amestecate cu fragmente alterate (argiloase). Sunt, în general, afânate, cu grosimi de până la 6m,

acoperind, de obicei, pante puţin înclinate. În stare uscată sau bine drenată aceste pământuri se menţin stabile la taluzuri cu pantă de până la 1:1, dar în stare umedă, (ploi abundente sau topirea zăpezilor), aceste pământuri intră uşor în curgere, chiar pe versanţi cu pante de numai 100 [fig. 8.3].

Fig.5.17 Alunecări în deluvii La deluvii sunt posibile alunecări pe suprafeţe de contact cu roca de bază, dar şi curgeri plastice. De asemenea pot avea loc curgeri

noroioase. Alunecările pe roci nedegradate se explică prin înmuierea prin umezire a pământului din zona de contact. Curgerea noroioasă a deluviilor se produce odată cu creşterea porozităţii pământului, această afânare fiind consecutivă primelor

deplasări, respectiv antrenării hidrodinamice. Astfel de curgeri nu apar în zone cu declivităţi reduse, ele caracterizând zonele muntoase. Se pot transforma în torenţi de noroi. Apar, mai cu seamă, în pământurile fragmentate şi alterate provenind din şisturi care conţin clorită, mică şi talc.

Alunecări în taluzuri de loess La loessuri, din cauza straturilor cu macropori orientaţi vertical şi alunecările tind să se producă tot

vertical. Un masiv loessoid aflat deasupra nivelului hidrostatic se menţine stabil dar poate fi uşor erodat (ravinat) la suprafaţă de către apele de şiroire.

Alunecări în argile Tipul de alunecare depinde de consistenţa argilelor, de omogenitatea lor, de relieful terenului şi de condiţiile de

solicitare, dar, în general, suprafaţa de rupere capătă o formă de S. Curgerile plastice se manifestă prin ondulări. Argilele cu intercalaţi nisipoase capătă alte caracteristici la alunecare, iar prezenţa unor straturi stâncoase sau argile mai compacte

creează condiţiile unor alunecări pe suprafeţele de contact asemănătoare alunecărilor consecvente. Straturile sau lentilele de nisip se umplu mai lesne cu apă după ploi şi constituie surse de umezire pentru suprafeţele de alunecare. Deformări ale versanţilor Ebulmente stâncoase Apar, mai cu seamă, în regiuni muntoase, în pământuri stâncoase alcătuite din blocuri de piatră cu intercalaţii de

argilă. Pot fi contracarate prin construirea de ziduri de sprijin la baza versanţilor completate de restabilirea vegetaţiei. Ebulmente argiloase Astfel de ebulmente apar mai des în regiuni de deal, atunci când deasupra straturilor de pământ argilos se

găseşte un strat de pământ calcaros. Pământurile calcaroase dacă fisurează permit apei să se infiltreze cauzând, în timp, alterarea infiltraţiilor

de argilă. Caracteristic pentru înfăţişarea ebulmentelor argiloase sunt suprafeţele neregulate ale versanţilor şi copacii înclinaţi în diverse direcţii.

Drenurile pot opri dezvoltarea ebulmentelor, nu şi zidurile de sprijin, decât parţial, deoarece deasupra lor dezvoltarea ebulmentelor poate să continue. Toate acestea deoarece este caracteristică pământurilor argiloase umflarea la creşterea umidităţii, la fel cum gresiile se dezagregă, atât gresia cât şi argila fiind pământuri predispuse la alunecări.

• Ce tipuri de alunecări pe versanţi cunoaşteţi? • Ce sunt ebulmentele? • Care sunt factorii care influenţează alunecările în argilă?

Cauzele alunecărilor în versanţi

Factori favorizanţi • compoziţia granulometrică de care depind proprietăţile fizico-mecanice. Foarte sensibile sunt pământurile coezive, deoarece în

prezenţa apei trec în stare plastică şi apoi curgătoare; • înclinarea versanţilor (un versant cu o înclinare pronunţată este mai periclitat) ; • stratificaţia terenului (alternanţa favorizează dezechilibrul), precum şi dacă este de aceeaşi parte cu înclinarea versantului; • apa care antrenează particulele din sol (apa subterană) dizolvând săruri, ceea ce conduce la afânarea terenului ; • condiţiile geologice (fisuri, falii), contează orientarea unei fisuri şi sunt mai periculoase dacă se află la baza versantului [Fig.

5.18].

Fig. 5.18 Fisură ce poate provoca o alunecare

Cauze naturale Sunt datorate fie proprietăţilor plastice ale pământurilor, fie celor sufozionare. Amândouă influenţează comportarea pământului în

raport cu: • precipitaţiile atmosferice care conduc la creşterea greutăţii terenului şi la diminuarea coeziunii şi frecării interne. Precipitaţiile

atmosferice produc o perturbare a straturilor de apă subterană (apar băltiri, noroi, etc.). Cu fiecare anotimp ploios proprietăţile fizico-mecanice se înrăutăţesc. Apariţia unei alunecări, într-un anotimp ploios, reprezintă efectul unei însumări de înrăutăţiri anterioare a

proprietăţilor fizico-mecanice. S-au stabilit corelaţii între mărimea precipitaţiilor şi deplasarea totală a alunecărilor. De asemenea s-au stabilit corelaţii între mărimea precipitaţiilor şi viteza alunecărilor, între care există o dependenţă directă.

• variaţiile de temperatură (îngheţul şi dezgheţul). În timpul îngheţului în masivul de pământ se dezvoltă o presiune care, după datele lui Leopold Muller, este de circa 2000 de daN/cm2. Această presiune duce la fisurarea rocilor, la fragmentarea lor şi implicit la scăderea proprietăţilor fizice şi mecanice, inclusiv la reducerea rezistenţei lor. Argilele suferă mai mult decât nisipurile şi pietrişurile. Un proces generat de îngheţ este migraţia apei din teren, pe verticală. Mai întâi îngheaţă apa gravitaţională, apoi cea capilară şi în cele din urmă, îngheaţă şi apa peliculară. Consecinţa este atragerea unei cantităţi de apă din adâncime, de sub zona de îngheţ pe calea migrării peliculare (apa peliculară migrează de la o particulă la alta), mărind astfel cantitatea de apă din teren în zona adâncimii de îngheţ. Creşterea umidităţii conduce la reducerea rezistenţei la forfecare şi implicit la crearea condiţiilor pentru alunecări de teren. Dezgheţul conduce şi el la creşterea umidităţii;

• cutremure de pământ. Alunecările de teren cauzate de seisme se formează prin creşterea cvasiinstantanee a forţelor de alunecare (foarte periclitate sunt în acest caz terenurile nisipoase) ;

• Eroziunea râurilor de la baza versanţilor îi lipseşte pe aceştia de sprijinul natural cu rol de pinten de rezistenţă. Eroziunea râurilor şi abraziunea marină sunt printre cele mai frecvente cauze ale alunecărilor de teren. În lungul unui râu terasele aluvionare protejează versanţii de eroziune şi participă ca nişte contraforţi naturali în menţinerea echilibrului natural al zonei. Eventuala acţiune simultană a apelor pluviale, potenţează efectele săpăturii, grăbind ajungerea la starea de echilibru limită; Cauze artificiale • lucrări terasiere. Aceste lucrări, dacă nu sunt prevăzute cu sprijiniri, conduc la dezechilibrarea versanţilor. De asemenea

încărcarea versanţilor cu sarcini suplimentare; • încărcarea versanţilor cu sarcini suplimentare măreşte forţele de alunecare, dacă se găsesc la dreapta verticalei din Fig.5.18

Forţele care apar din încărcarea versanţilor cu sarcini suplimentare trebuie introduse în modelele de calcul ale stabilităţii versanţilor această situaţie apărând în cazul localităţilor aşezate pe versanţi. În cazul taluzurilor, problema provine din încărcarea acestora cu utilaje de excavare, transport, depozitări de materiale, construcţii provizorii etc.

• Lucrări miniere sau orice alte lucrări care presupun explozii, trepidaţii etc.

Etapele şi vitezele alunecărilor Etapele unei alunecări de teren ( după Terzaghi) I. etapa de pregătire. Este foarte lungă şi, adesea, scapă observaţiei. Este reprezentată de porţiunea Oa a curbei de variaţie în timp a

deplasărilor. De obicei începe cu umezirea pământului, apoi apar deformaţii plastice care conduc la mici cedări locale şi la modificarea condiţiilor de echilibru. Coeficientul de siguranţă se reduce până la valoarea critică η=1. Deplasările sunt foarte mici(OD1).

Indiciile ce uneori pot fi observate sunt, mai ales, arborii înclinaţi (“pădure beată”, “copaci îngenuncheaţi”). II. etapa de alunecare propriu-zisă. Are o durată variabilă, dar mult mai scurtă (t2-t1) decât precedenta. Deplasările sunt foarte mari

(D2-D1). În această etapă declanşarea este uşor observabilă. Oprirea însă, se observă mult mai greu, suprapunându-se peste etapa a treia.

III. etapa de stingere a alunecării. În această etapă se stabilizează pe cale naturală masa alunecătoare de pământ, prin găsirea unei noi poziţii de echilibru. Are o durată destul de mică dar mai mare decât cea a alunecării propriu-zise. Deplasarea masei alunecătoare este mai mică decât cea din etapa precedentă.

Fig. 5.19 Etapele unei alunecări de teren după Terzaghi Viteza alunecărilor de teren Viteza de alunecare începe prin a avea valori mici care cresc însă treptat. Valoarea maximă se atinge în etapa de alunecare propriu-zisă,

după care se parcurge drumul invers. Alunecările de teren pot fi prevăzute pe baza urmăririi vitezei de deplasare în etapa de pregătire a alunecării de teren.

O alunecare se consideră: – extrem de rapidă, dacă are o viteză de peste 3m/s. – extrem de lentă, dacă are o viteză de până la 6cm/an

Viteza alunecărilor este mare la suprafaţa terenului şi se micşorează treptat în adâncime. De asemenea este mai mare către mijlocul secţiunii şi mai mică spre margini.

Periodicitatea alunecărilor de teren Ca şi alte fenomene naturale, cu efecte adeseori catastrofale, cum ar fi cutremurele de pământ şi inundaţiile, alunecările de teren au,

după cum s-a mai spus, un caracter periodic, repetându-se în aceeaşi regiune la anumite intervale de timp. Legile care stau la baza acestui fenomen nu sunt încă pe deplin cunoscute. Din practică rezultă însă că durata dintre două alunecări succesive într-o anumită regiune, depinde de amploarea fenomenelor de alunecare şi de adâncimea la care se formează suprafaţa de alunecare în interiorul masivului de pământ. Alunecările mai mici se repetă la intervale mai scurte, chiar anual, iar cele de mari proporţii au perioade de repetare de câteva zeci de ani, frecvenţa alunecărilor fiind mai mare în perioadele ploioase şi reci.

• Care sunt cauzele alunecărilor de teren ? • Care sunt etapele unei alunecări în terenul de fundare? Dar vitezele? • În ce constă periodicitatea alunecărilor de teren?

B. Deformarea şi pierderea stabilităţii terasamentelor Deformaţiile terasamentelor sunt manifestări

ale pr

tea lucrărilor şi la respectarea regulilor tehnice privind execuţia terasamentelor noi.

ucturii căii de comunicaţie

oceselor de îndesare, alunecare, refulare sau curgere a pământului din umpluturi, săpături sau din terenul de fundare. Cauzele deformaţiilor terasamentelor pot acţiona direct sau indirect, izolat sau simultan, ceea ce dă caracterul complex al

deformaţiilor terasamentelor. Aceleaşi fenomene dacă acţionează direct se constituie în cauze, iar dacă acţionează indirect devin condiţii favorizante.

Terasamentele sunt solicitate de propria lor greutate, de sarcinile dinamice din trafic şi de condiţiile locale hidrologice şi climatice. Toate acestea provoacă terasamentelor deformaţii elastice şi remanente.

Din punctul de vedere al mărimii lor, solicitările din greutate proprie sunt mai importante decât cele din trafic, iar cea mai importantă solicitare care afectează stabilitatea şi integritatea terasamentelor o constituie apa sub toate stările ei de agregare.

Din punctul de vedere al stabilităţii deformaţiile remanente sunt mai importante decât deformaţiile elastice. Deformaţiile remanente sunt cu atât mai periculoase cu cât nu au putut fi prevăzute (ne aşteptăm, în general, la anumite tasări). Ele apar sub formă de tasări, refulări, prăbuşiri, surpări, alunecări, dislocări şi eroziuni sub formă de spălări şi afuieri.

Principalele condiţii şi factori de care depind deformarea şi stabilitatea terasamentelor Factorii legaţi de execuţie Aceşti factori se referă la calitaPot fi surse de deformaţii următoarele deficienţe de execuţie:

1. 2. folosirea pentru umpluturi a pământurilor cu propr

necompactarea sau compactarea defectoasă a umpluturilor ietăţi fizice şi mecanice necorespunzătoare (argile cu plasticitate şi

compresibilitate mare, argile contractile, prafuri argiloase tixotropice, mâluri, pământuri vegetale) 3. executarea de rambleuri din pământ în care intră şi bulgări de pământ îngheţat

mpactare sau înlătu4. executarea de rambleuri pe terenuri de fundare slabe fără a se lua măsuri de co rare 5. executarea de rambleuri pe terenuri de fundare cu înclinare de peste 100 fără a se face trepte de înfrăţire 6. neîndepărtarea stratului de pământ vegetal 7. adoptarea de pante neadmisibile la taluzuri 8. dimensionarea necorespunzătoare a suprastr

9. execuţia incompletă a lucrărilor pentru stabilitatea terasamentelor (şanţuri, rigole, şanţuri de gardă, pereuri, brăzduiri, plantaţii, drenuri, ziduri de sprijin) Factori legaţi de exploatare epozitarea pe banchete, talu1. zuri sau şanţuri a diverselor materiale de construcţie

ăzduiri etc.) ele de şiroire

neinfluenţaţi de intervenţia omului prin lucrări de construcţie sau de exploatare. hidrologici.

atici fac parte: precipitaţiile, temperatura, insolaţia, ciclurile de îngheţ – dezgheţ şi vântul.

ploile şi ninsorile, respectiv topirea zăpezilor, toate acestea contribuind la umezirea pământului.

răbesc evaporarea apei şi favorizează apariţia crăpăturilor de contracţie. Sunt periculoase mai ales acolo unde perioadele de se

rul provoacă apariţia crăpăturilor (crăpături de ger) pe taluzurile rambleurilor şi deplasări de umiditate în apropierea suprafeţei

taluzu

d2. necurăţarea şi/sau nereprofilarea la timp a şanţurilor sau rigolelor 3. menţinerea gurilor de dren înfundate

uprafaţă ale taluzurilor (pereuri, br4. nerepararea la timp a protecţiilor de s5. neaplanarea (nenivelarea) micilor făgaşe provocate de circulaţia animalelor sau de ap

Factori naturali

unt acei factori SDintre aceştia menţionăm factorii climatici, factorii geomorfologici, factorii geotehnici şi factori Factorii climatici Dintre factorii clim Precipitaţiile Au influenţăPrecipitaţiile se înscriu şi ca factori hidrologici. Insolaţiile nsolaţiile gI

cetă sunt urmate de ploi abundente.. Pe versanţii nordici gradul de insolaţie este mai redus, pământul având umiditatea cu 10 –15% mai ridicată decât versanţii sudici. Din

acest motiv, în timpul precipitaţiilor abundente, versanţii nordici sunt mai periclitaţi decât cei sudici în ceea ce priveşte alunecările de tip plastic.

GeGerul lui.

Factorii geomorfologici Factorii geomorfologici

ferate forestiere), precum şse referă la relieful terenului pe care sunt amplasate căile de comunicaţie terestră (drumuri forestiere şi căi

i la alcătuirea geologică şi procesele geologice actuale sau din trecut, cum ar fi: mişcări tectonice, eroziuni , alune

unt reprezentaţi de proprietăţile fizice, chimice şi mecanice ale pământurilor, precum şi de tipurile de pământ din terasam

pentru terasamente şi ca teren de fundare trebuie să aibă rezistenţă mare la tăiere (şi deci şi frecare internă şi co să fie drenant) şi să nu permită procese capilare.

atea la piciorul taluzului şi în terenul de fundare creşte foarte mult, alunecările rambleurilor sunt mult mai ecări se petrec în perioadele de umiditate crescută cum sunt cele de ploi abundente sau de topire a zăpezilor.

Alter

cări. Uneori, aceşti factori se pot constitui în cauze ale deformaţiilor. De exemplu: antrenarea terasamentului unui drum de către o

alunecare pe versantul pe care este amplasat drumul. Factorii geotehnici Factorii geotehnici s

ente. Proprietăţile care pot favoriza deformaţiile sunt:

• compresibilitatea • indicele de consistenţă (starea de consistenţă)

(afânarea) • gradul de îndesare• rezistenţa pământului la forfecare • coeziunea • plasticitatea prin limitele ei, precu

tatea m şi sensibilitatea

• capilaritatea nt în legătură cu circulaţia apei.

• permeabili

Ultimele două sudealUn pământ i

eziune mare), să nu fie compresibil, să nu reţină apa (În consecinţă, sunt bune pentru terasamente, pământurile nisipoase, cu cel mult 20% argilă, precum şi nisipurile îndesate. Nu sunt

bune mâlurile, turbele, pământurile vegetale şi nămolurile. În rest toate celelalte pot fi folosite dacă sunt bine compactate şi protejate împotriva apei.

Factori hidrologici Atunci când umidit

stfel de alunfrecvente. Ananţa umezire - uscare repetată de-a lungul mai multor cicluri, face posibilă apariţia unor fisuri în pământ prin care circulă apa,

contribuind la o nouă umezire locală a pământului şi, prin consecinţă, la scăderea rezistenţei pământului. Fenomenul se manifestă mai mult la pământurile coezive care prin umezire îşi micşorează coeziunea ca urmare a modificării forţelor moleculare cauzate de creşterea grosimii peliculei de apă din jurul particulelor solide.

Relaţia umiditate - coeziune conform lui Maslov, este următoarea: c1⋅w1

3=c2⋅w23 (5.43)

Procesul de pierdere a stabilităţii Primele alunecări locale sunt cauzării. Aceasta deoarece în diverse pun

ate de ruperea legăturilor dintre particulele de pământ şi se produc, de regulă, înaintea declanşării alune cte rezistenţa la tăiere a pământului a fost depăşită. Acest proces corespunde etapei de pregătire a alu

i de apele subterane freatice şi de adâncime. Aceste ape pot afecta stabilitatea terenului de fundare, capacitatea porta ă şi, deci, creşterea umidităţii. Se impun astfel, studii hidrogeologice care să cuprindă : aflare

tăţii terasamentelor:

i de amploare ale terenului de fundare împreună cu terasamentele pe care le susţin. Dat fiind legătura cu terenul natural pe care sun amplasate terasamentele, prăbuşirile le întâlnim în următoarele zone:

–

– asanarea terenului de fundare dacă acesta se găseşte într-o zonă mlăştinoasă

cnecării. Treptat, începe să se dezvolte, începând din aceste puncte, unele zone plastice care apar, mai cu seamă,.în zona piciorului

taluzului. Echilibrul în interiorul terasamentului se modifică deoarece încărcarea pe care o preia rambleul este, în fapt, preluată de zone din ce în ce mai mici până când se produce pierderea propriu-zisă a stabilităţii rambleului.

