MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CĂI FERATE, DRUMURI ŞI PODURI Catedra de Drumuri şi Căi Ferate

Ing. Ştefan Marian LAZĂR

TEZĂ DE DOCTORAT

CONTRIBUŢII LA

DIMENSIONAREA RANFORSĂRII

SISTEMELOR RUTIERE SUPLE

Conducător ştiinţific

Prof.univ.dr.ing. Constantin ROMANESCU

Bucureşti, 2011

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE CĂI FERATE, DRUMURI ŞI PODURI Catedra de Drumuri şi Căi Ferate

DOMENIUL DE DOCTORAT INGINERIE CIVILA

CONTRIBUŢII LA DIMENSIONAREA

RANFORSĂRII SISTEMELOR RUTIERE SUPLE

Conducător ştiinţific

Prof.univ.dr.ing. Constantin ROMANESCU

Doctorand

Ing. Ştefan Marian LAZĂR

Bucureşti, 2011

h ranforsare = ?

1

Motto

“Învăţătura trebuie să fie uneori un drum, totdeauna un orizont.” N. Iorga

2

3

Mulţumiri

În primul rând doresc să mulţumesc conducătorului meu ştiinţific, domnului Prof.dr.ing. Constantin ROMANESCU, pentru permanenta sa îndrumare, sprijinire şi încurajare de-a lungul perioadei de pregătire la doctorat şi de elaborare a tezei. Mulţumesc de asemenea şi celorlalţi membri ai comisiei de doctorat, domnului Prof.dr.ing. Mihai DICU – Preşedinte, Decan al Facultăţii de Căi Ferate, Drumuri şi Poduri din cadrul Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, doamnei Prof.dr.ing. Elena DIACONU – Referent oficial din partea Facultăţii de Căi Ferate, Drumuri şi Poduri a Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, domnului Prof.dr.ing. Mihai ILIESCU – Referent oficial, Decan al Facultăţii de Construcţii din cadrul Universităţii Tehnice din Cluj-Napoca şi domnului Prof.dr.ing. Gheorghe LUCACI – Referent oficial, Decan al Facultăţii de Construcţii din cadrul Universităţii Politehnice din Timişoara, pentru aprecierile făcute în urma parcurgerii acestei lucrări. Doresc să mulţumesc domnului Prof.dr.ing. Iordan PETRESCU, care m-a iniţiat în tainele Metodei Elementelor Finite atunci când eram student şi care mi-a verificat corectitudinea modelului cu elemente finite dezvoltat în cadrul prezentei teze de doctorat, dându-mi sfaturi utile. Cu acest prilej aduc mulţumiri şi domnului Prof.dr.ing. Mircea BALCU pentru sprijinul acordat pe perioada de pregătire doctorală.

Îmi exprim de asemenea recunoştinţa faţă de doamna Conf.dr.ing. Carmen RĂCĂNEL – Şef Catedră Drumuri şi Căi Ferate pentru sprijinul acordat în perioada de elaborare şi definitivare a tezei. Le mulţumesc tuturor colegilor de catedră în mijlocul cărora am activat în toţi aceşti ani scurşi de la înscrierea la programul de doctorat şi care întotdeauna au manifestat înţelegere şi sprijin pentru activitatea mea de studiu. Mulţumesc în mod special domnului Conf.dr.ing Valentin ANTON pentru ajutorul acordat în obţinerea unor materiale de specialitate. În încheiere, mulţumesc familiei mele pentru sprijinul permanent acordat şi părinţilor mei, care întotdeauna au subliniat importanţa unei bune educaţii.

În mod special, doresc să-mi exprim profunda mea recunoştinţă faţă de mama, soţia şi fiica mea, pentru răbdarea, sprijinul şi încurajarea lor. Lazăr Ştefan Marian

4

Lucrarea conţine un număr de 294 pagini, 124 figuri, 44 tabele, 210 relaţii matematice şi 187 referinţe bibliografice.

Cuprins

5

CUPRINS Motto ........................................................................................................................... 1 Mulţumiri ................................................................................................................... 3 Lista figurilor ........................................................................................................... 13 Lista tabelelor .......................................................................................................... 17 Capitolul 1. Problematica ranforsării structurilor rutiere suple ........................ 19 1.1. Introducere …………………………………………………………………….. 19 1.1.1. Cadrul general ...................................................................................... 19

1.1.2. Proiectarea structurilor rutiere suple ………………………………... 19 1.1.3. Evoluţia metodologiei de dimensionare în România ............................ 21 1.2. Ranforsarea structurilor rutiere suple ................................................................. 23

1.2.1. Necesitatea ranforsării structurilor rutiere .......................................... 23 1.2.2. Soluţii de ranforsare a structurilor rutiere suple …………………….. 25

1.2.3. Dimensionarea ranforsărilor ................................................................ 26 1.3. Obiectivele şi structura tezei de doctorat ............................................................ 26

1.3.1. Obiectivele tezei ……………………………………………………… 26 1.3.2. Structura tezei ………………………………………………………... 27

Capitolul 2. Performanţa structurilor rutiere suple ............................................. 31 2.1. Investigarea stării tehnice de degradare a structurilor rutiere ............................. 31 2.1.1. Administrarea rutieră ……………………………………………….... 31 2.1.2. Metode de investigare ........................................................................... 31 2.2. Degradările specifice structurilor rutiere suple .................................................. 36 2.2.1. Clasificarea degradărilor ..................................................................... 36

2.2.2. Reglementări tehnice pentru aprecierea stării tehnice de degradare 36 2.2.3. Degradări de tip structural ................................................................... 38

2.3. Factorii care influenţează degradarea structurii rutiere ...................................... 42 2.3.1. Introducere …………………………………………………………… 42 2.3.2. Încărcarea aplicată …………………………………………………... 42