De asemenea modificarea stării de tensiuni în terenul de fundare, cauzată de construirea unui terasament poate contribui la pierderea stabilităţii unui terasament, după cum urmează :

Factori hidrogeologici Aceşti factori sunt creaţtă a patului drumului prin ascensiune capilarn

a nivelurilor piezometrice ale straturilor acvifere şi variaţia lor în timp, debitul, direcţia şi viteza curentului de apă subteran, stratificaţia rocilor de deasupra şi dedesubtul pânzri freatice, cartografierea reţelei hidrografice a zonei, compoziţia chimică a apelor pentru a şti agresivitatea lor asupra rocilor, precum şi posibilele fenomene carstice.

Tipuri de pierderi ale stabilităţii terasamentelor Distingem următoarele tipuri de pierdere a stabili Prăbuşiri Sunt cedăr

tzone mlăştinoase

– regiuni carstice (alcătuite din roci solubile, calcare, ghips, sare) erioare mari din exploatări miniere – zone cu goluri int

Măsuri pentru evitarea prăbuşirilor

–

pări ale terasamentelor se înţelege desprinderea de fragmente ale pământului din taluz şi aglomerarea la piciorul acestuia. – lele cauze ale surpărilor în terasamente sunt: –

drenarea apelor din zonele carstice umplerea golurilor din exploatări mi– niere şi evacuarea apelor subterane Surpări Prin surPrincipaînclinarea prea mare a taluzurilor formarea unor porţiuni cu umiditate prea mare în corpul terasamentelor (vezi figura de mai jos) –

Fig. 5.20 Surparea din cauza unor porţiuni cu umiditate sporită în corpul terasamentelor

ea terasamentelor se folosesc pământuri cu erm e pământ nisipos din rambleuri formate din ămâ

mente se înţelege desprinderea unui volum important de pământ dintr-un rambleu sau din terenul de fundare al acest asei desprinse.

de la baza taluzului. Se mai numesc şi alunecări volumului de pământ care lunecă.

Surpările apar de obicei împreună cu prăbuşirile. Ele mai apar şi atunci când în alcătuir

eabilităţi diferite sau pământ îngheţat sau doar amestecat cu gheaţă. De asemenea zonele dpp nt argilos conduc la formarea de “cuiburi” care sunt urmate de umezire în jur şi în final de surpări locale. În cazul taluzurilor de rambleu alcătuite din argile grase care au o mare sensibilitate la umezire, se poate produce saturarea acestora cu apă şi trecerea lor în stare plastic curgătoare la partea superioară.

Alunecări şi dislocări Prin alunecări în terasaa, urmată de deplasarea mui

Se poate face următoarea clasificare pentru uşurarea găsirii soluţiilor de consolidare: a) după locul unde apare suprafaţa de desprindere şi modul în care lunecă masa de pământ

– alunecări delapsive (glisante): sunt cedări ale terasamentului ce se extind progresiv regresive deoarece procesul de alunecare are o dezvoltare în sens opus celui de deplasare a

– alunecări detrusive (împingătoare): sunt cedări ale taluzurilor rambleurilor începând din partea lor superioară sau mijlocie către bază. Volumul de pământ care lunecă este supus unor forţe de compresiune iar alunecarea se dezvoltă în acelaşi sens cu volumul de pământ care lunecă., astfel încât se mai numesc şi alunecări progresive.

– alunecări mixte sunt acele alunecări care au caracteristici şi de-ale alunecărilor delapsive dar şi de ale alunecărilor detrusive.

b) după structura masei care alunecă şi forma suprafeţelor de alunecare şi ţinând seama de raportul dintre masa alunecată, supalunecare şi structura geologică:

rafaţa de

–

– (acestea apar izolat) după poziţia suprafeţei de lunecare. – afaţă şi alunecări de profunzime

or de drumuri. – –

tăţii:

– cări la care echilibrul masivului este afectat din cauza modificării consistenţei masivului ca

ezive. Acestea, alcătuind terenul de fundare, sub încărcările date de rambleuri, într ând scufundarea rambleului cu cca 40…60cm. Astfel, la argile deformaţiile dobâ

alunecări consecvente: sunt acele alunecări care apar pe suprafeţe deja formate în pământuri stratificate şi eventuale crăpături colmatate cu argilă. Aceste alunecări sunt şi cele mai frecvente alunecări

– alunecări insecvente sunt alunecările ce se întâlnesc de asemenea în pământuri stratificate, dar suprafeţele de alunecare intersectează straturile sub diverse unghiuri.

– alunecări asecvente: se întâlnesc în pământuri nestratificate, omogene alcătuite din roci atât moi cât şi stâncoase. Suprafeţele de alunecare sunt, în general, curbe. c) după mărime. alunecări zonale şi alunecări localealunecări de supr d) după intensitatea de manifestare Alunecări active şi alunecări stinse Din puncul de vedere al construcţiilalunecări ale versanţilor alunecarea taluzurilor de rambleu

debleu – alunecarea taluzurilor de

ilie) după modul de pierdere a stab alunecări consistente. Sunt acele alunermare a unor umeziri puternice u

– alunecări sufozionare. Sunt alunecări care apar în urma afânării pământului de către apele subterane prin dizolvarea sărurilor (sufozie chimică), sau prin antrenarea particulelor (sufozie mecanică)

– alunecări structurale. Sunt alunecări ce se produc pe suprafeţe de stratificaţie. Curgerea lentă (fluajul) pământurilor în terasamente Fluajul se manifestă, mai cu seamă, la pământurile co

rioadă mai îndelungată de timp, cedează, permiţ-o pendite în timp sunt importanete din punctul de vedere al modificării rezistenţei lor, şi aceasta deoarece forţa de legătură dintre particule

este în funcţie de distanţa dintre particule. Creşterea deformaţiei (inerentă în exploatarea unui rambleu) conduce şi la scăderea rezistenţei acestuia.

Tasări şi refulări

Tasările sunt cedăă necorespunză

ri de platformă cauzate de îndesarea pământurilor înfoiate prin săpare urmată de o compactare insuficientă sau executat tor. Neajunsurile de acest fel apar, mai cu seamă, la rambleuri înalte. Deformaţiile verticale se mai produc şi prin cedăr

ţială a acest

ăsuri . Amplasarea rambleului pe un teren de fundare bine uscat

ul unui teren de fundare necorespunzător, înlocuirea pământului slab de fundare, sau săparea şi evacuarea acestuia până se ajung

d ridicat de consistenţă, iar în adâncime din pământ plastic moale.

tarea de bolţi întoarse amplasate sub platforma drumului amentele vor avea profile transversale specifice.

e manifesta în următoarele forme: – p ente neetanşe – lor transversale mixte

iltraţia apei în corpul rambleului

i ale terenului natural cauzată de depăşirea capacităţii portante a acestuia sub solicitarea dată de greutatea terasamentului. Măsuri de remediere . Modificarea poziţiei liniei proiectului, cu condiţia să nu contravină considerentelor de care s-a ţinut seama la adoptarea ini1

eia. 2. Completarea umpluturii cu pământ de acelaşi tip, ţinându-se seama şi de înălţimea necesară unei compactări corespunzătoare. Dacă pământul din care a fost făcut terasamentul are un indice de plasticitate ridicat sau dacă este prea umed sau îngheţat, după

stabilizarea deformaţiilor poate apărea curgerea plastică. Refulările apar, deopotrivă, la rambleuri şi la debleuri. La terasamentele în umplutură refulările apar atunci când există un strat de argilă

plastic moale deasupra unui strat de argilă tare. M12. În caze la pământul bun de fundare 3. Realizarea de contrabanchete În cazul terasamentelor în săpătură refularea apare, mai cu seamă, atunci când pământul în care s-a săpat debleul este alcătuit la partea

superioară din pământ tare şi cu un gra Măsuri . Înlăturarea straturilor superioare 1

2. ExecuŢinând seama de toate acestea teras Alunecarea taluzurilor de rambleu Apa este principala cauză, putându-sătrunderea apei în terasament prin acostam

expansiunea apei din pânza freatică di versantul amonte în cazul profileează uneori inf– variaţia nivelului unui curs de apă paralel cu taluzul gener

În cazul rambleurilor pe versanţi cauzele trebuie căutate în caracteristicile fizico-mecanice ale terenudrol

lui de fundare şi regimului hi

uri moi rând după execuţia rambleurilor şi au loc la adâncime. De obicei aceste alunecări au loc chiar

mp cât mai scurt

re importanţă. Prevalează adaptarea pantei taluzului la regimul hidrostatic al locului respectiv. auza

alune

ogic existent. Pentru evitarea acestor alunecări se poate recurge la: – sprijinirea bazei rambleului

– drenarea terenului de fundare– rambleuri executate pe pământ

Fenomenele de alunecare se produc cuînainte de executarea suprastructurii drumurilor.

Prevenirea şi remedierea alunecărilor în rambleuri executate pe pământuri moi constau în: – realizarea unor înclinări reduse la taluzuri – prevederea de contrabanchete

re într-un ti– consolidarea terenului de funda Alunecarea taluzurilor de debleu Adâncimea debleurilor nu are maExecutarea unui debleu perturbă echilibrul hidrologic în zona de execuţie, iar condiţiile hidrologice care se creează pot ccarea. Pentru a evita riscul alunecărilor, respectiv pentru a le remedia în cazul când s-au produs, se recurge la înclinări cu pante reduse ale

taluzurilor şi la drenaje.

• Care sunt condiţiile şi factorii de care depind deformările terasamentelor ? • Care sunt cauzele alunecărilor de teren? • Cum influenţează condţiile climatice?

ra• Ce măsuri de împiedicare a alunecării mbleurilor pe versanţi cunoaşteţi?

Evaluarea stabilităţii versanţilor şi taluzurilor Baza cuantificării fenomenelor geodinamice în versanţi şi taluze. Versanţii şi taluzurile se află sub acţiunea mai multor cauze care modifică echilibrul de forţe din teren. În echilibru se află două

categorii de forţe [Fig. 5.21], o primă categorie care tinde să dezechilibreze versantul sau taluzul (să facă să se desprindă şi să lunece o parte din el) şi o a doua categorie care tinde sa-l fixeze, sa-l stabilizeze.

Fig. 5.21 Modelarea statică a unei alunecări

Considerând suprafaţa de alunecare ab care este un arc de cerc de rază R şi centru O, de o parte a verticalei ce trece prin O se află forţa de alunecare P1 cu punctul de aplicaţie în O1 şi având braţul d1. De cealaltă parte a verticalei se află forţa rezistentă P2 cu punctul de aplicaţie în O2 şi braţul d2. Tot ca o forţă de rezistenţă participă şi τ⋅s dată de rezistenţa la forfecare τ a masivului multiplicată cu suprafaţa de alunecare s. În practică avem de regulă mai multe forţe de alunecare şi de rezistenţă. Raportul dintre Mr (momentul forţelor de rezistenţă) şi Ma (momentul forţelor de alunecare) reprezintă “coeficientul de siguranţă” la alunecare.

ητ

= =+ ⋅ ⋅M

Md P s R

d Pr

a

2 2

1 1 (5.44)

Când η=1 există un echilibru limită, iar pentru η>1 taluzul/versantul are stabilitatea asigurată. Dat fiind un anumit grad de

incertitudine, precum şi dificultatea exprimării cantitative a tuturor factorilor care contribuie la procesul de alunecare, se tinde ca lui η să i se dea valori mai mari de 1,25-1,50. Orice alunecare de teren începe cu o degradare locală a echilibrului natural care se extinde până se ajunge la η=1. Alunecarea de teren reprezintă rezultanta generalizării cedărilor locale succesive pe o anumită suprafaţă a versantului considerat.

Există foarte multe metode de calcul a suprafeţelor de alunecare dar, se utilizează preponderent următoarele metode: „linia de alunecare este o dreaptă”, „linia de alunecare este circulară”, metoda „cercului de fricţiune”, metoda „Felenius”.

Calculul se face diferenţiat pentru pământuri coezive şi necoezive şi cu luarea în considerare a efectului apelor subterane.

• Care sunt forţele care determină alunecarea unui masiv de pământ? Dar cele care tind să-l stabilizeze? • Care sunt metodele utilizate în evaluarea stabilităţii versanţilor?

5.3 Lucrări de apărare - consolidare

5.3.1. Regimul hidrotermic al terasamentelor Variaţiile de umiditate şi de temperatură determină variaţii ale capacităţii portante a terasamentelor şi prin urmare a rezistenţei şi

stabilităţii întregului complex rutier. Aceste variaţii sunt cu atât mai mari cu cât diferenţa dintre umiditatea din momentul execuţiei terasamentului şi starea de echilibru existentă în pământul de fundaţie este mai mare şi se traduc în variaţii ulterioare de volum, deformaţii mai mari şi deci şi degradări ulterioare mai pronunţate.

Condiţiile hidrologice într-un sistem rutier pot fi favorabile, mediocre şi defavorabile. Condiţii hidrologice favorabile Aceste condiţii apar atunci când există: • îmbrăcăminte modernă în stare bună • acostamente impermeabile • şanţuri sau rigole impermeabilizate • scurgerea apelor de pe terenul înconjurător asigurată • nivelul apelor subterane - N.A.S. sub nivelul critic - hcr

Condiţii hidrologice mediocre Astfel de condiţii sunt determinate de:

• îmbrăcăminte modernă în stare satisfăcătoare (cu degradări limitate) cuantificate prin valoarea normată a indicelui stării de degradare

• acostamente impermeabilizate pe cel puţin lăţimea benzilor de încadrare • şanţuri şi rigole cu funcţionare corespunzătoare de preferinţă impermeabilizate • scurgerea apelor asigurată pe terenul din vecinătatea drumului, inclusiv la rambleele cu înălţimi de peste 3,0m în caz că se află într-o

zonă depresionară unde apele staţionează. • nivelul apelor subterane - N.A.S. la o adâncime mai mare de hcr

Condiţii hidrologice defavorabile Condiţiile hidrologice defavorabile apar ori de câte ori există cel puţin una din situaţiile de mai jos:

• îmbrăcăminte rutieră modernă dar degradată

• îmbrăcăminte din macadam • pavaje din piatră brută, bolovani sau împietruire • şanţuri şi rigole neimpermeabilizate şi având o funcţionare necorespunzătoare • scurgerea apelor de pe terenul vecin neasigurată (această condiţie nu se aplică la ramblee mai înalte de 3,0m) • nivelul apelor subterane - N.A.S. la o adâncime mai mică de hcr

Factori hidrologici şi hidrogeologici Aceşti factori deosebit de importanţi, având în vedere importanţa apei în destabilizarea terasamentelor. De aceea trebuie de început

cu depistarea surselor de umezire. Dintre acestea enumerăm: • precipitaţiile atmosferice directe care sunt, din punct de vedere statistic, principala cauză de deformare a rambleurilor. • migraţia umezelii iarna în pământuri prăfoase când există surse de ape subterane • apa din pungile de balast (mai cu seamă în terasamentele căilor ferate, dar şi la drumuri având drenuri înfundate) provine din

precipitaţii. După trecerea apei prin pungi ea se infiltrează în pământ şi îl înmoaie. În pungi apa poate staţiona ca în rezervoare de unde se infiltrează gravitaţional sau migrează capilar. În pământul de sub pungi umiditatea este foarte mare, pământul atingând adesea limita de curgere şi de aceea pungile migrează. Prezenţa pungilor se depistează prin existenţa deformaţiilor la taluzuri şi banchete.

Măsuri care acţionează asupra factorului hidrologic şi au ca scop realizarea unor condiţii hidrologice favorabile pentru complexul

rutier

• Executarea terasamentelor în rambleu pentru ca N.A.S. să se situeze sub adâncimea critică, respectiv sub adâncimea de îngheţ în complexul rutier.

• Coborârea N.A.S. prin drenuri de adâncime • Prevederea lucrărilor de colectare - evacuare a apelor superficiale • Impermeabilizarea acostamentelor, şanţurilor şi rigolelor • Impermeabilizarea taluzului drumului de-a lungul unui curs de apă pentru a nu umezi corpul drumului • Interceptarea infiltraţiilor de apă din amonte prin drenuri longitudinale pe sectoarele de drum în debleu sau în profil mixt

• Măsuri ce trebuie luate asupra drumurilor în cazul în care nu se poate acţiona asupra condiţiilor hidrologice.

• îngroşarea stratului de fundaţie de balast sau prevederea unui strat anticapilar şi drenant • prevederea, la partea superioară a terasamentului a unui strat de formă alcătuit din materiale rezistente la îngheţ - dezgheţ • prevederea la partea inferioară a sistemului rutier a unui strat termoizolant

Lucrările de apărare – consolidare protejează drumul împotriva umezelii din cursurile de apă, din ploaie sau din dezgheţ, asigură

colectarea şi evacuarea apelor de suparafţă şi coborârea apelor subterane, precum şi sprijinirea şi protecţia taluzurilor.

Din această categorie fac parte, în principal, următoarele lucrări: lucrări de colectarea şi evacuarea apelor (şanţurile şi rigolele, şanţurile de gardă) şi lucrări de sprijinirea sau protecţia taluzurilor.

• Care sunt condiţiile hidrologice favorabile? Dar cele mediocre? Dar cele nefavorabile? • Care sunt factorii hidrologici şi hidrogeologici de care se ţine seama la proiectarea unui drum? • Ce rol au lucrările de apărare – consolidare?

5.3.2. Colectarea şi evacuarea apelor Şanţuri şi rigole

Rigolele sunt şanţuri cu debit capabil mai mic. Evacuarea apei la şanţuri şi rigole se poate face prin descărcare pe versanţi, în lacuri de evaporare sau prin infiltrare prin fundul

şanţului şi apoi evacuarea prin drenuri. Şanţul lateral şi, dacă este cazul şi şanţul de gardă a ramurii de sus a serpentinei se evacuează în afara zonei drumului. De asemenea apele de suprafaţă din interiorul curbei principale a serpentinei, se evacuează printr-un podeţ pe sub ramura de jos a serpentinei.

Distanţa între punctele de descărcare este dictată de debitul maxim capabil şi se recomandă să fie de 250…400m la şanţuri şi 100…20m la rigole.

În funcţie de înclinarea longitudinală şi de natura pământului se determină viteza limită de evitare a erodării fundului şi pereţilor şanţurilor şi rigolelor. Astfel, pentru şanţuri protejate înclinarea longitudinală trebuie să fie între 0,1% şi 8%, iar pentru cele neprotejate, între 0,3% şi 4%. De asemenea panta longitudinală nu trebuie să fie nici prea mică pentru a putea asigura scurgerea longitudinală a apei.