2.3.2.1. Mărimea încărcării ………………………………………….. 43 2.3.2.2. Configuraţia încărcării ……………………………………… 43 2.3.2.3. Distribuţia încărcării ………………………………………... 44 2.3.2.4. Dispunerea laterală a încărcării ……………………………. 44 2.3.2.5. Efectele dinamice ……………………………………………. 44 2.3.2.6. Caracteristicile pneurilor …………………………………… 46 2.3.3. Condiţiile de mediu înconjurător …………………………………….. 47 2.3.3.1. Temperatura …………………………………………………. 47 2.3.3.2. Umiditatea ………………………………………………….... 48

Cuprins

6

2.3.4. Structura rutieră ……………………………………………………… 48 2.3.4.1. Capacitatea structurală totală ……………………………..... 48 2.3.4.2. Grosimea îmbrăcămintei rutiere .............................................. 49 2.3.4.3. Proprietăţile îmbrăcămintei rutiere ......................................... 50

2.3.4.4. Proprietăţile stratului de bază, stratului de fundaţie şi terenului de fundare …………………………………………………………..... 50

2.4. Modele de performanţă a structurilor rutiere suple ............................................ 51 2.4.1. Criteriul de cedare …………………………………………………… 51 2.4.1.1. Criteriul de cedare prin oboseală …………………………… 52 2.4.1.2. Criteriul de cedare prin ornieraj ……………………………. 54 2.4.1.3. Criteriul de cedare termică ………………………………….. 55 2.4.2. Utilizarea modelării la stabilirea performanţei structurilor rutiere .... 56 2.5. Concluzii ............................................................................................................. 57 Capitolul 3. Principii, modele şi metode de proiectare a structurilor rutiere suple .................................................................................................................................... 59 3.1. Modele clasice ale mecanicii structurilor rutiere ................................................ 59 3.1.1. Introducere ............................................................................................ 59 3.1.2. Prezentarea modelelor clasice ……………………………………….. 59 3.1.2.1. Modelul unistrat de structură rutieră al lui Boussinesq …….. 60 3.1.2.2. Modelul bistrat de structură rutieră al lui Westergaad ……... 61

3.1.2.3. Modelul bistrat de structură rutieră al lui Pasternak ……….. 63 3.1.2.4. Modelul bistrat de structură rutieră al lui Kerr …………….. 63

3.1.2.5. Modelul bistrat de structură rutieră al lui Hogg ……………. 64 3.1.2.6. Modelul multistrat de structură rutieră al lui Burmister ……. 65 3.1.2.7. Modelul multistrat de structură rutieră al lui Jeuffroy ……… 67

3.1.2.8. Modelul vâsco-elasticităţii …………………………………... 68 3.1.3. Limitele modelelor ................................................................................. 68 3.2. Modele europene avansate de proiectare analitică a structurilor rutiere ............ 69 3.2.1. Introducere …………………………………………………………… 69

3.2.2. Prezentarea modelelor şi programelor de calcul ……………………. 70 3.2.2.1. Inventarierea modelelor ……………………………………... 70 3.2.2.2. Clasificarea modelelor ............................................................. 72 3.2.2.3. Modele de tip răspuns .............................................................. 73 3.3. Metode de proiectare a structurilor rutiere suple ................................................ 76

3.3.1. Metoda AASHTO de proiectare a structurilor rutiere suple …………. 76 3.3.1.1. Introducere ............................................................................... 76 3.3.1.2. Ecuaţiile de proiectare ............................................................. 76

3.3.2. Metoda franceză de dimensionarea a structurilor rutiere suple ……... 78 3.3.3. Metoda românească de dimensionare a structurilor rutiere suple …... 80

3.3.3.1. Principii de dimensionare …………………………………… 80 3.3.3.2. Stabilirea traficului de calcul ……………………………….. 80 3.3.3.3. Stabilirea capacităţii portante la nivelul patului drumului …. 81 3.3.3.4. Alegerea alcătuirii structurii rutiere ………………………… 81

Cuprins

7

3.3.3.5. Analiza structurii rutiere la solicitarea osiei standard ……… 82 3.3.3.6. Stabilirea comportării sub trafic a structurii rutiere ………... 82

3.4. Concluzii ............................................................................................................. 84 Capitolul 4. Principii şi metode de proiectare a ranforsării structurilor rutiere suple .......................................................................................................................... 85 4.1. Metode de dimensionare a ranforsărilor ............................................................. 85

4.1.1. Introducere ............................................................................................ 85 4.1.2. Metode empirice .................................................................................... 85

4.1.2.1. Metoda de dimensionare a ranforsărilor utilizată în statul Manitoba – Canada .............................................................................. 85 4.1.2.2. Metoda simplificată de dimensionare a ranforsărilor utilizată în statul Ontario – Canada ....................................................................... 86

4.1.3. Metode semiempirice …………………………………………………. 86 4.1.3.1. Metode bazate pe deflexiune ……………………………….... 86 4.1.3.2. Metode bazate pe curbura admisibilă a suprafeţei drumului .. 89 4.1.3.3. Metoda AASHTO …………………………………………….. 89

4.1.4. Metode analitice ……………………………………………………… 91 4.1.4.1. Introducere ............................................................................... 91 4.1.4.2. Metoda ESSO ………………………………………………... 93 4.1.4.3. Metoda SHELL ………………………………………………. 93 4.1.4.4. Ghidul tehnic – Franţa ………………………………………. 94 4.1.4.5. Soluţii tip de ranforsare – Germania ………………………... 96 4.1.4.6. Concluzii …………………………………………………….. 96

4.2. Concepte noi în dimensionarea straturilor de ranforsare ale structurilor rutiere suple ........................................................................................................................... 97 4.2.1. Conceptul de durată de viaţă reziduală ……………………………… 97 4.2.1.1. Metoda SHELL ………………………………………………. 98 4.2.1.2. Metoda AASHTO …………………………………………… 101 4.2.2. Metode de dimensionare analitice (mecanice) ……………………… 102

4.2.2.1. Criterii de dimensionare …………………………………… 103 4.2.2.2. Modul de analiză a comportării sub trafic a structurii rutiere ranforsate …………………………………………………………… 104

4.3. Metode de dimensionare a ranforsărilor utilizate în România ......................... 109 4.3.1. Metoda de dimensionare a ranforsărilor cu straturi bituminoase ale structurilor rutiere suple, bazată pe măsurătorile de capacitate portantă cu deflectograful Lacroix şi deflectometrul cu pârghie tip Benkelman ............. 109

4.3.1.1. Principii generale ………………………………………….. 109 4.3.1.2. Principii de dimensionare ………………………………….. 110 4.3.1.3. Calculul deflexiunii caracteristice …………………………. 111 4.3.1.4. Calculul grosimii necesare a straturilor de ranforsare ……. 112

4.3.2. Metoda de dimensionare a straturilor de ranforsare ale structurilor rutiere suple, bazată pe măsurătorile de capacitate portantă cu deflectometrul cu sarcină dinamică PHONIX ……………………………………………... 113

Cuprins

8

4.3.2.1. Principii generale ………………………………………….. 113 4.3.2.2. Principii de dimensionare ………………………………….. 114

4.3.3. Metoda analitică de dimensionare a straturilor bituminoase de ranforsare a structurilor rutiere suple …………………………………….. 116

4.3.3.1. Principii generale ………………………………………….. 116 4.3.3.2. Principii de dimensionare ………………………………….. 117

4.3.3.3. Stabilirea traficului de calcul …………………………….... 117 4.3.3.4. Stabilirea capacităţii portante la nivelul patului drumului ... 118 4.3.3.5. Analiza structurii rutiere ranforsate la solicitarea osiei standard ……………………………………………………………………….. 118 4.3.3.6. Stabilirea comportării sub trafic a structurii rutiere ranforsate ……………………………………………………………………….. 120

4.3.4. Catalog de soluţii tip de ranforsare a structurilor rutiere suple pentru sarcina de 115 kN pe osia simplă ………………………………………….. 121

4.3.4.1. Generalităţi ............................................................................ 121 4.3.4.2. Determinarea parametrilor de stabilire a soluţiei de ranforsare .............................................................................................................. 121 4.3.4.3. Stabilirea soluţiei de ranforsare cu straturi bituminoase a structurilor rutiere suple ..................................................................... 123

4.4. Concluzii ........................................................................................................... 125 4.4.1. Metode empirice …………………………………………………….. 125 4.4.2. Metode semiempirice ………………………………………………... 125 4.4.3. Metode analitice …………………………………………………….. 126

Capitolul 5. Analiza stării de tensiuni şi deformaţii a structurilor rutiere prin metoda elementelor finite ...................................................................................... 127 5.1. Introducere ........................................................................................................ 127 5.2. Sistemul discret standard .................................................................................. 130 5.3. Abordarea directă a problemelor în elasticitate ................................................ 130 5.4. Analiza stării de tensiune axialsimetrică .......................................................... 132

5.4.1. Introducere ………………………………………………………….. 132 5.4.2. Caracteristicile elementului finit triunghiular ……………………… 133 5.4.2.1. Funcţia deplasare ………………………………………….. 133 5.4.2.2. Deformaţia specifică (totală) ………………………………. 133

5.4.2.3. Deformaţia specifică iniţială (deformaţia specifică termică) ……………………………………………………………………….. 135

5.4.2.4. Matricea de elasticitate …………………………………….. 136 5.4.2.5. Matricea de rigiditate ……………………………………… 137 5.4.2.6. Forţele nodale exterioare ....................................................... 138 5.4.2.7. Forţele nodale datorate deformaţiei specifice iniţiale ........... 138 5.4.2.8. Forţele distribuite din greutatea proprie ............................... 138 5.4.2.9. Evaluarea tensiunilor ............................................................. 139 5.5. Concluzii ........................................................................................................... 140

5.5.1. Starea plană de tensiune şi deformaţie ……………………………... 141

Cuprins

9

5.5.2. Starea de tensiune axialsimetrică …………………………………... 141 5.5.3. Starea de tensiune tridimensională …………………………………. 142

Capitolul 6. Model de analiză cu elemente finite a structurilor rutiere suple . 143 6.1. Propunere de model cu elemente finite 2D axialsimetrice ............................... 143 6.1.1. Introducere ………………………………………………………….. 143 6.1.2. Modelarea cu elemente finite 2D axialsimetrice ................................. 143 6.1.2.1. Funcţia deplasare .................................................................. 145 6.1.2.2. Deformaţia specifică ……………………………………..... 145 6.1.2.3. Deformaţia specifică iniţială (deformaţia specifică termică) 147 6.1.2.4. Matricea de elasticitate …………………………………….. 147 6.1.2.5. Matricea de rigiditate ……………………………………… 147 6.1.2.6. Evaluarea tensiunilor ………………………………………. 148 6.1.3. Prezentarea modelului cu elemente finite 2D axialsimetrice ……….. 148 6.1.3.1. Structura rutieră analizată …………………………………. 148 6.1.3.2. Modelul cu elemente finite …………………………………. 148 6.1.3.3. Ipotezele de calcul ………………………………………….. 149

6.1.3.4. Modelarea problemelor de interfaţă ……………………….. 150 6.1.3.5. Alte probleme de modelare ………………………………… 150

6.1.4. Rezultatele evaluării modelului cu elemente finite ............................. 151 6.1.4.1. Forma deformată a structurii rutiere flexibile analizate ....... 151 6.1.4.2. Starea de deplasare în direcţie verticală ............................... 152