Fig. 5.22 Dimensiuni uzuale la şanţuri Dimensiunile secţiunii transversale ale şanţurilor se recomandă să se determine printr-un calcul hidraulic. Şanţuri de gardă Se mai numesc şi şanţuri de centură şi se prevăd atunci când panta transversală a terenului natural este mai mare de 1:10.

Forma şi dimensiunile acestor amenajări care au rolul să protejeze drumul de scurgerile mari de apă, sunt prezentate în figurile de mai jos:

Fig. 5.23 Şanţ de gardă la rambleu Fig. 5.24 Şanţ de gardă la debleu Fundul şanţului trebuie să se găsească la cel puţin 10cm sub partea inferioară a sistemului rutier, iar la drumurile fără sistem rutier

(drumuri de pământ) cu cel puţin 30cm sub platformă. Podeţe

Cele mai folosite sunt cele tubulare şi cele dalate. .

Fig. 5.25 Podeţ tubular îngropat în terasament

Se folosesc pntru descărcarea şanţurilor sau rigolelor pe partea opusă drumului sau pentru a face posibilă trecerea unui curs de apă permanent sau

torenţial transversal drumului. 5.3.3 Protecţia taluzurilor Se face prin:

• Înierbare obţinută prin însămânţare, sau după caz, prin utilizarea pământului vegetal îndepărtat de la baza terasamentelor sau cu brazde recoltate de pe terenurile vecine. Brazdele se prind cu ţăruşi cu diametrul de 2cm;

• Cleionaje - gărduleţe din împletitură de nuiele cu ţăruşi; • Vegetaţie arboricolă – anumiţi arbuşti plantaţi pentru acest scop; • Acoperirea cu nuiele sau fascine – la piciorul taluzului în zonele cu ape permanente; • Pereerea cu piatră brută sau cu dale din beton; Pereurile (vezi figura de mai jos) se execută pe o fundaţie şi se protejează cu

anrocamente; • Anrocamente; • Căsoaie;

Fig. 5.26 Pereu Sprijinirea taluzurilor Este vorba de sprijinirea versanţilor din amonte de drum, la drumurile de versant sau la sprijinirea propriu – zisă a taluzurilor

drumului. Se face cu ziduri de sprijin, ramforţi, bolţi cu pilaştri etc. Zidurile de sprijin care sunt şi cele mai folosite, pot fi din gabioane, din beton, beton armat, zidărie etc., în funcţie de tipul de pământ, de materialele disponibile şi de durata de funcţionare dorită.

Fig. 5.27 Sprijinirea taluzului cu gabioane Fig. 5.28 Taluz sprijinit de un zid de sprijin de piatră brută cu mortar În figura de mai sus: hs=0…6m He=1…5m a=0,50…1,25m b=0,55…1,80m Taluzurile foarte umede pot fi protejate prin drenuri deschise amplasate oblic pe taluz cu scurgere către şanţul drumului.

Calculul sprijinirilor presupune determinarea împingerii pământului, adoptarea unor dimensiuni (forma şi dimensiunile secţiunii transversale a zidului) şi verificarea acestora. În mod obligatoriu se va face un studiu geotehnic pentru determinarea proprietăţilor fizice şi mecanice ale pământului, determinarea nivelului apelor subterane şi în final, pentru a decide adoptarea soluţie de sprijinire.

• Cum pot fi protejate taluzurile foarte umede? • Ce sunt gabioanele? Ce rol au? • Ce sunt cleionajele? Dar căsoaiele? • Ce sunt fascinele? Dar anrocamentele? • Ce este un pereu? Cum se face o pereere?

• Care sunt cele mai folosite podeţe ? • La ce servesc podeţele?

Dimensionarea zidurilor de sprijin de greutate

Aceste ziduri rezistă împingerii pământului doar prin propria lor greutate. Se fac din beton simplu sau zidărie legată cu mortar, mai rar din zidărie uscată. Pe bază de experienţă de proiectare, se adoptă o anumită formă a secţiunii transversale şi anumite dimensiuni ale secţiunii transversale. Calculul se efectuează pe metrul liniar de zid.

Fig 5.29 Echilibrul forţelor ce acţionează pe un zid de sprijin Forma şi dimensiunile propuse se supun următoarelor verificări :

1. Verificarea la răsturnare în jurul muchiei din faţă Dacă zidul s-ar răsturna, acest lucru s-ar întâmpla din cauza împingerii pământului, prin rotire în jurul muchiei din faţă ( unctual A din Fig.5.29)

Fig. 5.30 Dimensiunile şi punctele caracteristice la verificarea unui zid de sprijin Se verifică inegalitatea:

5,1≥=r

s

MM

η , în care: (5.45)

η - raporttul dintre Ms şi Mr, , unde: Ms – momentul de stabilitate dat de toate forţele care asigură stabilitatea la răsturnare a zidului, adică greutatea zidului ; Mr – momentul de răsturnare, dat de toate forşele care tind să răstoarne zidul, în speţă împingerea E a pământului ; Dacă inegalitatea nu este satisfăcută, se aleg alte dimensiuni pentru secţiunea zidului. 2. Verificrea la alunecare pe talpă Se verifică inegalitatea :

3,1≥ΣΣ⋅

=T

Nfυ , în care : (5.46)

υ - raportul dintre forţa de frecare şi suma forţelor care tind să provoace alunecarea zidului pe talpă, unde : N – forţa ce acţionează normal pe talpă, în speţă greutatea f – coeficient de frecare dintre pământ şi talpa zidului ; Dacă verificarea nu este satisfăcută, înainte de a modifica dimensiunile secţiunii transversale, se încearcă înclinarea pe spate, sub un unghi - β , a zidului (vezi Fig 5.31)

Fig. 5.31 Înclinarea zidului pentru sporirea stabilităţii la lunecare În acest caz, relaţia de verificare este :

NTTNf

Σ⋅−Σ⋅Σ⋅+Σ⋅⋅

=ββββυ

sincossincos , (5.47)

3. Verificarea presiunilor pe talpa fundaţiei Relaţia de verificare este următoarea :

awM

AN σσ ≤⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ±= 12,1 , în care : (5.48)

2,1σ - eforturile unitare normale de la cele două margini ale tălpii ; Diagrama de eforturi sub talpa fundaţiei este dreptunghiulară iar ambele eforturi trebuie să fie nenegative (pentru a nu avea întinderi). Aceste lucru se relizeză (vezi Fig.5.28) numai atunci când excentricitatea rezultantei forţelor ce acţionează pe talpă este mai mică sau cel mult egală cu b/6, unde b – lăţimea tălpii.

• Ce este un zid de sprijin de greutate? • În ce constă dimensionarea unui zid de sprijin de greutate? • Care sunt verificările care se fac după propunerea formei şi dimensiunilor zidului ?

Capitolul VI Suprastructura drumurilor forestiere

6.1. Definirea termenilor Acest capitol va adânci aspectele legate de suprastructura drumurilor, deja

prezentate. În completarea celor prezentate în capitolul I, se vor mai da următoarele definiţii şi precizări privitoare la suprastructura drumurilor:

Corpul drumului: În profil transversal drumul este alcătuit dintr-o parte consolidată – corpul drumului aşezată pe suprafaţa amenajată a terasamentului care constituie patul drumului.

Structura drumului: Ansamblul lucrărilor de amnajare şi consolidare ale platformei şi corpului drumului.

Sistem rutier: Ansamblul de straturi care formează corpul drumului. Se mai întrebuinţează termenul de structură rutieră.

Zona activă a terasamentului: Este constituită din pământul din terasament pe adâncimea căruia se resimte efectul sarcinilor mobile. Are o grosime de 0,50…1,20m

Complex rutier: Zona activă plus corpul drumului. 6.2. Materialele de construcţie ale drumurilor forestiere În principiu, se utilizează pământurile, de preferinţă cele necoezive, precum şi

piatra, sub diferite forme. Astfel (Ionaşcu,1995): • Terasamentele – din pământ; • Sistemul rutier – agregat mare, care este o piatră spartă sau un pietriş şi un

agregat fin, care este o piatră spartă măruntă sau un nisip. Agregatul mare şi cu cel fin alcătuiesc scheletul de rezistenţă al sistemului rutier

(agregatele minerale). Acestora se adaugă pulberea minerală reprezentată de filer sau var care împreună

cu agregatele minerale formează mixtura minerală. Filerul se foloseşte pentru mărirea stabilităţii liantului hidrocarbonatat (bitumul).

Ultimul material de construcţie pentru sistemele rutiere este liantul (bitum sau ciment)

Tipuri de piatră folosite la drumuri

Piatra spartă este de preferat pietrei rotunde de râu. După dimensiuni şi după

raportul acestora există: • Savura 0…8mm; • Splitul 8…40mm; • Piatra spartă propriu-zisă 40…90mm; • Criblura 3…25mm;

Balastul (amestec natural de nisip şi pietriş) este foarte folosit la drumuri în general şi la drumurile forestiere în special deoarece este mult şi ieftin şi are proprietăţi fizico-meacnice satisfăcătoare. Din motive de umezire şi îngheţ, trebuie să conţină părţi fine (φ<0,075mm) în cantitate mică. Fracţiunea 0…7mm poate fi în proporţie de

30..70mm şi cea de peste 2mm se recomandă a fi în proporţie de peste 30%. Balastul folosit la drumuri trebuie să aibă un coeficient de uniformitate sub 15.

Materialele de construcţie folosite în îmbrăcămintea drumului influenţează aderenţa, contribuind la condiţionarea declivităţii maxime pe respectivele sectoare de drum.

Tabel 6.2 Tipul de îmbrăcăminte în funcţie de declivitate Declivitatea maximă [%] Tipul îmbrăcăminţii 9,0 Beton asfaltic rugos 8,0 Pavaje piatră naturală fasonată 7,0 Beton de ciment 6,0 Beton asfaltic bogat în criblură 4,0…5,0 Mortar asfaltic 6.3. Funcţiunile corpului drumului Corpul drumului trebuie să asigure repartizarea sarcinilor din trafic astfel încât la

nivelul patului drumului capacitatea portantă să nu fie depăşită. De aceea materialele din care sunt alcătuite straturile rutiere trebuie să menţină eforturile şi deformaţiile în limitele admise în oricare punct al drumului.

Deoarece mărimea şi natura solicitărilor variază pe grosimea corpului drumului, din considerente economice, se adoptă soluţia cu mai multe straturi (sistemul rutier). Numărul, natura şi grosimea straturilor este în funcţie de trafic, de condiţiile geo – climatice, de sursele de materiale, de durata de serviciu a drumului şi de declivitate.

Rezistenţa şi stabilitatea straturilor sistemelor rutiere sunt asigurate de coeziune şi de frecarea internă a materialelor ce alcătuiesc corpul drumului. Aceste două elemente stau la baza principalelor principii de alcătuire a sistemelor rutiere, la care se adaugă impunerea ca permeabilitatea să crească de la suprafaţă către bază.

Coeziunea stă la baza „principiului betonului” (a minimumului de goluri). Aceste principiu constă într-o granulometrie continuă şi o compactare energică.

Frecarea internă stă la baza „principiului macadamului” care constă în încleştarea dintre pietrele de aceleaşi dimensiuni în urma unor cilindrări repetate.

Din punct de vedere tehnologic, funcţionează principiul „ameliorărilor progresive prin consolidări succesive” care constă în posibilitatea începerii cu un sistem rutier uşor, iar pe măsura sporirii traficului, se consolidează prin adăugarea de noi straturi cu caracteristici fizico-mecanice superioare.

În principiu, straturile din care poate fi alcătuit un sistem rutier sunt: îmbrăcămintea, stratul de bază şi fundaţia. Unele din aceste straturi pot lipsi sau dimpotrivă un anumit tip de strat poate fi alcătuit, la rândul său, din mai multe straturi.

Îmbrăcămintea poate fi alcătuită dintr-un singur strat sau din două straturi, caz în care primul strat, de la suprafaţă poartă denumirea de strat de uzură, iar cel de-al doilea poartă de numirea de strat de rezistenţă.

Îmbrăcămintea preia solicitările tangenţiale produse de roţi (inclusiv frânare, accelerări) şi transmite stratului de bază numai solicitările de compresiune, deoarece

eforturile unitare tangenţiale scad repede cu adâncimea. De asemenea preia suprasarcinile verticale dinamice. Suportă acţiunea agenţilor atmosferici. Dacă îmbrăcămintea are grosime şi rigiditate suficiente, ea contribuie prin „efect de dală” la răspunsul la solicitări ale celorlalte straturi prin repartizarea sarcinilor pe o suprafaţă mai întinsă.

Startul de bază rezistă la solicitările verticale, destul de concentrate ce i s-au transmis de către straturile de deasupra, şi le repartizează, în aşa fel încât, să nu depăşească portanţa stratului de fundaţie sau a patului, atunci când nu se prevede strat de fundaţie. În acest din urmă caz stratul de bază se numeşte „strat portant”

Straturile de fundaţie preiau încărcările de la stratul de bază şi le repartizează patului, în aşa fel încât portanţa acestuia să nu fie depăşită.

Uneori se prevăd şi unul sau două substraturi de fundaţie. Acestea trebuie, în mod obligatoriu, să fie alcătuite din materiale drenante. Indiferent de situaţie, se recomandă ca între fundaţie şi pat să existe un strat filtrant de 10…15cm care să dreneze apele meteorice care, eventual, s-au infiltrat. De asemenea acest strat are rolul de a opri capilaritatea, precum şi amestecarea materialelor din sistemul rutier cu argila din pat şi, în fine, împiedicarea îngheţului de a pătrunde până la pat.

Patul drumului, fiind suprafaţa (superioară) amenajată a terasamentului, trebuie să aibă capacitate portantă suficientă. Aceasta este dată de tipul de pământ, de condiţiile hidrologice existente, toate acestea putând fi îmbunătăţite prin compactare şi drenare corespunzătoare. Portanţa patului se evaluează pe baza criteriilor geotehnice. Un pat bun este un pat nisipos.

6.4. Tipuri caracteristice de sisteme rutiere Sistemele rutiere nerigide (suple sau flexibile) sunt alcătuite din materiale

granulare, de obicei agregate de carieră, straturile superioare fiind adesea tratate cu lianţi plastici (bitum). Pot fi considerate sisteme rutiere nerigide toate sistemele rutiere care nu conţin un strat de beton de ciment.

Sistemele rutiere rigide sunt acele sisteme rutiere care cuprind unul sau mai multe straturi de beton de ciment.

Sistemele rutiere semirigide au balastul de râu ca principal material în compoziţia straturilor sistemului rutier şi sunt stabilizate cu lianţi hidrauluici sau puzzolanici (zgură granulată, cenuşă de termocentrală, tuf vulcanic).

• Ce este patul drumului? Dar corpul drumului? • Ce este zona activă? • Care este funcţia fiecărui strat al sistemului rutier ? • Ce sunt sistemele rutiere rigide ? Dar cele nerigide? • Care sunt principalele principii de alcătuire ale sistemelor rutiere?

6.5. Starea de eforturi în suprastructura drumului Presiunea maximă la nivelul patului, rezultată din repartizarea prin corpul

drumului a sarcinilor din trafic, condiţionează comportarea pământului din pat şi, ca urmare, şi a sistemului rutier.

Distribuţia eforturilor printr-un mediu granular se apropie de cea determinată pentru un solid elastic, omogen şi izotrop.

Fig. 6.1 Distribuţia eforturilor într-un mediu granular Atunci când corpul drumului cuprinde şi straturi coezive, rigiditatea straturilor

respective influenţează repartizarea eforturilor, înregistrându-se o concentrare de eforturi la partea superioară şi o descărcare a straturilor inferioare. Deci, straturile superioare suportă tensiuni mari şi trebuie realizate din materiale granulare cu rezistenţe mari având şi o anumită rigiditate.

6.6. Clasificarea drumurilor forestiere în funcţie de tipul de suprastructură După gradul de perfecţionare tehnică

• Drumuri naturale; Aceste drumuri nu au, practic, suprastructură, având partea carosabilă neamenajată sau amenajată foarte sumar;

• Drumuri de pământ; Sunt drumuri cu calea executată din pământ de pe loc, eventual stabilizat mecanic (prin compactare) sau cu lianţi; Se recomandă drenuri şi pante cât mai pronunţate ale carosabilului pentru a împiedica stagnarea apei; Pe aceste drumuri nu se circulă decât pe vreme uscată;

• Drumuri pietruite; Au carosabilul din pietriş, balast, piatră spartă sau macadam;

• Drumuri moderne; Au carosabilul din macadam protejat, pavaje sau beton de ciment;

După perioada de exploatare

Drumuri cu îmbrăcăminţi provizorii. Se folosesc la trafic redus (1000…1500t/zi) şi o durată de exploatare de până la 5 ani. Pot fi:

- din pământ profilat sau îmbunătăţit în ceea ce priveşte granulometria;

- cu pietruire simplă; - din macadam ordinar;

Drumuri cu îmbrăcăminţi semipermanente. Aceste drumuri suportă un trafic de 1500 –2500t/zi şi au o perioadă de exploatare cuprinsă între 5 şi 10 ani. Pot fi:

- din macadamuri sau anrobate bituminoase; - din mortare asfaltice pe macadam; - din betoane asfaltice cu nisip bituminos; - drumuri pietruite din mai multe straturi;

Drumuri cu îmbrăcăminţi permanente (grele). Aceste drumuri suportă un trafic de peste 2500t/zi şi au o perioadă de exploatare de peste 10 ani. Pot fi: mortare asfaltice cilindrate sau betoane asfaltice

Tabel 6.1 Zonarea climatologică a României Nr. zonei Caracteristici Limitele zonelor I Umiditate în exces Regiuni de munte cu altitudini de peste 1500m şi

regiunile împăduriee cu altitudini de peste 1000m. Văi adânci şi împădurite ale versanţilor cu expunere spre nord şi altitudine de peste 600m

II Umiditate variabilă Regiunile subcarpatice; podişul Transilvaniei, nordul Moldovei şi nordul Olteniei

III Deficit de umiditate Nordul Moldovei şi al Olteniei, Bărăganul, vestul Transilvaniei şi Dobrogea

6.7. Tehnologii de realizare a unor straturi rutiere Se vor prezenta două dintre tehnologiile folosite curent în realizarea straturilor rutiere (Ionaşcu,1995): Tehnologia stabilizării unui strat de pământ

• Scarificarea pământului de stabilizat; • Combinarea pământului mărunţit cu adausuri granulare în vederea îmbunătăţirii

granulometriei, şi/sau adăugarea de substanţe chimice pentru îmbunătăţirea indicelui de plasticitate;

• Adăugarea şi împrăştierea liantului (ciment, var, bitum) şi amestecarea cu pământul de stabilizat;

• Umezirea pământului şi frământarea amestecului; • Nivelarea şi profilarea pământului stabilizat; • Compactarea; • Luarea unor măsuri de protecţie în scopul consolidării viitoare;

Tehnologia realizării unui strat de macadam

• Pregătirea stratului suport prin eliminarea denivelărilor; • Aşternerea unui strat de grosime constantă de piatră spartă de rezistenţă, de

dimensiuni 40/60mm; • Compactarea repetată cu cilindri din ce în ce mai grei până nu se mai vede nici o

urmă a cilindrării; • Aşternerea unui nou strat de piatră spartă (strat de acoperire sau de împănare) cu

dimensiuni de 15/25mm; • Stropirea pentru a nu se face praf, dar şi pentru a se realiza o mai bună aderenţă; • Aşternerea, în două etape, a materialului de agregaţie (savură, nisip grăunţos sau

pietriş); cilindrarea acestuia; • Stropirea şi cilindrarea întregului strat; • Protejarea stratului de macadam cu savură sau cu nisip grăunţos în grosime de

1cm; Îmbrăcămintea de macadam se încadrează lateral cu acostamente de piatră spartă

necalibrată sau cu deşeuri de carieră (macadamul nu preia eforturile unitare tangenţiale); Pentru a nu se pierde, în timp, fracţiunea fină, se poate face o înnisipare sau o silicatare sau o bituminizare.

• Din ce se fac terasamentele? Dar sistemul rutier? • Ce este scheletul de rezistenţă a sistemului rutier? • Care sunt tipurile de piatră folosite la drumuri? • Care este tehnologia de realizare a unui strat de pământ stabilizat? • Care este tehnologia de realizare a unui strat de macadam? • Cum se protejează lateral straturile de macadam? De ce ?

6.8. Dimensionarea sistemelor rutiere Se va începe cu dimensionarea sistemelor rutiere nerigide şi semirigide. Prin dimensionare se urmăreşte stabilirea numărului de straturi şi natura

materialelor în funcţie de : • Încărcările date de vehicule; • Capacitatea portantă a straturilor suport; • Intensitatea traficului: • Condiţiile climatice şi hidrologice ale amplasării drumului;

Pentru dimensionarea sistemelor rutiere nerigide se folosesc, în principal, două metode: metoda deformaţiei critice şi metoda deflexiunii admisibile.

Metoda deformaţiei critice Această metodă are următorul principiu de lucru: se echivalează succesiv sistemul

rutier multistrat cu un sistem din două straturi. Se porneşte de la premiza că pentru ca un sistem rutier nerigid să reziste la un

anumit trafic, este nevoie ca modulul de deformaţie echivalent al întregului complex rutier să fie mai mare decît modulul de deformaţie necesar.

necechefech EE .. ≥ (6.1) Modulul de deformaţie echivalent necesar al sistemului rutier are expresia:

μλ

π⋅⋅

⋅= kpE necech 2. [daN/cm2], în care: (6.2)

p – presiunea de contact roată – îmbrăcăminte [MPa]; λ - deformaţia critică relativă (λ=s/D), unde: s – deformaţia critică admisă; D – diametru cercului de contact [cm]; k – factor de trafic care ţine seama de acumularea în timp a deformaţiilor

permanente şi de caracterul dinamic al sarcinilor mobile; k=0,5+0,65lg(γ⋅N), în care: (6.3) N – intensitatea traficului de calcul; (N=numărul vehiculelor etalon în 24 de ore); γ - coeficient adimensional ce ţine seama de posibilitatea treceri roţilor pe aceeaşi

urmă: γ=1 pentru drumuri cu două benzi de circulaţie; γ=2 pentru drumuri cu o singură bandă de circulaţie;

μ - coeficient de siguranţă cu valori între 1,0 şi 1,2 şi ţine seama şi de neuniformitatea condiţiilor de lucru;

Tabel 6.3 Coeficienţii de echivalare în vehicule etalon

Tip vehicul Coeficienţi de echivalare în A13 Vehicule cu sarcină utilă de 1,5…5t 0,34 Vehicule cu sarcină utilă de peste 5t 0,96 Autotractoare cu şa 1,27 Autobuze pentru trafic interurban 1,41 Remorci 0,03

Pentru aplicarea acestei metode se obişnuieşte folosirea abacăi Dornâi:

Fig. 6.2 Abaca Dornâi

Tabel 6. 4 Enec pentru îmbrăcăminţi Tip îmbrăcăminte

Enec [MPa]

permanentă 50…70 semipermanentă 40…60 provizorie 30…35

Caracteristicile vehiculului etalon A13: p=5daN/cm2=0,5MPa; N=9077; D=34cm; Sarcina pe osia din spate 9,1t. Tabel 6.5 Modulii de deformaţie pentru câteva straturi rutiere

Stratul rutier Modulul de deformaţie [MPa] Mortar bituminos 240 Beton asfaltic 280 Asfalt turnat 300 Binder de criblură 260 Binder de mărgăritar 220 Mixtură asfaltică cu agregate de carieră 240 Mixtură asfaltică cu agregate de balastieră 220 Macadam asfaltic penetrat 200 Macadam asfaltic semipenetrat 170 Pavaje cu pavele 280 Pavaje din piatră brută 170 Pavaje din bolovani 150 Macadam 130 Pietruiri simple 110 Piatră spartă brută 60 Piatră spartă amestec optimal 90 Piatră spartă 63..90mm (pentru fundaţie) 80

Cât priveşte dimensionarea sistemelor rutiere rigide, aceasta are la bază

dimensionarea la întindere din încovoiere a plăcilor elastice, în ipoteza rezemării continue pe un suport liniar deformabil. Relaţia care dă grosimea – h a dalei de beton este următoarea:

h[cm]=iR

P⋅⋅⋅⋅

ηψα

100, în care:

P – încărcarea pe roată [N]; α - coeficient ce ţine seama de poziţia punctului de aplicare pe dală a încărcării

dată de roată (în mijloc, pe colţul dalei şi pe marginea liberă), de modulul de deformaţie al patului şi modulul de elasticitate al betonului precum şi de raza cercului de contact;

ψ - coeficientul de impact (pentru vehiculul etalon A13, ψ =1,2); η - coeficient de siguranţă; η =0,6…0,7; Ri - rezistenţa la încovoiere a betonului;

• Ce este modulul de deformaţie echivalent necesar? • Ce este vehiculul echivalent? • Ce este diagrama Dornâi? • Ce anume cuantifică factorul de trafic? • În ce constă dimensionarea sistemelor rutiere rigide ?

Capitolul VII Alcătuirea proiectului de drumuri forestiere Se vor face unele referiri la proiectul de execuţie şi la studiul tehnic de

fezabilitate. 7.1 Studiul tehnic de fezabilitate Acest studiu va evidenţia:

• Valoarea totală a investiţiei, din care construcţii montaj (podeţe dalate, podeţe tubulare, poduri etc.);

• Necesitatea, eficienţa economică (inclusiv aspectele silvotehnice conexe) şi indicatorii tehnico-economici a drumului;

• Durata şi etapele de realizare, amplasamentul; • Proiectele tip şi tehnologiile ce urmează a se folosi, soluţiile de principiu

pentru adaptarea la teren a proiectelor tip; • Soluţii de principiu pentru infrastructura şi suprastructura drumului,

lucrările de artă, consolidări, amenajarea colectării şi evacuării apelor de suprafaţă, de adâncime etc.;

• Tipurile de intersecţii cu alte căi de comunicaţie; • Stabilirea surselor de pământ şi de alte materiale (inclusiv cele locale); • Evaluarea suprafeţelor de expropriat, şi cele necesare a fi scoase temporar

din circuitul de producţie vegetală, agricolă, forestieră (pe categorii de folosinţă), demolările necesare;

• Soluţii de organizare a şantierului; • Sectoarele de drum sau lucrările de artă a căror comportare în timp

necesită o urmărire specială sau pentru care urmează a se elabora caiete de sarcini;

7.2. Proiectul de execuţie Detaliază, aprofundează şi concretizează prin soluţii, elementele studiului de

fezabilitate, astfel încât va mai cuprinde:

• Amplasamentul lucrării, detalierea şi fundamentarea soluţiei, gradul de ocupare al terenului, soluţiile adoptate pentru evitarea sau limitarea , la strictul necesar, a demolărilor, exproprierilor sau scoaterii terenurilor din producţia agricolă sau forestieră;

• Precizarea proiectelor tip şi a soluţiilor de adaptare la teren; • Soluţiile constructive pentru obiectele unicat; • Consumul principalelor materiale de construcţie, utilizarea materialelor

refolosibile, reintegrarea în circuitul de producţie agricolă sau forestieră după încetarea exploatării;

• Programul de urmărire a comportării în timp a construcţiilor pentru obiectele stabilite prin studiul de fezabilitate, metodele şi procedeele utilizate, mijloacele necesare, graficul calendaristic de efectuare a determinărilor;

• Proiectul de organizare a şantierului, cu precizarea lucrărilor şi a cheltuielilor strict necesare;

• Graficele de eşalonare a investiţiei; • Acordurile, prevăzute prin lege, pentru amplasament, terenuri agricole,

forestiere, protecţia mediului etc.

Documentarea pentru proiect Documentarea este compusă dintr-o serie de studii şi cercetări,după cum urmează:

Studii existente asupra regiunii, la suprafaţă şi în adâncime, identificarea surselor locale de materiale. Aceste studii se referă la o recunoaştere tehnică a terenului pe care va fi amplasat viitorul drum, urmând a se face încercări atât în teren cât şi în laborator în vederea elaborării unui studiu geotehnic. Tot la recunoaşterea regiunii se identifică formele de relief, zonele cu condiţii dificile şi cele care nu prezintă siguranţă pentru amplasarea viitorului drum, informaţii de la localnici privind comportarea în exploatare a construcţiilor existente, ape de infilraţie, respectiv existenţa izvoarelor;

Unele plante - „plante indicatoare” dau indicaţii indirecte asupra caracteristicilor terenului. Astfel, Equisetum maximum, Phalarisarundinarea şi Filipendula ulmaria par să indice deplasări de apă subterane; Tipha latifolia pare să indice existenţa unei pânze freatice aproape de suprafaţă; De asemenea copacii înclinaţi par să indice terenuri alunecătoare, dar şi ondulaţiile neregulate ale terenului, rupturile sub formă de brazde, izvoarele numeroase şi vegetaţia abundentă verde închis.

Tot indicaţii indirecte asupra naturii pământului pot fi obţinute prin simpla lovire cu un obiect metalic dur (cazmaua, bunăoară). Astfel, sunetul limpede indică roci compacte, sunetul închis, sec (fară reverberaţii) indică pământ afânat, iar sunetul găunos este specific turbei.

Studii privind geologia, hidrologia, hidrogeologia şi clima

Astfel de studii privesc stabilirea structurii geologice, inclusiv compoziţia

litologică, stratificaţia în adâncime (inclusiv grosimea straturilor) şi comportarea la săpare. Mai interesează amplasarea apelor de suprafaţă, configuraţia bazinului hidrografic, pentru a putea anticipa dacă traseul viitorului drum va fi unul în lungul cursului de apă, dacă îl va traversa şi cât de des. De asemenea, aceste studii sunt necesare şi pentru eventual amplasare a liniei proiectului în zone inundabile, esteimarea cotelor la poduri şi la podeţe, necesitatea prevederii de lucrări de apărări de maluri. În acest scop interesează debitul maxim al cursurilor de apă şi probabilitatea ca acesta să fie depăşit în decurs de 100 de ani, nivelul apelor extraordinare şi înălţimea valurilor. Desigur, toate

acestea se vor face şi în funcţie de categoria drumului (durata de serviciu) şi de condiţiile de exploatare. Informaţiile climatice care se vor culege se referă la precipitaţiile zilnice, lunare şi anuale, dacă sunt sub formă de ploaie sau de ninsoare, pentru a putea avea o imagine despre viitoarele lucrări de colectare şi evacuare a apelor, lucrări de protecţie a taluzurilor, precum şi despre rugozitatea căii în cea mai mare parte a perioadei de exploatare. Mai interesează şi temperaturile medii lunare şi cele maxime şi minime anuale, vânturile dominante (pericolul de înzăpezire) şi adâncimea de îngheţ.

• Ce trebuie să conţină un proiect de drumuri? • Ce trebuie să conţină proiectul tehnic? • Ce trebuie să conţină un proiect de fezabilitate? • În ce constă documentarea pentru proiect?

Capitolul VIII Întreţinerea drumurilor forestiere

8.1. Aprecierea stării drumurilor Problema aprecierii stării drumurilor este deosebit de complexă. Ea necesită multe

cunoştinţe inginereşti şi multă experienţă. Întrebările la care trebuie să răspundă cel ce face această apreciere sunt: Ce deteriorări au apărut ? Cât sunt acestea de grave ? Pun ele în pericol siguranţa circulaţiei sau numai confortul ? Remedierea acestor deteriorări este de natura lucrărilor de reparaţie curentă sau capitală sau de natura lucrărilor de întreţinere?

Drumul este o construcţie şi ca orice construcţie diferitele stări de degradare pot fi apreciate cu ajutorul stărilor limită. Totuşi definirea acestor stări limită, în cazul drumurilor, nu este simplă, mai ales în cazul stării limită de deformaţie. Care dintre stările limită devin stări limită ultime ? În ce condiţii ?

Există numeroase modalităţi şi metode de determinare a stării drumurilor, bazate pe măsurători geometrice şi pe determinarea unor caracteristici fizico - mecanice ale materialelor ce alcătuiesc drumul. Se folosesc deflectometre, deflectografe, ASD – 2 etc. Starea îmbrăcăminţii drumului este un indicator important, deşi nu integral, al stării drumului. Statistic vorbind, factorii hidrologici şi agresivitatea traficului sunt răspunzătoare în egală măsură de deteriorarea stării drumurilor.

Se cunoaşte că trecerea oricărei osii încărcate provoacă drumului mai multe tipuri de deteriorări:

• Terenul de fundare, terasamentul sau stratul de formă din materiale netratate cu lianţi înregistrează la fiecare trecere a unei osii încărcate o deformaţie remanentă în funcţie de efortul vertical care le revine. Acumularea acestor deformaţii conduce la deformaţii ale suprafeţei carosabile. Sub sistemele rutiere având straturi tratate cu lianţi, eforturile verticale la nivelul patului sunt îndeajuns de mici încât deformaţiile remanente să rămână moderate.

• Sistemele rutiere cu straturi tratate cu lianţi suferă o solicitare de încovoiere la fiecare trecere a unei osii încărcate. Aceste încovoieri produc la baza sistemului rutier eforturi de întindere din încovoiere care prin repetare creează solicitări de oboseală ce provoacă fisurarea sau chiar ruperea sistemului rutier. Ruperea prin încovoiere este principalul mod de cedare a sistemelor rutiere tratate cu lianţi hidraulici şi/sau hidrocarbonataţi.

• Trecerea unei osii încărcate mai poate cauza deteriorări şi îmbrăcăminţii drumului. Aceasta se poate uza devenind alunecoasă (din cauza eforturilor unitare tangenţiale), iar repetarea apariţiei eforturilor verticale poate cauza fenomene de fluaj la unele îmbrăcăminţi,

Astfel, se urmăresc şi se înregistrează (Ionaşcu, 1995):

• Găurile (gropile) în carosabil care pot fi, uneori, foarte adânci străbătând întregul sistem rutier;

• Fisurile îmbrăcăminţilor de beton (asfaltic sau de ciment); sunt cauzate, în principal, de variaţiile climatice, de rigiditatea neomogenă a terasamentului sau de capacitatea sa portantă insuficientă;

• Alunecările îmbrăcăminţii în lungul drumului, ce pot fi cauzate de o prea mare plasticitate a îmbrăcăminţii sau de aderenţa insuficientă între straturi;

• Adânciturile, ce apar, mai cu seamă, la temperaturi ridicate la drumurile cu îmbrăcăminţi pe bază de lianţi hidrocarbonaţi cu exces de plasticitate;

• Exfolierea liantului de pe agregatele minerale; • Văluririle ce apar la îmbrăcăminţile pietruite insuficient compactate; • Făgaşele (urme longitudinal adânci) sunt cauzate de încărcările ce depăşesc

capacitatea portantă coroborate cu excesul de umiditate; • Rupturile, uneori foarte profunde, care apar tot din cauza depăşirii

capacităţii portante şi a excesului de umiditate; 8.2. Întreţinerea şi repararea drumurilor forestiere Sunt activităţi ce se fac la toate nivelurile (regional, naţional şi local).

La nivel regional sau naţional se abordează problema într-o manieră globală şi generală, urmărindu-se rezolvarea următoarelor aspecte:

• Identificarea şi precizarea obiectivelor pentru toate categoriile de drumuri; • Stabilirea criteriilor comune de decizie aplicabile la toate eşaloanele

administrative. Această tratare favorizează omogenitatea calităţii; • Ierarhizarea priorităţilor la lucrările de întreţinere, consolidare sau modernizare,

ţinând seama de resursele de materiale şi de forţa de muncă disponibile, cerinţele de transport, tendinţele traficului de perspectivă etc.; La nivel local:

• Se întocmesc programele de lucrări în funcţie de degradări şi de modalităţile de remediere ale acestora;

• Se fixează obiectivele de lucru şi termenele;

• Se inventariază utilajele existente, se evaluează necesarul de materiale şi se dimensionează necesarul suplimentar;

• Se face o evaluare anticipată a cheltuielilor;

La drumuri se fac următoarele categorii de lucrări: • De întreţinere; • De reparaţie curentă; • De reparaţie capitală;

Lucrările de întreţinere

Se execută pe tot parcursul anului, ori de câte ori este nevoie şi urmăresc prevenirea deteriorărilor, remedierea celor care au survenit, curăţenia şi aspectul îngrijit al drumului, deszăpeziri etc. Tipurile şi cantităţile de operaţiuni sunt determinate de trafic, de tipul de sistem rutier, de caracteristicile de relief, climatice şi hidrologice ale amplasamentului. Se execută:

• Lucrări de întreţinere a carosabilului, cuprinzând: astuparea găurilor, protejarea suprafeţelor alunecoase, poroase sau cu fisuri, drenarea apelor de suprafaţă, îndepărtarea zăpezii şi poleiului;

• Lucrări de întreţinere a fundaţiei , cuprinzând: drenarea apelor subterane pe porţiunile de terasament cu burduşiri şi văluriri, restabilirea profilului terasamentelor, decolmatări de şanţuri şi rigole;

Lucrări de reparaţie curentă şi de reparaţie capitală

Se execută periodic, la intervale de 5…8 ani pentru reparaţie curentă, respectiv de 10…16 ani pentru reparaţie capitală. Lucrările se fac, de cele mai multe ori, doar pe unele porţiuni de drum, în vederea menţinerii unor parametri tehnici corespunzători exploatării normale a drumului, respectiv a schimbării categoriei de drum (doar în cazul reparaţiilor capitale). Utilaje folosite în întreţinerea şi repararea drumurilor forestiere

• „IFRON” (încărcător frontal) cu echipament de excavator pentru încărcat, cu echipament de buldozer pentru aşternerea materialelor;

• Autogreder pentru nivelarea platformei drumului, săparea sau desfundarea şanţurilor, scarificarea şi reprofilarea carosabilului, aşternerea de piatră, deszăpeziri etc.;

• „EO3” (excavator de mică capacitate) pentru încărcarea produselor de balastieră, îndepărtarea materialelor din ebulmenţi, viituri sau alunecări de teren, săparea de drenuri etc.;

• Concasoare, malaxoare, topitoare pentru bitum, buldozere;

• Cum se apreciază starea drumurilor? • Care sunt deficienţele îmbrăcăminţii care arată deteriorarea complexului

rutier • Care sunt lucrările de întreţinere? • Care sunt lucrările de reparaţie curentă? • Care sunt lucrările de reparaţie capitală? • Ce utilaje se folosesc la lucrările de întreţinere şi reparaţie curentă şi

capitală?