6.1.4.3. Starea de tensiuni şi deformaţii specifice .............................. 153 6.2. Validarea modelului cu elemente finite ............................................................ 157

6.2.1. Compararea rezultatelor modelului MEFAS 2D cu rezultatele modelelor CALDEROM 2000 şi ALIZE ………………………………………………. 157 6.2.2. Compararea rezultatelor modelului MEFAS 2D cu rezultatele modelelor studiate în cadrul proiectului european AMADEUS ………………………. 159

6.3. Performanţa structurii rutiere analizate – Studiu de caz ................................... 161 6.4. Concluzii ........................................................................................................... 163 Capitolul 7. Evaluarea capacităţii portante cu ajutorul parametrilor bazinului de deflexiune ........................................................................................................... 165 7.1. Introducere ........................................................................................................ 165

7.1.1. Observaţiile specialiştilor Universităţii din Nottingham referitoare la interpretarea bazinului de deflexiune ……………………………………... 166 7.1.2. Observaţiile elaborate în România referitoare la influenţa tipului de structură rutieră asupra bazinului de deflexiune ………………………….. 167

7.2. Propunere de metodă de evaluare a capacităţii portante cu ajutorul parametrilor bazinului de deflexiune ............................................................................................ 169 7.3. Rezultatele privind evoluţia bazinului de deflexiune pentru diverse nivele de degradare a îmbrăcăminţii asfaltice şi a fundaţiei ................................................... 172

7.3.1. Evoluţia bazinului de deflexiune în funcţie de starea asfaltului ……. 172

Cuprins

10

7.3.2. Evoluţia bazinului de deflexiune în funcţie de starea balastului ….... 174 7.3.3. Centralizarea parametrilor care definesc bazinul de deflexiune ….... 177 7.3.4. Evoluţia parametrilor d1, d1-d4 şi d1-d6 în funcţie de rapoartele dintre modulii de elasticitate dinamici ai straturilor structurii rutiere …………... 178

7.4. Concluzii ........................................................................................................... 182 Capitolul 8. Momentul optim de ranforsare stabilit prin durata de viaţă reziduală ................................................................................................................. 185 8.1. Introducere …………………………………………………………………… 185 8.2. Propunere de metodă de estimare a momentului optim de ranforsare ………. 186

8.2.1. Schema sinoptică ……………………………………………………. 186 8.2.2. Modelul de calcul cu elemente finite ………………………………... 188 8.2.3. Conceptul duratei de viaţă reziduală ……………………………….. 188

8.3. Estimarea momentului optim de ranforsare a structurilor rutiere suple ……... 189 8.3.1. Traficul …………………………………………………………….... 189 8.3.2. Alcătuirea structurii rutiere suple …………………………………... 190 8.3.3. Caracteristicile mecanice …………………………………………… 190 8.3.4. Deformabilitatea complexului rutier ………………………………... 192 8.3.5. Răspunsul structurii rutiere ……………………………………….... 193 8.3.6. Performanţa structurii rutiere ………………………………………. 194 8.3.7. Durata de viaţă reziduală …………………………………………... 197 8.3.8. Momentul optim de ranforsare ……………………………………… 198

8.4. Concluzii ……………………………………………………………………... 199 Capitolul 9. Stabilirea soluţiei optime de ranforsare a structurilor rutiere suple......................................................................................................................... 201 9.1. Introducere …………………………………………………………………… 201 9.2. Propunere de metodă de stabilire a soluţiei optime de ranforsare a structurilor rutiere suple ………………………………………………………………………. 202 9.3. Predimensionarea grosimii necesare de ranforsare ………………………….. 203 9.4. Verificarea variantelor de ranforsare ………………………………………… 204

9.4.1. Rezultatele privind evoluţia bazinului de deflexiune pentru diverse variante de ranforsare a structurii rutiere existente ………………………. 205

9.4.1.1. Evoluţia bazinului de deflexiune în funcţie de grosimea de ranforsare …………………………………………………………… 205 9.4.1.2. Evoluţia bazinului de deflexiune în funcţie de starea balastului ……………………………………………………………………….. 208 9.4.1.3. Centralizarea valorilor deflexiunilor caracteristice ……….. 208 9.4.1.4. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de rapoartele dintre modulii de elasticitate dinamici ai straturilor structurii rutiere suple ranforsate ……………………………………………………………………….. 209

9.4.2. Rezultatele privind evoluţia duratei de viaţă reziduală pentru diverse variante de ranforsare a structurii rutiere existente ………………………. 210

Cuprins

11

9.4.2.1. Răspunsul structurii rutiere ranforsate …………………….. 210 9.4.2.2. Performanţa structurii rutiere ranforsate ………………….. 212 9.4.2.3. Durata de viaţă reziduală a structurii rutiere ranforsate ….. 213 9.4.2.4. Soluţia optimă de ranforsare ………………………………. 215

9.5. Concluzii …………………………………………………………………….. 216 Capitolul 10. Criteriu de dimensionare bazat pe tensiunile de forfecare octaedrice ................................................................................................................ 217 10.1. Introducere ………………………………………………………………….. 217

10.1.1. Cadrul general …………………………………………………….. 217 10.1.2. Analiza rezistenţei la forfecare a mixturilor bituminoase …………. 218

10.2. Propunere de criteriu de dimensionare bazat pe tensiunile de forfecare octaedrice …………………………………………………………………………. 218 10.3. Studiu privind evoluţia RTFO pentru structurile rutiere existente …………. 220 10.4. Studiu privind evoluţia RTFO pentru structurile rutiere ranforsate ………... 224 10.5. Concluzii ………………………………………………………………….... 226

10.5.1. Concluzii privind evoluţia RTFO pentru structurile rutiere existente ……………………………………………………………………………… 226 10.5.2. Concluzii privind evoluţia RTFO pentru structurile rutiere ranforsate ……………………………………………………………………………… 226