Capitolul IX. Poduri Podurile nu fac parte integrantă din proiectul de drumuri forestiere, dar sunt elemente constitutive ale acestor căi de comunicaţie şi considerăm necesare unele referiri la acest subiect. Ne vom axa pe podurile de lemn, dat fiind specificul activităţii pe care o deservesc drumurile forestiere. Podurile sunt lucrări de artă la fel ca tunelurile, zidurile de sprijin etc. Ele refac continuitatea drumului peste un curs de apă sau peste o vale.

9. 1. Alcătuirea constructivă. Terminologie Suprastructura şi infrastructura. Podurile, în alcătuirea lor cea mai generală, sunt compuse din suprastructură şi infrastructură.

Suprastructura este alcătuită din grinzi (structura de rezistenţă), cale, trotuar şi parapet. Infrastructura este alcătuită din elemente de capăt de pod, numite culei şi elemente intermediare, numite pile care în cazul podurilor de lemn se mai numesc şi palei.

Deschiderea sau traveea; Prin deschidere se înţelege distanţa dintre punctele teoretice de aplicaţie a reacţiunilor pe aparatele de reazem.

Lungimea podului este lungimea măsurată la nivelul căii între feţele extreme ale infrastructurilor; Lumina podului este distanţa minimă pe orizontală între feţele a două elemente vecine de infrastructură: 9.2. Elemente hidrotehnice la poduri

• Nivelul apelor extraordinare – N.A.E. - cota cea mai mare a apei pe care

o traversează podul; • Nivelul apelor mari – N.A.M. - cota cea mai înaltă a apei pe care o

traversează podul, din ultimii cinci ani; • Etiajul – E - nivelul mediu al celor mai scăzute ape din ultimii 10 – 30

de ani; • Nivelul apelor mici – N.A.m. - nivelul cel mai scăzut din ultimii cinci

ani; Fig.9.1. Alcătuirea generală a unui pod şi elementele sale hidrotehnice (după Grudnicki Fr., 1994)

În raport cu aceste elemente se defineşte înălţimea liberă de trecere pe sub pod ca fiind distanţa dintre N.A.E. şi partea cea mai de jos a suprastructurii;

9.3. Poziţionarea podurilor în traseul drumului forestier Prevalează poziţia liniei călăuze în raport cu cursurile de apă, văi sau alte obstacole. Totuşi, dat fiind faptul că podurile sunt lucrări

scumpe care sporesc considerabil costul unui drum, amplasarea lor trebuie să constituie un rezultat al unei analize tehnico-economice comparative în care se analizează şi se urmăreşte obţinerea unor:

• Traversare cât mai perpendiculară pe axul albiei; • Lungime cât mai mică, deci traversare într-un loc cu îngustime accentuată a albiei; • Dacă podul trebuie amplasat într-o porţiune curbă a traseului, se va prefera centrul curbei; • Se vor evita confluenţele, preferând poziţionarea în amonte de acestea; • Pământul bun de fundare să fie cât mai aproape de suprafaţă; • Se va prefera amplasarea într-o zonă cu maluri şi fund stabile; • Se va prefera amplasarea în aliniament şi palier fără pante mari de acces;

9..4. Poduri de lemn Avantajele podurilor de lemn în raport cu podurile din alte materiale sunt cele comune construcţiilor de lemn la care mai putem adăuga: • Rapiditate în execuţie, construirea unui pod de lemn durând câteva zile; • Costuri mici, • Procurarea destul de uşoară a materialelor;

Dezavantaje: • Instabilitatea îmbinărilor cauzată de variaţile de volum ale lemnului, în funcţie de umezeală; • Micşorarea în timp a rezistenţelor din cauza încărcărilor alternante (din încărcări mobile); • Sunt inflamabile; • Întreţinere costisitoare;

În consecinţă se vor evita speciile care putrezesc uşor, cum ar fi ulmul, carpenul şi fagul şi se va folosi numai lemn uscat (umiditate de cel mult 23%, de preferinţă 15%).

4.1. Modul de alcătuire a podurilor de lemn

4.1.1. Variante de alcătuire a suprastructurii Suprastructura podurilor de lemn cu urşi Podurile de lemn cu urşi sunt poduri cu grinzi şi se folosesc pentru deschideri de până în 10m. Grinzile principale se reazemă pe

palei şi culei prin intermediul unei alte grinzi transversale – babă, cu sau fără suburs care este o grindă scurtă longitudinală podului.*

Fig. 9.2. Principalele elemente ce alcătuiesc suprastructura unui pod pe urşi Poduri de lemn cu contrafişe Se construiesc în următoarele variante: sistem triunghiular; sistem trapezoidal cu sau fără contrafişe

* Pentru mai multe detalii privind alcătuirea podurilor de lemn se poate consulta Grudnicki,F, (1994) - Construcţii forestiere, vol. II,

Universitatea Suceava ; Benchea, N., (1973) – Curs general de poduri şi poduri de lemn, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti

Fig. 9.3. Pod cu contrafişe sistem triunghiular Fig. 9.4. Cu contrafişe sistem trapezoidal Fig. 9.5. Cu contrafişe duble cu sau fără subgrindă

Podurile cu conrafişe duble se folosesc la deschideri mai mari de 20m sau atunci când podul traversează văi adânci.

Poduri de lemn cu grinzi armate

Se construiesc în următoarele variante (Grudnicki Fr., 1994): sistem triunghiular/trapezoidal cale sus/jos.

Fig. 9.6.Pod cu grinzi armate Fig. 9.7. Sistem trapezoidal Fig. 9.8. Sistem triunghiular Fig. 9.9. Sistem trapezoidal cale sistem triunghiular cale sus cale sus cale jos jos

Poduri de lemn cu grinzi cu zăbrele Fiind nişte structuri foarte robuste se folosesc pentru deschideri mai mari (de peste 20m). Se vor prezenta podurile cu grinzi Howe-

Juravsky:

Fig. 9.10. Poduri de lemn cu grinzi Howe-Juravsky(după Grudnicki Fr., 1994)

Suprastructura unui pod de lemn în secţiune transversală Alcătuire generală

Calea la podurile de lemn este constituită, în general, dintr-o

podină simplă sau dublă. În cazul podinei duble partea superioară are rol de uzură iar cea de la bază are rol de rezistenţă. Podinele se execută din dulapi de stejar cu interspaţii de 1 – 2cm pentru a permite scurgerea apelor din ploi. Dulapii se prind de traversele de pod cu cuie.

Fig 9.11. .Suprastructura de principiu a unui pod de lemn-detaliu (după Grudnicki Fr., 1994)

4.2. Calculul suprastructurii Se desfăşoară diferit după cum urşii sunt simpli sau în pachet, respectiv sunt independenţi (simplu rezemaţi pe aparatele de reazem)

sau trec continuu peste acestea. 4.2.1. Calculul căii La cale se calculează podina de rezistenţă şi traversele. Calea este solicitată de sarcini verticale din roţile vehiculelor care, în

adâncime, s-a constatat experimental, se repartizează la 450 Podina: Se consideră încărcarea concentrată şi se multiplică cu un coeficient de impact - ψ ,

pentru a ţine sema de efectul dinamic al încărcării.

Fig. 9.12 Schema de calcul a căii P=P0⋅ψ, unde: (9.1) P0 este încărcarea cea mai mare transmisă de roţile vehiculelor. Traversele: Se consideră că încărcarea P se repartizează la trei traverse (cea pe care calcă P şi vecinele faţă spate). Interesează

săgeţile pe care le capătă aceste traverse. Traversa de sub punctul de aplicaţie a încărcării P:

IElPf⋅

⋅=

48

31

1 , unde: (9.2)

f1 este săgeata pe care o capătă traversa de sub încărcarea concentrată dată de roată; P1 este încărcarea ce revine traversei pe care calcă roata; E este modulul de elasticitate; I este momentul de inerţie al secţiunii traversei; Traversele vecine:

IElPf⋅⋅

=48

32

2 , unde: (9.3)

f2 este săgeata pe care o capătă oricare din traversele vecine traversei în dreptul căreia calcă roata; P2 este încărcarea ce revine unei traverse vecine; Între încărcările P, P1 şi P2 se admite următoarea relaţie: P=P1+P2 4.2.2. Calculul urşilor simpli independenţi şi continui

Urşii simpli sunt solicitaţi de greutatea permanentă, compusă din greutatea proprie şi greutatea căii, respectiv de încărcările mobile date de vehicule.

Momentul încovoietor total va fi:MM + qM⋅ψ , unde: (9.4) = g

Mg este momentul dat de greutatea permanentă; Mq este momentul dat de încărcările mobile;

Fig. 9.13 Schema de calcul a urşilor independenţi şi continui (după Grudnicki Fr., 1994) Ψ este coeficientul de impact;

Momentul încovoietor în câmp pentru sarcina utilă q la urşi independenţi este :

M1-2= 8

2lq ⋅ =M2-3; (9.5)

Momentul încovoietor pe reazem la urşii continui este:

M2=-8

2lq ⋅ ; (9.6)

Momentul încovoietor în câmp la urşii continui este:

M1-2= 1289 2lq ⋅ =M2-3 (9.7)

Din cauza frânărilor şi/sau accelerărilor pe pod, urşii sunt solicitaţi şi axial, suplimentar faţă de solicitarea de întindere din încovoiere. Relaţia de verificare – dimensionare este:

awM

AN σσ ≤±= ; (9.8)

Această relaţie se foloseşte, mai cu seamă, la podurile de cale ferată unde primul termen al relaţiei de mai sus, este semnificativ. La podurile de şosea acest termen este destul de mic şi poate fi neglijat. 4.2.3. Urşi în pachet Dacă lunecările dintre urşii din pachet, ce se produc odată cu încovoierea, (nu sunt împiedicate), cazul urşilor nesolidarizaţi, fiecare urs din pachet se încarcă individual cu o parte din momentul încovoietor al pachetului, şi anume, cu o parte proporţională cu momentul său

de inerţie. Acest lucru poate fi dovedit pornind de la constatarea că toţi urşii din pachet capătă aceeaşi curbură. Fie ρ curbura pachetului şi a fiecărui urs în parte. Atunci:

iIEIEIE ⋅∑⋅⋅ 21

pachetului;

MMM==== max21 ...1

ρ

i

Fig. 9.14 Urşi în pachet

; unde: (9.9)

Mmax este momentul maxim al E este modulul de elasticitate; I sunt momentele de inerţie ale fiecăruia dintre urşi;

Făcând simplificările şi exprimând momentele de inerţie ale fiecărui urs ţinând seama că în cazul secţiunilor dreptunghiulare, dat fiind necesitatea ca toţi urşii să se constituie într-un pachet, şi deci să aibă o aceeaşi lăţime, dar putând avea înălţimi ale secţiunilor diferite, relaţia de mai sus devine:

3max

32

231

1 ...ih

MhM

hM

∑=== ; unde: (9.10)

hi reprezintă înălţimea fiecărui urs din pachet; Din relaţia de mai sus se poate afla momentul încovoietor cu care se încarcă fiecare urs:

3

3

maxi

ii h

hMM

∑⋅= ; (9.11)

Urşii suprapuşi solidarizaţi rezistă mai bine la încovoiere decât urşii suprapuşi nesolidarizaţi, deoarece primii au un modul de rezistenţă mai mare, Acest lucru se poate dovedi astfel: Vom face comparaţia, care pentru simplitate vom folosi urşi cu secţiune pătrată

Urşi suprapuşi nesolidarizaţi:

2 W=bh /6, b=h=a,

3 w=a3/6+a /6=a3/3 (9.12) Urşi suprapuşi solidarizaţi: w=a(2a)2/6=2a3/3 (9.13)

Fig. 9. 15. Urşi suprapuşi nesolidarizaţi/solidarizaţi Deci în cazul urşilor solidarizaţi aceştia opun încovoierii un modul de rezistenţă dublu.

4.2.4. Momentul maxim-maximorum Problema apare în cazul convoaielor de sarcini mobile, cum ar fi, de exemplu, cazul unui autotren ce se deplasează pe un pod care

transmite sarcini mobile prin fiecare osie a sa. Pentru fiecare poziţie a convoiului se modifică momentul maxim şi ca valoare şi ca poziţie pe grindă.

Calculul se desfăşoară astfel: F1>F2; R=F1+F2; (9.14)

c este distanţa între rezultanta R şi F1; x este distanţa între R şi mijlocul grinzii, deci dă poziţia rezultantei pe grindă; Pentru a-l afla pe c se scrie ecuaţia momentelor forţelor faţă de punctul de aplicaţia al rezultantei:

( )FFaFccFcFaFcFcaF

+⋅ (9.15) =⇒⋅+⋅=⋅⇔⋅=−⋅

1

221212

Fig. 9.16. Momentul maxim maximorum Momentul maxim va fi în dreptul unei forţe, dat fiind forma poligonală a diagramei de moment încovoietor. Problema constă în a afla poziţiile celor două forţe mobile. Din exemplul considerat, atunci când momentul maxim va deveni moment maxim maximorum, adică cel mai mare moment dintre toate momentele maxime aferente unor anumite poziţii ale forţelor pe grindă. Pentru aceasta vom scrie expresia momentului maxim – Mmax în funcţie de x (parametrul care dă poziţia rezultantei faţă de mijlocul grinzii, iar apoi vom pune condiţia de maxim prin anularea derivatei:

( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−⋅= xclVM21max , dar: (9.16)

( ) ( )l

xlFFVxlFFlV2

202 211211

−⋅+=⇒=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −+−⋅ ; (9.17)

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅

+−⋅

−⋅+=⇒ xa

FFFl

lxlFFM

21

221max 22

2 ; (9.18)

22

021

2 cxaFF

Fxdx

dM x =⇔⋅+

=⇒= ; (9.19)

deci, Mmax,max apare în poziţia convoiului în care mijlocul grinzii împarte în două părţi egale distanţa dintre rezultanta forţelor din convoi şi forţa în dreptul căreia se produce Mmax,max.

Pentru a afla valoarea lui Mmax,max este suficient ca în expresia sa care este în funcţe de x să înlocuim x=c/2: ( ) Mmax,max=(F1+F2) l

cl4

2−⋅ , sau mai general: (9.20)

( )∑=

−⋅=

n

ii l

clFM1

2

maxmax, 4 (9.21)

4.3. Infrastructura podurilor de lemn 4.3.1. Paleile Paleile pot fi cu unul sau mai multe rânduri de piloţi (elementele de rezistenţă ale paleilor), ceea ce le clasifică în palei simple, duble, triple etc.

Paleile simple

Paleile simple sunt alcătuite dintr-un singur rând de piloţi. şi se folosesc la podurile de şosea cu deschideri de 5…6m şi la podurile de cale ferată cu deschideri de 2…3m. Piloţii se moazează sub nivelul etiajului şi se contravântuiesc în sens transversal podului.

Fig.96.17 Palei simple (după Grudnicki Fr., 1994) Fig. 9.18 Palee dublă

Palei duble

Paleele duble se folosesc la poduri de şosea cu deschideri de peste 6m şi la cel de cale ferată cu deschideri de peste 3m. La paleile duble, caracterizate prin două rânduri de piloţi, fiecare rând se moazează şi se contravântuieşte. De asemenea se prevăd contrafişe şi piloţi de frânare.

Tot astfel, mai există palei triple, multiple, palei speciale (pentru poduri oblice, pentru tabliere metalice etc. Paleile se calculează la compresiune şi la flambaj, încărcarea fiind reacţiunea maximă – Rmax. Pentru palei simple:

., 1994) Fig. 9.19 Schema de calcul la paleile simple şi duble (după Grudnicki Fr

ACMllllR ⋅

⋅+

= '

'

max (9.22)

La paleele duble:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

++=

22'

'

max alal

allR (9.23)

Fig. 9.20 Schemele de încărcare pentru calculul paleilor

Dacă paleea are n piloţi, sarcina ce revine unui pilot este:

n

RFp

max= ; (9.24)

Calculul la compresiune

Se efectuează în secţiunile cele mai slăbite şi constă în verificarea următoarei relaţii cu dimensiunile propuse pentru piloţi:

ap

AF

σσ ≤= , unde: (9.25)

A este aria secţiunii cele mai slăbite a pilotului; Calculul la flambaj Constă în verificarea clasică a flambajului, deja prezentată:

A

Fp

⋅=ϕ

σ , unde: (9.26)

ϕ este coeficientul de flambaj;

4.3.2. Apărări ale paleelor Paleele se apără către amonte de diverşi flotanţi, în principal, plute şi gheţari. Împotriva plutelor se utilizează străjerii iar împotriva gheţurilor se utilizează spargheţurile.

Fig. 9. 20 Străjeri Fig. 9.21 Spargheţuri Se amplasează la 2…4m în amonte de palee, iar forma şi dimensiunile acestora depind de diferenţa de nivel între apele extraordinare şi nivelul gheţurilor, de dimensiunile paleelor şi de regimul de scurgere al apelor. Partea superioară a spargheţului (coama) se întăreşte cu oţel cornier. 4.3.3. Culeele podurilor de lemn

Culei simple Se folosesc pentru înălţimi mici de pod (până în 2m). Sunt alcătuite (vezi figura. 9.22) din piloţi şi căptuşeală.

Piloţii sunt de rezistenţă şi piloţi ai aripilor. Fig.9. 22) Alcătuirea unei culei simple de lemn Piloţii de rezistenţă sunt , de regulă, pe un singur rând şi sunt plasaţi în dreptul urşilor urşilor. Piloţii aripilor continuă lateral piloţii de rezistenţă sub un unghi de 30…600. Această evazare are rolul de a asigura racordarea

podului cu terasamentele. Întreaga alcătuire a culeelor de lemn este concepută pentru a răspunde celor două misiuni ale culeelor: cea de a susţine

suprastructura şi cea de a opune rezistenţă împingerii pământului din terasamentele din spatele culeelor. Atunci când pământul din spatele culeelor nu este un pământ filtrant se prevede un dren în spatele culeii pe o lăţime de cel puţin

50cm cu scurgere laterală prin rigole. Căptuşeala se realizează din dulapi. Tot cu dulapi se protejează şi capetele urşilor împotriva putrezirii. Dat fiind diagrama triunghiulară a împingerii pământului din spatele culeii, căptuşeala se dimensionează în raport cu variaţia

împingerii pământului, rezultând căptuşeală din dulapi mai subţiri în partea de sus şi mai groşi în partea de jos. Calculul culeelor Calculul căptuşelilor Căptuşeliie se consideră grinzi simplu rezemate pe piloţi încărcate cunsarcini uniform distribuite provenite din împingerea

pământului. Dat fiind variaţia împingerii pământului cu înălţimea, şi modelarea ca grindă simplu rezemată va fi făcută în acelaşi fel, adică încărcarea uniform distribuită se va considera cea mai mare ordonată din diagramă de pe fiecare metru de înălţime.

Fig. 9.23 Schemele statice pentru calculul căptuşelii Piloţii culeelor Sunt solicitaţi la flambaj şi la încovoiere. Flambaj: Calculul este cel clasic, cu precizarea că lungimea de flambaj se ia dublul lungimii piloţilor deoarece piloţii se consideră

încastraţi la bază şi liberi la vârf. Încovoiere: Pilotul se consideră că are nivelul de încastrare sub nivelul terenului, şi diagrama de moment încovoietor care stă la baza

calculului este cea din figură:

Fig. 9.24 Schema de reyemare ;i diagrama de moment pentru pilot

Culei cu proptele Pentru a rezista încărcărilor longitudinale din frânare sau din accelerarea vehiculelor pe pod, sau chiar din cauza împingerii

pământului din spatele culeelor, o soluţie este culeea cu proptele.

Fig. 9.25. Culee cu proptele (după Grudnicki Fr., 1994) Fig. 9.26. Culee dublă Culei duble Se folosesc la înălţimi mari de pod (vezi fig…), precum şi atunci când încărcările ce acţionează culeea (împingerea pământului sau

sarcinile transmise de roţile vehiculelor) sunt mari.

9.5. Calculul hidraulic al podurilor şi podeţelor Problema se pune, cel mai adesea, la podeţe. Constă în determinarea debitului de calcul (debitului teoretic) – Qcalc şi a debitului

capabil - Qcap al podului (podeţului). Este necesar:

calccap OO ≥

Determinarea debitului capabil este necesară şi pentru asigurarea platformei împotriva inundaţiilor. FicO pcap ⋅⋅⋅= %167,0 [m3/s]; unde:

c – coeficient de scurgere; ip% [mm/min]- intensitatea ploii de calcul ce corespunde gradului de asigurare p% şi este în funcţie de zonarea pluvială a ţării; F[ha] – suprafaţă bazin; Tab 9.1. Coeficientul de scurgere în zone împădurite (după A.C.F.)

Declivitatea [%] Pământ argilos Pământ lutos şi luto-argilos Pământ nisipo-lutos 0 – 5 0,4 0,3 0,1 5-10 0,5 0,35 0,25 10-30 0,6 0,4 0,3 ≥ 30 0,63 0,42 0,32

Pentru podeţe dalate:

μ⋅⋅⋅= acap vhLQ [m3/s], unde: L [m] – lumina podeţului; h [m] – înălţimea activă de scurgere; va [m/s]- viteza medie admisibilă în albie şi este funcţie de tipul de pământ şi adâncimea cursului de apă; μ ≈ - coeficient de strangulare ( 0,5); 9.6. Protejarea infrastructurii podurilor Infrastructura podurilor are efecte asupra scurgerii apei pe sub pod şi reciproc, apa are consecinţe asupra elementelor de

infrastructură ale podurilor. Infrastructura jenează scurgerea apei pe sub pod deoarece micşorează secţiunea de scurgere. De asemenea apare subpresiunea

hidrostatică care poate conduce la pierderea stabilităţii piloţilor. Micşorarea secţiunii de scurgere a apei conduce la apariţia în amonte de pod a unei supraînălţări a nivelului apei numită remuu.

Remuul conduce la o scădere a vitezei de scurgere a apei care favorizează depunerea aluviunilor. De asemenea micşorarea secţiunii conduce şi la creşterea vitezei de scurgere a apelor sub pod ceea ce favorizează eroziunea fundului albiei şi a malurilor în dreptul infrastructurilor, aşa numitele afuieri.

Se impun lucrări hidrotehnice pentru limitarea tuturor

acestor efecte.

Fig.9.27 Fenomenul de remuu 4.5.1. Lucrări hidrotehnice longitudinale Se fac, mai ales, pentru protejarea malurilor, pentru a nu se produce prin afuiere pierderea stabilităţii culeelor. Constau în diguri

pentru facilitarea scurgerii apelor sub pod.

Fig. 9.28 Lucrări hidrotehnice longitudinale

4.5.2. Lucrări hidrotehnice transversale Constau în baraje, praguri şi pinteni. Barajele se construiesc la o oarecare distanţă de pod. Dacă s-ar construi prea aproape în amonte, apele deversate peste baraj ar

favoriza afuierile, iar dacă ar fi prea aproape în aval, prin micşorarea secţiunii de scurgere ar favoriza colmatarea. Se constată că un baraj scund submersat la cca 10…15m în aval de pod este, de obicei , favorabil deoarece prin procesul de depuneri de aluviuni împiedică scăderea nivelului fundului albiei care ar putea deveni periculos pentru asigurarea încastrării piloţilor. Barajul poate fi la rândul său afuiat dacă nu s-a făcut o corectă încastrare în maluri.

Pintenii (epiurile) sunt diguri transversale cursului de apă dinspre mal către mijlocul acestuia. şi nu traversează integral cursul de apă. El crează condiţiile diminuării eroziunilor şi formării unui nou mal. Se fabrică din suluri de fascine umplute cu piatră şi aşezate pe saltele de fascine.

Se mai pot fabrica din gabioane, căsoaie etc. De altfel, saltelele de fascine lestate cu blocuri articulate de beton contribuie la protearea fundului

albiei împotriva eroziunii.

Fig. 9.29 Epiu

Partea a II-a CĂI FERATE FORESTIERE Capitolul X Căi ferate forestiere

10.1.Generalităţi

Transportul feroviar forestier este parte componentă a transportului forestier şi cuprinde, pe lângă liniile de cale ferată, şi infrastructura aferentă şi vehiculele feroviare, mijloace de locomoţie, precum şi construcţiile aferente şi auxiliare destinate transportului produselor forestiere.

Principala particularitate tehnică a transportului feroviar este aceea că este un transport ghidat, având ca suport ansamblul roată-şină.

Avantajele transportului feroviar forestier constau în capacitatea de a transporta cantităţi mari de material lemnos, practic, pe orice vreme, precum şi cheltuielile reduse cu combustibilul.

Dezavantaje: • Este eficient, funcţionând la întreaga capacitate, numai în condiţiile

existenţei unor mari concentrări de material de transportat, altminteri nu se justifică investiţia de instalare;

• Necesită realizarea unor elemente geometrice şi structurale ale căii mult mai riguroase şi restrictive, comparativ cu drumurile forestiere; aceasta mai înseamnă şi trasee lungi pentru a putea fi respectate exigenţele tehnice.

Din acest motiv, s-a redus mult reţeaua de căi ferate forestiere, de la 4500km în 1950 la 360km în prezent şi tendinţa este de descreştere;

10.1.1 Clasificarea căilor ferate forestiere după ecartament (distanţa dintre feţele interioare ale şinelor)

• c.f. normale – e=1435mm; • c.f. largi – e=1524mm; • c.f. înguste – e=500, 600, 700, 760, 1000mm;

după felul de transmitere a forţei de tracţiune

• c.f. cu transmitere prin aderenţă; Sunt cele mai răspândite, aderenţa şi sustentaţia făcându-se între roată şi şină;

• c.f. cu cremalieră; O roată dinţată motoare ce antrenează o cremalieră montată între şine;

după destinaţie 1. linii de circulaţie curente şi directe; Sunt liniile pe care nu se execută încărcări

şi descărcări, cântăriri etc.; liniile directe sunt liniile în staţie în continuarea celor curente din afara staţiilor;

2. linii de garaj; 3. linii industriale; Sunt liniile din incinta întreprinderilor de exploatări

forestiere; • Care sunt avantajele şi dezavantajele căilor ferate forestiere? • Care este principala particularitate a transportului feroviar? • Care sunt criteriile după care se pot clasifica căile ferate forestiere? • Cum pot fi clasificate căile ferate forestiere după ecartament? Dar după

destinaţie? 10.1.2 Istoricul căilor ferate Dezvoltarea căilor ferate este în directă legătură cu revoluţia industrială de la

începutul secolului al XIX-lea. Căile ferate au făcut posibilă această dezvoltare economică spectaculoasă.

Totuşi, ideea de transport ghidat este mult mai veche, căci s-a constatat că acest tip de transport asigură deplasarea unor mase mari cu viteze ridicate.

Se pare că primele încercări de transport ghidat au fost cărucioarele miniere care circulau pe dulapi de lemn.

În 1767 apar primele şine metalice, din fontă, cu făgaşe longitudinale pentru ghidarea roţilor. În 1776 se inventează calea alcătuită dintr-un cadru şină – traversă, de fapt erau nişte traverse de lemn îngropate în balast, iar şina era o grindă de lemn cu colţurile protejate cu corniere metalice.

Şina cu ciupercă având forma apropiată celei de azi apare în 1789, ceea ce implică modificarea formei roţii, şi implicit, separarea transportului feroviar de cel pe drumuri.

În 1804 se construieşte prima locomotivă cu abur care din cauza aderenţei reduse nu putea remorca vagoane. Pe 15 septembrie 1830 circulă prima locomotivă de utilitate publică. Avea viteza de 34km/oră şi a parcurs distanţa de 51km între Liverpool şi Manchester.

Din acest moment transportul feroviar ia un avânt extraordinar. După 10 ani lungimea căilor ferate era de 8640km, iar în 1850 avea deja 40000km.

La noi în ţară prima linie a fost Bucureşti – Giurgiu construită de companii străine în anii 1865 - 1869. În 1872 se construieşte linia Roman-Galaţi-Bucureşti-Piteşti.

10.2 Sistemul vehicul – cale. Condiţia de mişcare Vehiculul feroviar (vagon sau locomotivă) împreună cu calea se constituie într-un

sistem dinamic complex care interacţionează în scopul deplasării trenurilor. Deplasarea unui tren este condiţionată de forţele ce acţionează asupra sistemului

vehicul – cale şi care hotărăsc, totodată, caracteristicile elementelor geometrice şi constructive ale proiectării căii. Principalele forţe care acţionează asupra sistemului vehicul - cale sunt:

• Forţa de tracţiune dezvoltată de locomotivă; • Rezistenţele la deplasare date, mai ales, de caracteristicile căii;

• Forţa de frânare ce ia naştere prin frecarea sabotului de bandaj, dar şi prin frecarea dintre roată şi şină;

10.2.1 Forţa de tracţiune

Este o forţă necesară învingerii inerţiei de repaus, învingerii frecărilor dintre

diferitele componente ale vehiculului feroviar, precum şi rezistenţele căii. Masa mare a trenului face necesară o forţă de tracţiune foarte mare la plecarea de

pe loc. Pentru ca trenul să se poată pune în mişcare este necesar ca forţa de tracţiune să fie mai mare ca suma rezistenţelor întâmpinate în mers de către tren, dar şi ca această forţă să fie mai mică decât frecarea dintre roată şi şină, pentru a nu se produce patinarea.

10.2.2 Rezistenţele întâmpinate de sistemul vehicul - cale

Rezistenţa la tracţiune (rulare) Această rezistenţă provine din frecările dintre diferitele elemente ale vehiculului

feroviar cu calea şi cu mediul înconjurător, cum ar fi: rostogoliri, alunecări, patinări, izbituri laterale, şerpuiri, rezistenţa aerului etc.

Rezistenţa la rulare este în legătură cu ghidarea vehiculului de către şine.

Fig.10.1 Contactul buză de bandaj – şină Între buza de bandaj şi tâmpla şinei există, din proiectare, un mic joc pentru a se

evita uzurile premature dar şi pentru a se asigura o ghidare primară. Osia montată va avea, în consecinţă, şi ea, mici deplasări laterale care vor obliga cele două roţi să ruleze pe cercuri de diametre diferite, deoarece bandajul este înclinat (vezi figura de mai sus). Rularea pe cercuri de diametre diferite va obliga revenirea osiei spre poziţia centrală a axului căii, producându-se ghidarea. Abia în cazuri extreme, ghidarea se face prin buza de bandaj care atinge tâmpla şinei.

Rezistenţele cauzate de curbe În curbe, cele două şine au raze diferite, dar osia montată calcă simultan, prin

intermediul roţilor, pe cele două şine. Se produce, astfel, rulări pe cercuri de diametre diferite care înseamnă că o roată va avea o mică alunecare iar cealaltă o mică patinare.

La acest tip de rezistenţe se adaugă rezistenţele provocate de forţa centrifugă, de supraînălţare, de supralărgire etc.

Rezistenţa cauzată de declivitate

Această rezistenţă este componenta tangenţială (paralelă cu calea) a greutăţii vehiculului feroviar. Această componentă, în pantă, sporeşte viteza vehiculului feroviar şi numai în rampă trebuie învinsă de forţa de tracţiune.

Forţa de frânare Frecarea dintre sabot şi bandaj trebuie să fie mai mică decât cea dintre bandaj şi

ciuperca şinei pentru a nu se produce blocarea roţilor şi alunecarea lor pe şine 1. Care sunt forţele ce acţionează asupra trenurilor? 2. Care este condiţia pe care trebuie s-o îndeplinească sistemul vehicul – cale

pentru a se pute apune în mişcare? 3. Care sunt rezistenţele pe care le întâmpină trenurile în mişcare? 4. Ce condiţie trebuie îndeplinită la frânarea trenului? 5. Cum se realizează ghidarea? 10.3 Capacitatea de remorcare a unui tren

Este una dintre caracteristicile care fac rentabilă calea ferată ca mijloc de

transport, deoarece este cu mult mai mare decât a oricărui alt mijloc. Capacitatea de remorcare depinde de puterea locomotivei, de caracteristicile traseului şi profilului în lung (care creează rezistenţele) şi de caracteristicile circulaţiei (limitări de viteză, restricţii de viteză, etc.), precum şi de aderenţa realizată.

Proiectarea unei căi ferate forestiere trebuie să ţină seama de toate aceste aspecte menţionate mai sus.

10.4 Alcătuirea căii ferate

Principalele părţi ale unei căi ferate sunt infrastructura şi suprastructura.

Infrastructura este reprezentată de terasamentul căii, iar suprastructura din şine, traverse, prismă de balastare şi material mărunt de cale.

Fig.10.2 Alcătuirea unei căi ferate

10.4.1 Alcătuirea suprastructurii Şina asigură sustentaţia, aderenţa, rularea şi ghidarea vehiculului feroviar. Are

partea ei de contribuţie în elasticitatea sistemului vehicul - cale. Calea ferată se calculează ca o grindă pe mediul elastic. Tipul de şină reprezintă greutatea pe metrul liniar de şină exprimată în kilograme forţă. Secţiunea transversală a şinei este adaptată variaţiei eforturilor unitare pe înălţimea secţiunii, precum şi asigurării sustentaţiei şi ghidajului, pe de-o parte respectiv, sprijinirii şinei pe traversă pe de altă parte.

Fig.10.3 Şina tip Vignole Şinele se execută din oţel, 0,3…0,5% carbon, cu densitatea de 7,83…7,92 kg/dm3.

Oţelul de foarte bună calitate necesar şinelor de cale ferată a impulsionat, la vremea respectivă, dezvoltarea siderurgiei.

Şinele trebuie să reziste la întindere, compresiune şi uzură. Traversele sunt îngropate în prisma de balastare. Ele susţin şinele, cu care

formează cadrul şină – traversă, asigură preluarea, transmiterea şi repartizarea sarcinilor către prisma de balastare. Se fabrică din lemn, beton armat sau metal. Se impregnează cu creuzot (substanţă antiseptică). Asigură elasticitatea liniei alături de celelalte elemente ce alcătuiesc calea ferată.

Prisma de balastare se face, de preferinţă, din piatră spartă, dar la rigoare, se

poate folosi şi balastul. Asigură îngroparea traverselor, elasticitate şi amortizare pentru întreaga cale, precum şi repartizarea către terasament prin intermediul substratului de nisip a încărcărilor primite de la traversă.

Materialul mărunt foloseşte la prinderea şinelor de traverse şi este compus din:

placă metalică, plăcuţă de cauciuc, placă de polietilenă, cleşti, inel resort, crampoane, buloane şi tirfoane.

Fig. 10.4 Materialul mărunt Crampoanele sunt cuie prevăzute la partea superioară cu urechi pentru scoaterea

crampoanelor atunci când este necesar. Ele constituie prinderea directă a şinei de traversă.

Tirfoanele sunt nişte tije metalice tronconice filetate şi ascuţite la unul din capete.

Asigură prinderea plăcii metalice de traversă. Buloanele sunt tije metalice cilindrice filetate care asigură împreună cu cleştele şi

inelul resort, prinderea şinei de placa metalică. Inelul resort împiedică deşurubarea buloanelor. Plăcuţa de cauciuc se pune între talpa şinei şi placa metalică pentru a spori

frecarea şi a creşte elasticitatea sistemului. Plăcuţa de polietilenă se montează între placa metalică şi traversă în vederea

reducerii uzurii şi strivirii traverselor în dreptul prinderii. Placa metalică asigură prinderea şinei de traversă împreună cu celelalte elemente

deja prezentate. Eclisele sunt plăci metalice care asigură înnădirea capetelor de şină la rosturi,

alcătuind aşa numita joantă.

Fig.10.5 Joanta

1. Cum este alcătuită suprastructura căii ferate?

2. Care sunt funcţiunile şinei, traversei şi prismei de balastare? 3. Câte tipuri de prindere puteţi prezenta? 4. Ce este o joantă? Dar o eclisă?

10.5 Vehicule feroviare

Pe calea ferată circulă două categorii de material rulant: locomotivele şi vagoanele. 10.5.1 Vagoanele Vehiculele de cale ferată au o alcătuire specială care să permită rularea, tracţiunea,

frânarea, asigurarea elasticităţii şi amortizării sistemului, legarea şi ciocnirea. Lagărele şi cuzineţii asigură legătura dintre cutia şi osia vagonului. Suspensia este asigurată de arcuri cu foi sau elicoidale. Rularea se face pe două osii sau, după caz, pe boghiuri (două osii cuplate). Legătura dintre boghiuri poate fi asigurată, după caz, chiar de buştenii transportaţi.

Fig.10.6 Alcătuirea de principiu a vagoanelor la căile ferate forestiere Cârligele şi tampoanele asigură legarea respectiv ciocnirea vehiculelor feroviare.

Roţile au un bandaj aplicat executat din oţel de foarte bună calitate. Contactul vehicul cale se stabileşte la nivelul şină – bandaj, contact dur, metal pe metal. În acest loc sunt presiuni enorme şi fenomene dinamice complexe.