Capitolul 11. Modelarea numerică a structurilor rutiere suple ranforsate cu geosintetice ............................................................................................................. 227 11.1. Introducere ...................................................................................................... 227

11.1.1. Utilizarea geosinteticelor la structurile rutiere suple ……………... 227 11.1.2. Modelarea numerică a structurilor rutiere suple …………………. 228 11.1.3. Modelarea cu elemente finite axialsimetrice 2D ………………….. 228

11.2. Ipoteze de calcul ............................................................................................. 228 11.2.1. Variante de dispunere a materialului geosintetic …………………. 228 11.2.2. Caracteristicile de deformabilitate ale materialelor ……………… 229 11.2.3. Tipul de analiză …………………………………………………..... 229

11.3. Rezultatele analizei cu elemente finite ........................................................... 230 11.4. Performanţa structurilor rutiere analizate ....................................................... 234 11.5. Concluzii ......................................................................................................... 235 Capitolul 12. Concluzii, contribuţii şi perspective .............................................. 237 12.1. Concluzii ……………………………………………………………………. 237 12.2. Contribuţii …………………………………………………………………... 245 12.3. Perspective ...................................................................................................... 248

Bibliografie ………………………………………………………………………. 249

Cuprins

12

Anexe ....................................................................................................................... 265 Anexa A.2.1. Investigaţii nedistructive privind determinarea capacităţii portante a structurilor rutiere .................................................................................................... 265 A.2.1.1. Capacitatea portantă a structurilor rutiere existente …………….. 265

A.2.1.2 Prezentarea sumară a echipamentelor de măsurare a deflexiunilor …………………………………………………………………………….... 266

A.2.1.2.1. Deflectometrul cu pârghie tip Benkelman ……………….. 266 A.2.1.2.2. Deflectograful Lacroix ………………………………....... 267

A.2.1.2.3. Curviametrul ……………………………………………... 267 A.2.1.2.4. Deflectometrul cu sarcină aplicată prin impuls (FWD) …. 268 A.2.1.2.4.1. Deflectometrul FWD de tip Dynatest ………………….. 268 A.2.1.2.4.2. Deflectometrul FWD de tip KUAB …………………….. 269 A.2.1.2.4.3. Deflectometrul FWD de tip Phonix ……………………. 270 A.2.1.2.4.4. Deflectometrul PRIMA 100 ……………………………. 270 A.2.1.2.5. Echipament de măsurare cu sarcină armonică ………….. 272 A.2.1.2.6. Echipamente de măsurare prin undă de propagare ……... 273 Anexa B.3.3.2. ALIZÉ - Program de calcul al tensiunilor şi deformaţiilor specifice într-un mediu multistrat elastic linear aplicat structurilor rutiere suple .................. 275 B.3.3.2.1. Prezentare generală …………………………………………….. 275 B.3.3.2.2. Problema mecanică …………………………………………….. 278 B.3.3.2.3. Modelul teoretic Burmister ……………………………………... 279 Anexa B.3.3.3. CALDEROM 2000 - Program pentru calculul tensiunilor şi deformaţiilor specifice în structurile rutiere suple în România ............................... 281

B.3.3.3.1. Generalităţi ……………………………………………………... 281 B.3.3.3.2. Ipoteze de calcul ………………………………………………... 281 B.3.3.3.3. Modul de rezolvare a problemei mecanice ……………………... 281

Anexa C.6.1. LUSAS - Program de calcul bazat pe Metoda Elementelor Finite (MEF) .................................................................................................................................. 283 C.6.1.1 Introducere ………………………………………………………... 283 C.6.1.2. LUSAS – sistem de analiză cu elemente finite ……………………. 283 C.6.1.3. Ecuaţii de bază în metoda elementelor finite …………………….. 286 C.6.1.3.1. Echilibrul static .................................................................. 286 C.6.1.3.2. Cuprinsul rezultatelor modelului din faza de presoluţie … 288 C.6.1.3.2.1. Încărcările rezultante ...................................................... 288 C.6.1.3.2.2. Proprietăţile maselor ………………………………….. 289 C.6.1.4. Modele linear elastice ..................................................................... 290 C.6.1.5. Elemente continuue bidimensionale ................................................ 290 C.6.1.5.1. Elemente Standard Izoparametrice .................................... 290

C.6.1.5.2. Elemente Axialsimetrice (QAX4, QAX8, TAX3, TAX6, QXK8, TXK6) .................................................................................................. 291

Cuprins

13

Lista figurilor Figura 1.1. Alcătuirea unei structuri rutiere suple româneşti .................................. 21 Figura 2.1. Carotă prelevată din îmbrăcămintea unei structuri rutiere suple indicând o desprindere aproximativ la 3 in. de suprafaţă (1 in. = 25,4 mm) ……………….. 32 Figura 2.2. Schema penetrometrului cu con dinamic (DCP) ……………………… 33 Figura 2.3. Corelarea dintre CBR şi coeficientul de penetrare …………………… 33 Figura 2.4. Bazin de deflexiuni tipic Dynaflect. Parametrii bazinului de deflexiuni ……………………………………………………………………………………… 34 Figura 2.5. Alcătuirea schematică a diagramei de testare pentru analiza spectrală a undelor de suprafaţă (SASW) ……………………………………………………… 35 Figura 2.6. Exemplu de fisurare din oboseală pe urma roţilor în structurile rutiere suple ………………………………………………………………………………... 38 Figura 2.7. Exemplu de faianţare la structurile rutiere suple ……………………... 39 Figura 2.8. Exemplu de fisurare longitudinală în structurile rutiere suple ……….. 39 Figura 2.9. Exemplu de plombe ……………………………………………………. 40 Figura 2.10. Exemplu de făgaşe în structurile rutiere suple ………………………. 40 Figura 2.11. Exemplu de gropi în structurile rutiere suple ………………………... 41 Figura 2.12. Exemplu de pompaj la structurile rutiere suple ……………………... 41 Figura 3.1. Distribuţia presiunilor într-un masiv Boussinesq .................................. 60 Figura 3.2. Schema modelului lui Westergaad ......................................................... 61 Figura 3.3. Schema modelului lui Pasternak ……………………………………… 63 Figura 3.4. Schema modelului lui Kerr ……………………………………………. 64 Figura 3.5. Schema modelului lui Hogg .................................................................... 65 Figura 3.6. Schema modelului lui Burmister ............................................................ 66 Figura 3.7. Schema modelului lui Jeuffroy ............................................................... 67 Figura 3.8. Încărcarea de referinţă ………………………………………………... 78 Figura 4.1. Schema structurii rutiere tristrat ……………………………………… 99 Figura 4.2. Schema funcţionării FWD şi a răspunsului structurii rutiere la solicitare ……………………………………………………………………………………… 99 Figura 4.3. Vedere de ansamblu a deflectografului Lacroix …………………….. 110 Figura 4.4. Poziţia de lucru a deflectometrului cu pârghie tip Benkelman ……… 110 Figura 4.5. Schema dispunerii geofonilor şi bazinul de deflexiuni înregistrat …... 113 Figura 4.6. Schema sinoptică a metodei de stabilire a soluţiei de ranforsare …… 122 Figura 4.7. Planşă cu soluţii pentru ranforsarea structurilor rutiere suple din grupul de structuri rutiere G1 ……………………………………………………………. 124 Figura 5.1. Element finit al unui solid axialsimetric ……………………………... 132 Figura 5.2. Deformaţiile şi tensiunile implicate în analiza solidelor axialsimetrice …………………………………………………………………………………….. 134 Figura 5.3. Material stratificat axialsimetric …………………………………….. 135 Figura 6.1. Solid axialsimetric (corp de revoluţie) ………………………………. 144 Figura 6.2. Element finit al unui solid axialsimetric ............................................... 144

Cuprins

14

Figura 6.3. Deformaţiile şi tensiunile implicate în analiza solidelor axialsimetrice .................................................................................................................................. 146 Figura 6.4. Modelul cu elemente finite 2D axialsimetrice cu dimensiuni de r⋅6 şi raport de 1:1 ............................................................................................................ 149 Figura 6.5. Forma deformată comparativ cu cea nedeformată a modelului …….. 152 Figura 6.6. Deformata modelului cu elemente finite 2D axialsimetrice …………. 152 Figura 6.7. Starea de deplasare verticală a modelului …………………………... 152 Figura 6.8. Deplasarea verticală a modelului în diferite secţiuni .......................... 153 Figura 6.9. Variaţia tensiunii în direcţie verticală; Convenţie de semne în LUSAS: (+) întindere; (-) compresiune. …………………………………………………… 153 Figura 6.10. Variaţia tensiunii în direcţie verticală în diferite secţiuni; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune. …………………………………………... 154 Figura 6.11. Variaţia tensiunii în direcţie orizontală; Convenţie de semne în LUSAS: (+) întindere; (-) compresiune. …………………………………………………… 154 Figura 6.12. Variaţia tensiunii în direcţie orizontală în diferite secţiuni; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune. …………………………………………... 155 Figura 6.13. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie verticală; Convenţie de semne în LUSAS: (+) întindere; (-) compresiune. ……………………………………….. 155 Figura 6.14. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie verticală în diferite secţiuni; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune. ……………………………. 156 Figura 6.15. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie orizontală; Convenţie de semne în LUSAS: (+) întindere; (-) compresiune. ………………………………... 156 Figura 6.16. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie orizontală în diferite secţiuni; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune. ……………………………. 157 Figura 6.17. Tensiunile în reperul axialsimetric - Coordonate cilindrice .............. 158 Figura 6.18. Gradul de corelare al valorilor tensiunilor verticale ......................... 163 Figura 6.19. Gradul de corelare al valorilor deformaţiilor specifice orizontale ... 164 Figura 7.1. Caracteristicile bazinului de deflexiune ……………………………... 166 Figura 7.2. Caracterizarea simplificată a bazinului de deflexiune ………………. 167 Figura 7.3. Bazinele de deflexiune tipice ale celor trei structuri rutiere ………… 168 Figura 7.4. Schema dispunerii geofonilor şi bazinul de deflexiuni înregistrat …... 170 Figura 7.5. Bazinul de deflexiuni calculat cu modelul MEFAS 2D ……………… 171 Figura 7.6. Bazinul de deflexiuni în cazul A (Eb = 300 MPa) …………………… 172 Figura 7.7. Bazinul de deflexiuni în cazul B (Eb = 255 MPa) …………………… 173 Figura 7.8. Bazinul de deflexiuni în cazul C (Eb = 240 MPa) …………………… 173 Figura 7.9. Bazinul de deflexiuni în cazul D (Eb = 210 MPa) …………………... 174 Figura 7.10. Bazinul de deflexiuni în cazul SRS P (Ema = 4016 MPa) …………. 175 Figura 7.11. Bazinul de deflexiuni în cazul SRS E1 (Ema = 3300 MPa) ………... 175 Figura 7.12. Bazinul de deflexiuni în cazul SRS E2 (Ema = 3000 MPa) ………... 176 Figura 7.13. Bazinul de deflexiuni în cazul SRS E3 (Ema = 2500 MPa) ………... 176 Figura 7.14. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de raportul Ema/Eb ………….. 179 Figura 7.15. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de raportul Ema/Ep ………….. 179 Figura 7.16. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de parametrul (d1-d4) ………... 180 Figura 7.17. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de parametrul (d1-d6) ………... 180 Figura 7.18. Evoluţia parametrului (d1-d4) în funcţie de raportul Ema/Eb …….. 181