Frânarea constă în presarea sabotului de frână pe bandajul roţii. Pentru a nu se produce blocarea roţilor, de regulă, nu toate roţile vor fi frânate, calculându-se aşa numitul procent de frânare necesar. La trenuri vitezele sunt, în general, mari, masele în mişcare foarte mari şi de aceea apare dificultatea de a le opri.

10.5.2 Locomotivele Locomotivele asigură tracţiunea, iar pentru căile ferate forestiere pot fi folosite, în

funcţie de situaţia concretă, orice tip de locomotivă. Tipurile de locomotive sunt următoarele: cu aburi , Diesel, Diesel electrice şi electrice. Cele cu aburi s-au scos din circulaţie, aşa că, actualmente pot fi folosite celelalte trei tipuri.

Pentru locomotive rămâne esenţială aderenţa pentru a putea porni trenul de pe loc. De aici necesitatea unei anumite greutăţi a locomotivei precum şi limitarea declivităţii traseului.

1. Care este alcătuirea de principiu a unui vagon de cale ferată forestieră? 2. Ce sunt boghiurile? 3. Care sunt principalele tipuri de dispozitive şi aparate cu care sunt înzestrate

vehiculele feroviare? 4. Cum se face frânarea vehiculului feroviar? 10.6 Construcţii şi instalaţii specifice căilor ferate forestiere 10.6.1 Staţiile Staţiile se amplasează cât mai aproape de locurile de concentrare a materialului

lemnos. În staţiile căilor ferate forestiere se execută încărcări şi descărcări de material lemnos şi produse accesorii, compuneri şi descompuneri de trenuri, revizii tehnice ale materialului rulant, alimentări cu combustibil, încrucişări de trenuri. Sunt dotate cu cheuri şi rampe de încărcare-descărcare, cântar, linii de încărcare – descărcare, linii de garare, linii de scăpare, eventual), cocoaşe de triere (eventual). Este necesar să se asigure declivităţi mici, preferabil palier.

Fig.10.7 Schema de principiu a unei staţii 10.6.2 Ramificaţiile căii Ramificaţiile căii se realizează prin intermediul schimbătoarelor de cale şi ca scop

asigurarea posibilităţii trecerii de pe o linie pe alta.

Fig.10.8 Schema de principiu a unui schimbător de cale La schimbătorul de cale din figura de mai sus se disting acele, contraacele, inima

de încrucişare aripile (labele de iepure), şinele de legătură şi contra şinele. Dacă este nevoie se pot monta şi ramificaţii mai complexe: traversări, traversări cu joncţiune simplă sau dublă etc.

1. Care sunt tipurile de linii dintr-o staţie? 2. Care sunt exigenţele constructive pentru o staţie? 3. Ce roluri îndeplinesc staţiile de cale ferată forestieră? 4. Cum este alcătuit un schimbător de cale? Ce rol îndeplineşte? 10.7 Caracterul oscilant al mişcării materialului rulant În proiectarea şi construcţia căii ferate şi a materialului rulant trebuie să se ţină

seama de caracterul oscilant al mişcării pe care o dezvoltă sistemul vehicul – cale, în general şi materialul rulant, în special.

În repaus se stabileşte un echilibru static între cale şi materialul rulant. În mişcare vehiculul acţionează asupra căii cu forţe longitudinale şi transversale aplicate cu viteze şi acceleraţii diferite. Calea, din cauza imperfecţiunilor ei, a jocului dintre buza bandajului şi flancurile ciupercii şinei, a existenţei curbelor, a joantelor, precum şi elasticităţii generale a căii, acţionează asupra vehiculului prin şocuri. În cazul în care materialul rulant ar fi constituit ca un tot rigid, de masă egală cu a întregului vehicul, şocurile ar conduce la distrugerea materialelor şi la condiţii de circulaţie inadmisibile. Din acest motiv vehiculul este alcătuit dintr-o masă suspendată pe resoarte şi o masă nesuspendată. Aceste arcuri, amortizoare şi resoarte se găsesc între şasiul vagonului şi osiile montate.

Fig. 10. 9 Schema statică a sistemului vehicul-cale Practic, numai organele de rulare nu sunt suspendate. Suspendarea masei

vehiculului pe arcuri, resoarte şi amortizoare, conduce la un număr foarte mare de grade de libertate ale sistemului.

Analizând separat mişcarea vagonului faţă de axele sale, se disting următoarele tipuri de deplasări:

• Deplasarea pe verticală în mişcare de translaţie – salt; • Rotirea în jurul axei orizontale transversale – galopare (tangaj); • Rotirea în jurul axei longitudinale – legănare (ruliu); • Deplasări orizontale longitudinale şi transversale; • Rotiri în jurul axei verticale – şerpuire;

Mişcarea reală este o compunere a acestor mişcări şi este şi mai complexă şi deoarece se modifică odată cu vitezele şi încărcările şi cu elementele geometrice ale căii

1. Din ce provine caracterul oscilant al mişcării vehiculului feroviar? 2. Care sunt organele care asigură suspensia unei părţi de vehicul? 3. De ce este necesară suspendarea unei părţi a vehiculului? 4. Care sunt organele cre asigură amortizarea deplasărilor? 5. Care sunt mişcările pe care le execută vehiculul feroviar în mers?

Partea a III – a INSTALAŢII CU CABLU Capitolul XI Instalaţii cu cablu

11.1. Generalităţi Instalaţiile cu cablu (funicularele forestiere) sunt nişte construcţii mecanice cu rol de cale aeriană de transport pentru produsele forestiere. Ele se folosesc în funcţie de condiţiile de exploatare, mai cu seamă în procesul de colectare, având avantajul că pot suplini orice altă cale de transport şi fiind indispensabile în cazul rampelor foarte mari. Avantajele instalaţiilor cu cablu

• Sunt independente de configuraţia terenului şi, deci, se pot instala în regiuni accidentate;

• Leagă puncte cu diferenţe de nivel foarte mari; • Sunt puţin influenţate de condiţiile atmosferice; • Pot fi mutate cu uşurinţă dintr-un loc într-altul; • Nu cauzează deteriorări lemnului transportat;

11.2 Alegerea traseului. Considerente tehnice

Alegerea traseului face parte din proiectarea funicularului care presupune: • Recunoaşterea terenului şi alegerea soluţiei; • Fixarea aproximativă a liniei funicularului; • Reprezentarea profilului longitudinal al terenului şi întocmirea profilului

longitudinal al funicularului; • Alegerea locurilor pentru suporţii cablurilor purtătoare şi a punctelor de

ancorare; Hotărâtori, în alegerea traseelor pentru instalaţiile cu cablu, sunt factorii tehnologici

de exploatare. Se vor prezenta considerentele tehnice de construcţie în alegerea traseului, cele silvice

nefăcând obiectul acestei lucrări. Ideal este traseul în linie dreaptă, dar, cel mai adesea, traseul este unul poligonal, cu

unghiuri de până în 300, pentru a atinge mai multe puncte din pădure şi aceasta în funcţie de forma parchetului în ceea ce priveşte poziţia punctelro de concentrare a materialului lemnos şi distribuţia căilor permanente de transport. Oricum, răspândirea şi desfăşurarea traseelor trebuie să cuprindă cât mai bine întreaga suprafaţă a pădurii sau şantierelor de exploatare a lemnului. Transportul rectiliniu, dacă devine foarte lung, va necesita piloni înalţi, cu toate complicaţiile ce derivă din aceasta. Cu cât piloţii sunt mai scurţi, şi distanţele dintre ei vor trebui să fie mai scurte. În general, înălţimea piloţilor este de 4…12m, fiind de până în 30m dacă aceştia sunt arbori de pe loc şi de până în 25m dacă sunt piloni artificiali. Cei mai scurţi piloni: 3,50…4,00m Distanţele minime dintre piloni: 15…20m, iar dacă terenul nu este neted, se poate ajunge şi la distanţe de 7…15m. Pilonii trebuie amplasaţi la distanţe quasiegale. Pe un teren neted, distanţele dintre piloni sunt de

100…150m şi, în funcţie de înălţimea pilonilor, aceste distanţe pot să ajungă până la 600m.

Traseele de transport cu cablu vor fi dispuse în văi, de regulă, în evantai Aceste trasee vor converge către un punct de descărcare a materialului lemnos, un punct care să fie bun atât pentru descărcarea materialului lemnos dar şi pentrudepozitare şi/sau mici pregătiri pentru încărcare a acestuia. Pentru orice altă configuraţie a terenului se va prefera dispunerea paralelă a cablurilor, cu distanţe de 80…120m între funiculare. Traseele, în aceste cazuri vor fi poligonale. Traseele poligonale vor avea în punctele de schimbare de direcţie, staţii de unghi.

Transportul foarte bun este cel ce nu necesită depozitări intermediare ale materialelor. Declivitatea cablurilor trebuie să fie de 10…20%, dar poate ajunge, în funcţie de

greutatea vagoanelor, de tipul de instalaţie cu cablu şi de modul de funcţionare a acesteia, până la 70%. La schimbările de pantă, unghiul pe pilon (unghiul de flambaj) nu trebuie să depăşească 50, de aceea, la traversarea văilor şi culmilor, pilonii trebuie să fie suficient de apropiaţi unul de altul.

În plan vertical, situaţia favorabilă este atunci când terenul are un profil concav, care permite porţiuni lungi fără rezeme intermediare. La profilul convex sunt necesari, în general, mai mulţi piloni. (Fig. 10.1)

Fig 11.1 Amplasarea pilonilor la un traseu convex Distanţa între partea inferioară a cărucioarelor şi nivelul maxim al zăpezii sau al altor

obstacole, din condiţia de asigurare a gabaritului, va trebui să depăşească 1,0m, iarsub punctul cel mai de jos al cablului purtător trebuie să se asigure o înălţime de de cel puţin 3,50m. De asemenea traseele de instalaţii de transport cu cablu vor trebui să se găsească la cel puţin 20m de cabane sau alte construcţii pe lângă care trec. Între două linii paralele de cablu trebuie asigurată o distanţă de minimum 50cm, la care se adaugă distanţa rezultată din înclinarea către interior a două cărucioare, de pe liniile învecinate, considerate că în poziţia de pe traseu când sunt unul în dreptul celuilalt.

După ce traseul a fost ales, trasarea liniei funicularului, care constă, în principal, în distribuirea pilonilor, se recomandă a se începe prin identificarea punctelor înalte. Apoi, eventualii suporţi intermediari vor fi fixaţi din condiţia neapropierii excesive a cablului, dat fiind curbura acestuia, de pământ.

Fig 11.2 Profil longitudinal Principalele elemente ale unui funicular forestier sunt:

• Cablurile ce pot fi purtătoare (constituie calea de rulare), trăgătoare sau purtătoare-trăgătoare;

• Reazemele (piloni sau staţii); • Materialul rulant constituit din cărucioare sau alte vehicule; • Instalaţii auxiliare;

Pichet nr. 1 2 3 4 5

Cota cablului

632.

20

715.

85

738.

00

812.

55

856.

95

Distanţa între piloni 91.75 176.30 98.25 165.40 86.55 85.80

Înălţime pilon

12.0

0 12

.50

17.9

0 12

.15

6.40

Cota teren

620.

20

703.

35

720.

10

800.

40

850.

55

870.

15

Distanţa acumulată

91.7

5 26

8.05

36

6.30

53

1.70

61

8.25

70

4.05

5

4

3

2

1

Fig. 11.3 Alcătuirea generală a unui funicular

Funicularele pot fi cu exploatare permanentă (cu mers continuu) şi cu exploatare alternativă (pendulară).

• Care sunt avantajele şi dezavantajele instalaţiilor cu cablu? • Care sunt reguluille de amplasare a traseelor de astfel de instalaţii? • Din ce este alcătuit un funicular forestier? • De câte feluri pot fi funicularele forestiere? • Care sunt principalele elemente ale unui funicular forestier

11.3 Cabluri

11.3.1 Proprietăţile mecanice ale cablurilor

Alungirea elastică a cablurilor este mai mare ca a barelor metalice. Nu li se poate

identifica limita de curgere şi nici nu respectă legea lui Hooke, la solicitări de peste 70% din sarcina de rupere. Modulul de elasticitate al cablului Ek poate fi determinat cu relaţia:

lslTEk Δ⋅⋅

= , în care: (11.1)

T – efortul secţional de întindere [daN]; l – lungimea cablului [m]; s – suprafaţa secţiunii cablului [cm2]; Δl - alungirea cablului; În principiu, diametrul cablului trebuie să fie între 9,5 şi 25,4mm. Relaţia empirică de dimensionare a cablurilor purtătoare este:

d=(15…18) Q [mm], în care: (11.2) d – diametrul cablului; Q – sarcina de transport; Masa sarcinii utile (în funcţie de diametrul cablului) trebuie să fie între 1500…12000kg, în funcţie şi de tipul de funicular. Efortul maxim de întindere în cablu, la mijlocul celei mai mari deschideri:

MiMi

Mi

MiMi

MiMi f

lQf

lqT

θθ cos4cos8 2

2 ⋅+

⋅⋅

= , în care: (11.3)

TMi – efortul maxim de întindere în cablu, la mijlocul deschiderii: θMi – unghiul de înclinare al cablului în deschiderea cea mai mare; fMi – săgeata cablului la mijlocul deschiderii; Q – sarcina de transport (greutatea căruciorului încărcat); LMi – lungimea celei mai mari deschideri; q – greutatea cablului trăgător, Coeficientul de frecare dintre cablul putător şi canalul sabotului: 0,16…0,17. Unghiul de frecare pe sabot al cablului neîncărcat este de 10…60.

11.3.2 Calculul static al cablurilor purtătoare Interesează:

• elementele geometrice (săgeata, forma şi lungimea cablului); • eforturile şi variaţia elementelor geometrice în lungul cablului;

Ecuaţia curbei geometrice a cablului Pentru determinarea acestei ecuaţii, se fac următoarele ipoteze: Cablul este flexibil, inextensibil, suspendat între două reazeme situate la acelaşi

nivel şi încărcat cu o sarcină uniform distribuită pe întreaga sa lungime.

Fig. 11.4 Situaţia ipotetică pentru determinarea ecuaţiei cablului

Fie dl o porţiune detaşată din cablu. Ea este în echilibru şi asupra ei acţionează forţele axiale N şi N+dN, precum şi p⋅dl dată de propria sa greutate. Cablului din figura de mai sus îi ataşăm un sistem de axe de coordonate având originea în puntul cel mai de jos al cablului. Se pot scrie condiţiile de echilibru pornind de la ecuaţiile de proiecţie după abscisă şi ordonată:

( ) ( )( )( )⎭

⎬⎫

⎩⎨⎧

=⋅+⋅++⋅+−=⋅++⋅+−

0sinsin):0coscos:

dlpNddNNoyNddNNox

αααααα

(11.4)

Efectuând înmulţirile şi neglijând infiniţii mici de ordin superior, rezultă: ( ) 0cos =⋅ αNd (11.5) ( ) dlpNd ⋅=⋅ αsin (11.6)

Prin integrarea lui (10.6) se obţine: cN =⋅ αcos (11.7) se poate observa că pentru α=0, constanta de integrare c devine egală cu proiecţia pe orizontală a forţei axiale ce solicită cablul (c=H). Aşadar, această proiecţie (componenta orizontală a efortului în cablu) este constantă, Stabilirea formei pe care o capătă cablul Din (10.7): N=H/cosα;

Din (10.6): 2

22 1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=+=

dxdydxdydxdl şi deci (10.6) devine:

2

1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

dxdydxp

dxdyHd (11.8)

Se face schimbarea de variabilă:

αshdxdy

= (11.9)

Se integrează (10.9), cu noua variabilă, pentru a obţine valorile unghiului α în funcţie de forţele ce acţionează asupra lui dl:

H

xp ⋅=α (1110)

Se obţine:

H

xpshdxdy ⋅

= (11.11)

Prin integrarea lui (10.11) se obţine:

CH

xpchpHy +

⋅= , în care: (11.12)

C – constantă de integrare; Se constată că ecuaţia obţinută reprezintă curba funiculară cu numele de lănţişor (catenoidă) de parametru H/p. H/p reprezintă parametru curbei funiculare. Lănţişorul este, prin definiţie, poziţia pe care o capătă un fir greu omogen, flexibil şi inextensibil, fixat la capetele extreme, sub acţiunea gravitaţiei., adică o curbă cu o expresie de forma:

axchay ⋅= (11.13)

sau de forma:

2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

−ax

ax

eeay

Pentru determinarea constantei de integrare se observă că pentru x=0 avem y=0 şi deci:

pHC −= , iar (10.12) devine:

pH

Hxpch

pHy −

⋅= (11.14)

Raza de curbură a cablului:

αα

ρ 2cos⋅==

pH

dds

Stabilirea unei forme aproximative a cablului

Se dezvoltă în serie H

xpch ⋅ . Atunci (3.10) devine:

...!4!2

...!4!2

1 3

432

4

44

2

22

+⋅⋅

+⋅⋅

=−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅⋅

+⋅⋅

+⋅=H

xpHxp

pH

Hxp

Hxp

pHy (11.15)

Pentru deschideri curente, termenii de rang superior se pot neglija, iar (11.15) devine:

Hxpy

2

2⋅= care reprezintă o parabolă. (11.16)

Eroarea ce se introduce prin aceste aproximări este abia de 0,3% la un cablu de 400m. Aceeaşi ecuaţie de parabolă se obţine şi dacă se consideră sarcina p uniform distribuită pe deschidere şi nu pe cablu ca până acum.

Fig. 11.5 Cablul încărcat cu o sarcină uniform distribuită Calculul eforturilor şi lungimea cablului Calculul lungimii cablului

Deoarece 2

1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

dxdydxdl şi

Hxpsh

dxdy ⋅

= , atunci:

dxHpxchdl ⋅= (11.17)

Prin integrare şi ţinând seama că pentru x=0 avem şi l=0 şi deci constanta de integrare este nulă, dezvoltând în serie şi neglijând termenii de ordin superior se obţine lungimea cablului L în funcţie de deschiderea sa l:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅+⋅= 2

22

241

HlplL (11.18)

Efortul într-o secţiune oarecare a cablului

Fie x o secţiune oarecare a cablului. Atunci:

Nx=H/cosα=H 2222

2 11 xpHNdxdyHtg ⋅+=⇒⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+⋅=+ α (11.19)

Cazul cablului cu puncte de suspensie situate la înălţimi diferite De data aceasta originea axelor de coordonate nu se mai află în mijlocul deschiderii ci la distanţele x1 şi x2 de verticalele ce trec prin punctele de suspensie.

Fig. 11.6 Cablul cu puncte de suspensie la înălţimi diferite Se aproximează lănţişorul cu o parabolă . Determinarea denivelării dintre punctele de suspensie Fie h denivelarea dintre punctele de suspensie. Din figura de mai sus rezultă:

( )( 1212

21

22

222xxxx

Hp

Hxp

Hxpyyh AB −+⋅=

⋅−

⋅=−= ) (11.20)

Săgeata Săgeata este chiar yB.