Cuprins

15

Figura 7.19. Evoluţia parametrului (d1-d4) în funcţie de raportul Ema/Ep …….. 181 Figura 7.20. Evoluţia parametrului (d1-d4) în funcţie de parametrul (d1-d6) …... 182 Figura 8.1. Nivelul de serviciu - cicluri de funcţionare a structurilor rutiere …… 186 Figura 8.2. Schema sinoptică a metodei MEMOR SRS ………………………….. 187 Figura 8.3. Evoluţia deflexiunii caracteristice a suprafeţei structurii rutiere în funcţie de caracteristicile mecanice ale asfaltului şi balastului …………………………. 192 Figura 8.4. Evoluţia rε în funcţie de caracteristicile mecanice ale asfaltului şi balastului …………………………………………………………………………. 193 Figura 8.5. Evoluţia zε în funcţie de caracteristicile mecanice ale asfaltului şi balastului …………………………………………………………………………. 194 Figura 8.6. Performanţa structurii rutiere în funcţie de criteriul de dimensionare …………………………………………………………………………………….. 195 Figura 8.7. Traficul admisibil în funcţie de starea de degradare a asfaltului şi balastului …………………………………………………………………………. 196 Figura 8.8. Traficul admisibil în funcţie de deformaţiile specifice de întindere la baza straturilor asfaltice ……………………………………………………………….. 196 Figura 8.9. Evoluţia duratei de viaţă reziduală în timp ………………………….. 197 Figura 8.10. Evoluţia duratei de viaţă reziduală în funcţie de capacitatea portantă a structurii rutiere ………………………………………………………………….. 198 Figura 9.1. Bazinul de deflexiune în cazul A (Eb = 300 MPa) …………………... 206 Figura 9.2. Bazinul de deflexiune în cazul B (Eb = 255 MPa) …………………... 206 Figura 9.3. Bazinul de deflexiuni în cazul C (Eb = 240 MPa) …………………… 207 Figura 9.4. Bazinul de deflexiuni în cazul D (Eb = 210 MPa) …………………... 207 Figura 9.5. Bazinul de deflexiune în cazul soluţiei R1 de ranforsare ……………. 208 Figura 9.6. Evoluţia parametrului d1 în funcţie de raportul Ema/Eb …………… 209 Figura 9.7. Evoluţia rε în funcţie de caracteristicile mecanice ale asfaltului şi balastului …………………………………………………………………………. 211 Figura 9.8. Evoluţia zε în funcţie de caracteristicile mecanice ale asfaltului şi balastului …………………………………………………………………………. 211 Figura 9.9. Traficul admisibil în funcţie de deformaţiile specifice de întindere la baza straturilor asfaltice ……………………………………………………………….. 212 Figura 9.10. Evoluţia duratei de viaţă reziduală în funcţie de deformaţiile specifice de întindere la baza straturilor asfaltice …………………………………………. 213 Figura 9.11. Evoluţia duratei de viaţă reziduală în funcţie clasa de trafic ……… 214 Figura 9.12. Evoluţia duratei de viaţă reziduală în funcţie de capacitatea portantă a structurii rutiere ………………………………………………………………….. 216 Figura 10.1. Diagrama Asphalt Institute pentru mixturi asfaltice ……………….. 221 Figura 10.2. Evoluţia RTFO în funcţie de raportul Ema/Eb pentru SRS E ……… 223 Figura 10.3. Evoluţia RTFO în funcţie de raportul Ema/Ep pentru SRS E ……… 223 Figura 10.4. Evoluţia RTFO în funcţie de raportul Ema/Eb pentru SRS E R ……. 225 Figura 11.1. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie orizontală; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune …………………………………………… 230 Figura 11.2. Variaţia deformaţiei specifice în direcţie verticală; Convenţie de semne: (-) întindere; (+) compresiune ……………………………………………………. 231

Cuprins

16

Figura 11.3. Variaţia tensiunii de forfecare ............................................................ 231 Figura 11.4. Variaţia tensiunii orizontale ............................................................... 232 Figura 11.5. Variaţia tensiunii verticale de compresiune ………………………... 233 Figura 11.6. Bazinul de deflexiune .......................................................................... 233 Figura 11.7. Variaţia tensiunilor de forfecare ........................................................ 235 Figura A.2.1. Vedere generală a deflectometrului cu pârghie tip Benkelman …… 266 Figura A.2.2. Vedere generală a deflectografului Lacroix ………………………. 267 Figura A.2.3. Vedere generală Curviametru ……………………………………... 268 Figura A.2.4. Deflectometrul Dynatest 8000 FWD ………………………………. 269 Figura A.2.5. Deflectometrul KUAB ……………………………………………... 269 Figura A.2.6. Vedere de ansamblu a deflectometrului Phonix …………………... 270 Figura A.2.7. Deflectometrul PRIMA 100 ………………………………………... 271 Figura A.2.8. Prezentarea paşilor de lucru în programul aferent PRIMA 100 ….. 271 Figura A.2.9. Echipamentul Dynaflect …………………………………………… 272 Figura A.2.10. Echipamentul SPA ………………………………………………... 273 Figura B.3.1. Definirea structurii rutiere ………………………………………… 276 Figura B.3.2. Reperul general ……………………………………………………. 277 Figura B.3.3. Condiţii de conlucrare la interfaţa dintre straturile rutiere ………. 278 Figura B.3.4. Tensiunile în reperul axialsimetric - Coordonate cilindrice ……… 279 Figura B.3.5. Modelul Burmister ………………………………………………… 279 Figura B.3.6. Rezultatele în reper axialsimetric ale tensiunilor …………………. 282 Figura C.6.1.a. Configuraţia nodală a elementelor finite 2D izoparametrice standard .................................................................................................................................. 291 Figura C.6.1.b. Configuraţia nodală a elementelor finite 2D izoparametrice standard .................................................................................................................................. 291 Figura C.6.2. Exemple ilustrând folosirea elementelor solide axialsimetrice …… 292 Figura C.6.3.a. Elemente finite solide continuue 2D axialsimetrice ...................... 292 Figura C.6.3.b. Elemente finite solide continuue 2D axialsimetrice ...................... 293