Deci:

Hxpyf B 2

22⋅

== (11.21)

Mai trebuie de determinat . Din (10.20) rezultă: 22x

( )⎪⎩

⎪⎨

⎧

=++⋅⋅⋅

=−

lxxxxp

Hhxx

12

1212

2 (11.22)

Deci:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

⋅⋅

+=

⋅⋅

−=

lpHhlx

lpHhlx

2

2

2

1

(11.23)

Ţinând seama de (10.19) rezultă:

2

22 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅

+⋅=lp

HhlHpf (11.24)

Eforturile în două puncte diferite de pe cablu Fie două puncte M şi N, în care eforturile în cablu sunt TM respectiv TN. Diferenţa de efort între cele două puncte situate la diferenţă de nivel h este: ΔT=TA – TB = p(yA-yB)=ph Eforturile secţionale în diverse secţiuni ale cablului. Momentul încovoietor într-o secţiune oarecare a cablului Se va considera cablul o grindă simplu rezemată între punctele de suspensie şi încărcat cu propria sa greutate. Deoarece cablul este flexibil, momentul încovoietor Mx situat la o distanţă oarecare x de reazemul A, va fi:

yHxxpxVM Ax ⋅−⋅⋅−⋅=2

(11.25)

Cablul fiind flexibil, încărcarea verticală se transformă într-o forţă orizontală H.

Fig. 11.7 Aflarea momentului încovoietor într-o secţiune oarecare Alungirea elastică a cablului De această dată se renunţă la ipoteza cablului inextensibil şi se face referire la alungirea cauzată de încărcarea distribuită p care creează forţa axială N. Alungirea elastică ΔL va fi:

∫ ⋅⋅

=Δl

dlAE

NL0

, în care: (11.26)

E⋅A – rigiditatea la întindere a cablului;

Dar 2

2 11cos

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⋅=+⋅==

dxdyHtgHHN α

α (11.27)

2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

dxdy este foarte mic şi se poate neglija, iar expresia alungirii cablului devine:

AElHdl

AEHL

l

⋅⋅

=⋅⋅

=Δ ∫0

(11.28)

Calculul eforturilor unitare din încovoierea cablului provocată de cărucioare Se va asocia un sistem de coordonate ales convenabil în care abscisa este asimptotă la cablu.

Fig. 11.8 Modul de încărcare a cablului în dreptul unui reazem oarecare „i” Se porneşte de la ecuaţia fibrei medii deformate:

IE

Mdx

yd⋅

−=2

2

, în care: (11.29)

M – momentul încovoietor cauzat de cărucior; yNM ⋅= IE ⋅ - rigiditatea la încovoiere a cablului; Relaţia (10.29) devine:

yIE

Ndx

yd⋅

⋅−

=2

2

, (11.30)

Soluţia ecuaţiei diferenţiale (10.30) este: (11.31) xx eCeCy ⋅⋅ ⋅+⋅= 21

21ωω

1ω şi 2ω pot fi determinate din condiţiile la limită:

1ω =IE

N⋅

; IE

N⋅

−=2ω (11.32)

Calculul cablului prin asocierea cu o grindă simplu rezemată Asocierea unei grinzi simplu rezemate cablului conduce la rezultate satisfăcătoare. Se va considera cazul general al cablului încărcat cu propria sa greutate şi cu sarcini concentrate (din cărucioare) Fi.

A

β F1

F2

Fig. 11.9 Cablu încărcat cu propria greutate şi cu sarcini concentrate (cărucioare) Fie VgA , VgB reacţiunile grinzii asociate; H – componenta orizontală a efortului în cablu; Atunci:

;l

MV gA

gA = l

MV gB

gB = , în care: (11.33)

MgA, MgB sunt momentele faţă de cele două reazeme; Legătura dintre aceste reacţiuni şi reacţiunile în punctele de reazem ale cablului (VA = VB) este : βtgHVV g ⋅±= ; (11.34) De asemenea, săgeata într-o secţiune x are expresia:

H

Mf gx

x = (11.35)

Se poate echivala curba funiculară cu diagrama momentului grinzii asociate, reprezentată la scara 1:H. De asemenea lungimea cablului poate fi considerată egală cu perimetru diagramei de moment încovoietor al grinzii. Calculul unghiului de frângere a cablului purtător la sabot Prin unghi de frângere se înţelege unghiul dintre tangentele curbelor cablului din stânga, respectiv dreapta unui reazem. Acest unghi este egal cu suma algebrică a înclinărilor faţă de orizontală a tangentelor. Din Fig. 11.9 rezultă:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=

=

NVN

V

drdr

stst

α

α

sin

sin, aşadar drstf ααα += (11.36)

Calculul apăsării pe suporţi

B F3 …

l

Fig. 11. 10 Apăsarea pe suporţi Fie A forţa de apăsare pe suport şi Aa forţa admisibilă de apăsare şi cβ unghiul ce

dă direcţia de acţiune a forţei de apăsare. Acest unghi rezultă din echilibrul forţelor şi reacţiunilor ce se întâlnesc pe suport.

2sin2 f

iTAα

⋅⋅= (11.37)

dw

A ia

⋅=σ

, unde: (11.38)

iσ - rezistenţa la încovoiere a materialului din care este confecţionată consola sabotului [daN/cm2]; w – modulul de rezistenţă a secţiunii consolei sabotului [cm3]; d – braţul consolei [cm]; Este necesar A≤Aa

2drst

cαα

β+

≅ (11.39)

• Cum se determină ecuaţia curbei unui cablu purtător? Ce este această curbă? • Cum poate fi aproximată această curbă? • Cum se determină denivelările dintre punctele de suspensie ale cablului? • Cum se determină săgeata cablului neîncărcat? • Cum se determină momentul încovoietor în diverse secţiuni ale cablului?

αst βc

αdr

• Cum se determină alungirea elastică a cablului? • cum se determină tensiunile în cablurile încărcate cu cărucioare? • Cum se determină unghiul de frângere a cablului încărcat cu cărucioare? 11.3.3 Calculul cablului trăgător Efortul de întindere nu este constant pe parcursul tragerii, el fiind maxim în timpul

ridicării sarcinii. Se acceptă următoarea relaţie:

( tttti tglqm

QF ηξβ

η⋅+⋅⋅+

⋅= 0

max ) , în care: (11.40)

Q0 – greutatea sarcinii utile [daN]; m – coeficient de demultiplicare al palanului la cărucior (depinde de soluţia constructivă); η - randamentul rolelor cablului trăgător ( 95,0...98,0=η ); i – numărul de role; qt – greutatea cablului [daN/m]; l – lungimea activă a cablului [m]; β - unghiul cu orizontala format de coarda cablului; ξ - coeficient dat de raportul dintre lungimea cablului trăgător care freacă pe teren (depinde de relief);

tμ - coeficient de frecare (=0,001…0,1); 11.4 Calculul pilonilor şi staţiilor Aceste elemente componente ale funicularlor, având forma stâlpilor deja studiaţi în

cadrul disciplinei de geotehnică şi construcţii forestiere, nu necesită o prezentare separată, calculul lor putând fi asimilat cu stâlpii clădirilor sau cu piloţii paleelor şi culeelor de poduri.

Aşadar este vorba despre un calcul la compresiune centrică şi excentrică, de data aceasta fiind vorba de apăsarea maximă la sabot şi de un calcul la flambaj (lungimea de flambaj fiind dublul înălţimii pilonului).

De asemenea mai trebuie de făcut un calcul la încovoiere, stâlpul (pilonul) fiind considerat, în toate cazurile, încastrat la un capăt şi liber la celălalt. Încărcarea (concentrată în capătul liber stâlpului şi perpendiculară pe acesta) va diferi după cum cărucioarele se deplasează sau sunt în staţionare.

Totuşi, unele precizări sunt necesare: 11.4.1 Suporţi intermediari

Suporţii intermediari susţin cablurile purtătoare şi cablurile trăgătoare.

Trebuie de determinat diametrul arborilor sau al stâlpilor, ce servesc de suport, în funcţie de apăsarea pe sabot (care trebuie să fie mai mare de 2000N), dar să nu depăşească 3N/mm2.

În cazul arborilor suport sau al cioatelor de ancorare rezistenţa la smulgere a arborilor (cioatelor) este: Fmax=100⋅f⋅d3 [N], în care: (11.41) Fmax – rezistenţa la smulgere; d – diametru arborelui [cm]; f – coeficient ce ţine seama de specia şi de diametru arborelui (pentru stejar, acest coeficient are valori între 0,02 şi 0,10; Empiric, grosimea arborelui se poate determina cu relaţia:

max10 Tkd ⋅= [mm], în care: (11.42) Tmax – efortul maxim în cablul de ancorare; k – coeficient ce ţine seama de specia şi de gradul de rezistenţă a arborelui; Ancorarea cablului purtător Ancorarea poate fi făcută:

• Pe arbori sau cioate înalte, (vezi Fig. 10.3); • Cu buşteni îngropaţi (buşteni cap mort, vezi Fig. 10.12); • Piloţi îngropaţi în pământ;

Buşteanul cap mort se amplasează la o adâncime determinată prin calcul,

considerându-se, pentru calcul, că este rezemat la capete, ca o grindă simplu rezemată

(de fapt buşteanul este o grindă pe mediu elastic).

T q

lb/2 lb/2

lb

Fig. 11.11 Schema de calcul a buşteanului

Se calculează la încovoiere:

aWM σσ ≤= , în care:

σ - efortul unitar normal; aσ - efortul unitar admisibil, de încovoiere a lemnului;

M momentul de încovoiere în secţiunea cea mai solicitată; W – modulul de rezistenţă;

Apăsarea p ce se transmite pământului:

apld

Tp ≤⋅

= , în care: (11.43)

T [N] – efortul în cablu; d [mm]– diametru buşteanului; l [m] – lungimea buşteanului; Stabilitatea pe verticală şi pe orizontală a suporţilor Această stabilitate este asigurată dacă sunt îndeplinite condiţiile :

tps fTGTk ⋅+≤ ββ cossin (11.44)

ps ETk ≤βcos , în care: (11.45) Gp [kN] – greutatea de pământ de deasupra ancorării; T [kN] – tracţiunea exercitată de cablu; ft – coeficient de frecare buştean – panou (panoul vertical care se amplasează în pământ pentru a spori efectul de ancorare); ks – coeficient de siguranţă; β - unghiul sub care se ancorează cablul de buştean; Ep – rezistenţa pasivă a pământului (reacţiunea ce poate fi preluată de pământ pe suprafaţa de contact cu buşteanul); Adâncimea de îngropare a buşteanului Buşteanul îngropat nu intră, de obicei în contact direct cu pământul, ci prin intermediul unui panou lat cât lungimea buşteanului – lb (vezi Fig.10.12) şi înalt cât adâncimea gropii - hp. Forţa cu care pământul se opune deplasării buşteanului este chiar împingerea pasivă a pământului – Ep.

pbpp klhE ⋅⋅⋅= 2

21 γ (11.46)

Se condiţionează ca adâncimea de amplasare a buşteanului să fie egală cu înălţimea punctului de aplicare a vectorului împingere pasivă - h0.

phh32

0 =

hp

ho

φT

Fig. 11. 12 Ancorarea prin intermediul buştenilor „cap mort” Ancorarea pe piloţi Aceşti piloţi se introduc vertical în pământ şi sunt fixaţi la partea superioară între ei cu grinzi transversale. Adâncimea t [mm] de înfigere în pământ a pilotului se poate determina cu relaţia:

( )apppp

s

kkdnTk

t−⋅⋅

=γ

βcos2, în care: (11.47)

np – numărul de piloţoţi; dp – diametrele piloţilor; γp – greutatea specifică a pământului; kp – împingerea pasivă a pământului; ka – împingerea activă a pământului;

Legarea (ancorarea) cablului de arbori Grosimea - φ[cm] necesară a arborelui (cioatei) poate fi calculată cu următoarea

relaţie empirică T3,0≥ϕ , (11.48)

Termenii din (10.48) au semnificaţiile cunoscute.

• În ce constă calculul cablului trăgător? • În ce constă calculul pilonilor şi staţiilor? • Cum se face ancorarea cablului purtător? • Cum se stabileşte adâncimea de îngropare a buşteanului ?

BIBLIOGRAFIE

Alexandru, V., (2000) – Construcţia şi întreţinerea drumurilor forestiere, Ed. Infomarkt, Braşov

Anton, C. (1984) – Căi ferate, vol. I, I.P. Iaşi Anton, C. (1989) – Căi ferate, vol. II, I.P. Iaşi Asociaţia constructorilor forestieri, (2006) – Construcţiile forestiere în contextul gospodăririi durabile a pădurilor, Ed. Lux Libris, Braşov Bereziuc, R., ş.a., (1989) – Drumuri forestiere, Ed. Tehnică, Bucureşti Bereziuc, R., (1981) – Drumuri forestiere, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti Bereziuc, R., ş.a., (1967) – Drumuri forestiere, Ed. Agrosilvică, Bucureşti Bereziuc, R., Opriţa, V., (1974) – Proiectarea şi construcţia drumurilor forestiere, Ed.

Ceres, Bucureşti Boboc, V. ş.a., (2000) - Drumuri. Terasamente, Ed. “Gh. Asachi”, Iaşi Buzdugan,Gh., (1986) - Rezistenţa materialelor, Ed. Academiei, Bucureşti Caquot,A.,Kerisel,J., (1968) - Tratat de mecanica pământurilor, Ed. Tehnică, Bucureşti Caragaţă,Şt., (1967) - Consolidarea terasamentelor la instalaţiile de transport, Ed. Agro-

silvică, Bucureşti Craus, I., ş.a., (1971) – Drumuri – Elemente geometrice, Partea I-a, Exemple de calcul,

Institutul de Construcţii, Bucureşti Dorobanţu, S. ş.a., (1980) - Drumuri. Calcul şi proiectare, Ed. Tehnică, Bucureşti Dorobanţu, S., ş.a., (1974) - Terasamente. Exemple de calcul, Institutul de Construcţii

Bucureşti Drăgan, I.C., ş.a., (1971) – Funiculare forestiere , Ed. Ceres, Bucureşti Dreyfus, G., (1973) - Etude des rembleis sur sols compressibles , Eyrolles, Paris Dron,A., (1984) - Geotehnică pentru hidroamelioraţii, Ed. Ceres, Bucureşti Ferrari, P., Giannini, F., (1996) - Ingegneria stradale. Corpo stradale e pavimentazioni,

U.L., Torino Florescu, I., Nicolescu, N., (1998) – Silvicultură, vol. II, Silvotehnica, Ed. Universităţii

„Transilvania”, Braşov Gradin,V., (1964) - Stabilitatea terasamentelor de cale ferată, vol. II, Ed.

Transporturilor şi Telecomunicaţiilor, Bucureşti Grudnicki,F, (1984) - Construcţii forestiere, vol. I, Universitatea Suceava Grudnicki, Fr., Ciornei, I., 2001, - Stabilitatea şi dimensionarea barajelor pentru

amenajarea torenţilor, Ed. Universităţii „Ştefan cel Mare” Suceava Horodnic, S., (2003) – Bazele exploatării lemnului, Ed. Universităţii „Ştefan cel Mare”

Suceava Hutte, (1995) - Manualul inginerului-Fundamente, Ed. Tehnică, Bucureşti Ionaşcu, Gh., (1995) – Transporturi forestiere, Ed. „Transilvania”, Braşov Jeuffroy, G., (1978) - Conception et construction des chaussees, Tome 1, Eyrolles, Paris Lehr,H., (1960) - Exemple de calcul pentru proiectarea fundaţiilor, Ed. Tehnică,

Bucureşti Lateş,M.,Zaharescu,E., (1971) - Apărarea malurilor şi protejarea taluzurilor, Ed. Ceres,

Bucureşti Mincă,I.,ş.a., (1998) - Rezistenţa materialelor şi elemente de teoria elasticităţii, Ed.

Tehnică, Bucureşti Mocanu, D. R., (1980) – Rezistenţa materialelor, Ed. Tehnică, Bucureşti Nicoară, L. (1972) – Tereasamente. Profiluri transversale, I.P. Timişoara Nicoară, L., Lucaci, Gh., (1987) – Curs „Proiectarea şi construcţia drumurilor”, partea

I-a, „Terasamente”, I.P. „Traian Vuia”, Timişoara Niţescu,E.,Popescu,Şt., (1998) - Tehnologii şi soft-ware pentru lucrări de construcţii din

pământ, Ed. Performantica, Iaşi Olteanu, N., 1996 – Proiectarea drumurilor forestiere, Ed. Lux Libris, Braşov Păunescu,M.,ş.a., (1973) - Fundaţii, Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti Păunescu,M.,ş.a., (1982) - Geotehnică şi fundaţii, Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti

Rădoane, M., (1996) – Analiza statistică în geografia fizică, Ed. Universităţii „Al. I. Cuza”, Iaşi

Răileanu,P.,ş.a., (1986) - Geologie, geotehnică, fundaţii, vol. I,II,III, I.P.Iaşi Răileanu, P., ş.a., (1992) – Fundaţii, I.P. Iaşi Răileanu, P., Muşat, V., (1988) - Fundaţii în condiţii speciale, Rotaprint, I.P. Iaşi Silion,T.,Răileanu,P., (1990) - Geologie, I.P.Iaşi Stănculescu, I., Athanasiu, C., (1979) - Consolidarea terenului de fundaţie sub

încărcarea unui rambleu, Institutul de Construcţii Bucureşti Verdeyen, J., ş.a., (1971) – Applications de la mecanique des sols, Dunod, Paris Zarojanu, D., (2000) - Geotehnică pentru construcţii forestiere, Ed. Universităţii din

Suceava Zarojanu, D., (2001) – Fiabilitatea căii ferate, Ed. AGIR, Bucureşti Zarojanu, D., Mecanica pământurilor pentru infrastructuri de instalaţii de transport forestiere, Ed. AGIR, Bucureşti, 2004 Zarojanu, D., „Drumuri forestiere”, Ed. Universităţii „Ştefan cel Mare” Suceava, 2007 Zarojanu, H., (1991) - Drumuri. Trasee, I.P. Iaşi Zarojanu, H., (1999) – Drumuri –Trasee, Casa de Editură VENUS, Iaşi Zarojanu, H., Zarojanu, D., (2003) - Cuantificarea capacităţii portante a structurilor

rutiere suple şi semirigide pe baza indicelui structural modificat, Materialele Simpozionului cu participare internaţională „Construcţii inginereşti şi mediul înconjurător”, Ed. Societăţii academice „Matei – Teiu Botez”, Iaşi

***, (1999) - Normativ departamental PD 67/80 privind proiectarea drumurilor forestiere pentru circulaţia autovehiculelor, Bucureşti

***, (1999) - Normativ pentru execuţia lucrărilor de întreţinere şi reparare a drumurilor forestiere, precum şi reglementarea circulaţiei pe aceste drumuri, Bucureşti