Cuprins

17

Lista tabelelor Tabelul 2.1. Tipurile de degradări ale structurilor rutiere cu îmbrăcăminte din beton asfaltic ……………………………………………………………………………… 37 Tabelul 2.2. Tipurile de degradări ale structurilor rutiere cu îmbrăcăminte bituminoasă, conform normelor româneşti ………………………………………… 37 Tabelul 3.1. Inventarierea modelelor şi programelor de proiectare existente ……... 71 Tabelul 4.1. Clasele de trafic exprimate în osii standard de 13 tf …………………. 95 Tabelul 4.2. Modelele de degradare utilizate în dimensionare …………………… 103 Tabelul 4.3. Volumele de trafic admisibile pentru diferite valori ale deformaţiei specifice orizontale de întindere ………………………………………………….. 106 Tabelul 4.4. Volumele de trafic admisibile pentru diferite valori ale deformaţiei specifice verticale de compresiune ……………………………………………….. 108 Tabelul 4.5. Valorile coeficientului αt …………………………………………… 111 Tabelul 4.6. Valorile deflexiunii admisibile şi ale coeficientului k ………………. 112 Tabelul 4.7. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale mixturii asfaltice existente …………………………………………………………………. 119 Tabelul 4.8. Valorile de calcul ale caracteristicilor de deformabilitate ale mixturilor asfaltice din straturile bituminoase de ranforsare ………………………………… 119 Tabelul 4.9. Clasa de trafic pentru dimensionare ………………………………… 121 Tabelul 4.10. Alcătuirea sistemului rutier pentru grupurile de structură rutieră …. 123 Tabelul 4.11. Clasificarea grosimii totale a straturilor bituminoase existente …… 123 Tabelul 4.12. Clasa de deformabilitate a complexului rutier …………………….. 123 Tabelul 5.1. Procesul evolutiv al metodei cu elemente finite …………………….. 129 Tabelul 6.1. Caracteristicile structurii rutiere …………………………………….. 148 Tabelul 6.2. Compararea rezultatelor MEFAS 2D versus CALDEROM 2000 şi ALIZE …………………………………………………………………………….. 159 Tabelul 6.3. Structura rutieră AMADEUS analizată ……………………………... 160 Tabelul 6.4. Rezultate de la diferite modele pentru încărcare cu roata simplă …… 160 Tabelul 6.5. Valorile deformaţiilor specifice în punctele critice ale structurii rutiere obţinute cu programul CALDEROM 2000 ………………………………………. 162 Tabelul 6.6. Valorile admisibile corespunzătoare criteriilor de dimensionare …… 162 Tabelul 7.1. Modul de alcătuire al structurilor rutiere ……………………………. 168 Tabelul 7.2. Modificarea caracteristicilor mecanice ale straturilor asfaltice în timp …………………………………………………………………………………….. 170 Tabelul 7.3. Centralizarea parametrilor bazinului de deflexiune ………………… 177 Tabelul 7.4. Valorile deflexiunii admisibile şi clasele de trafic ………………….. 178 Tabelul 8.1. Clasa de trafic pentru dimensionare (conform CD 155) ……………. 189 Tabelul 8.2. Alcătuirea structurii rutiere existente ……………………………….. 190 Tabelul 8.3. Caracteristicile mecanice iniţiale ale structurii rutiere ……………… 190 Tabelul 8.4. Alterarea caracteristicilor mecanice ale straturilor asfaltice în timp ... 191

Cuprins

18

Tabelul 9.1. Valorile deflexiunii admisibile şi ale coeficientului k luate în calcul …………………………………………………………………………………….. 203 Tabelul 9.2. Grosimile necesare de ranforsare …………………………………… 204 Tabelul 9.3. Variante de ranforsare ………………………………………………. 204 Tabelul 9.4. Centralizarea caracteristicilor mecanice ale materialelor componente …………………………………………………………………………………….. 205 Tabelul 9.5. Centralizarea valorilor deflexiunilor caracteristice …………………. 208 Tabelul 9.6. Centralizarea calculelor ……………………………………………... 215 Tabelul 10.1 Caracteristicile intrinseci în funcţie de calitatea mixturii asfaltice … 221 Tabelul 10.2 Centralizarea calculelor pentru structurile rutiere existente ………... 222 Tabelul 10.3 Centralizarea calculelor pentru structurile rutiere ranforsate ………. 224 Tabelul 11.1. Amplasarea geosinteticului ………………………………………... 229 Tabelul 11.2. Caracteristicile materialelor structurii rutiere ……………………… 229 Tabelul 11.3. Valorile deformaţiilor specifice ……………………………………. 234 Tabelul 11.4. Valorile admisibile corespunzătoare criteriilor de dimensionare ….. 234 Tabelul 11.5. Valorile tensiunii de forfecare şi ale tensiunii de întindere ………... 234

Capitolul 1.

19

CAPITOLUL 1. PROBLEMATICA RANFORSĂRII STRUCTURILOR RUTIERE SUPLE

1.1. Introducere 1.1.1. Cadrul general Mişcarea populaţiei şi a bunurilor în toată lumea este dependentă în principal de o reţea de transport constând din căi de comunicaţie rutiere. În mare parte, dacă nu în totalitate, activităţile economice, personale şi publice sunt rezultatul acestui sistem de transport. Considerând costurile iniţiale de execuţie şi anuale de întreţinere mari ale căilor rutiere şi faptul că fiecare cale rutieră serveşte multor utilizatori, singurul proprietar prevăzător al căilor rutiere este sectorul public. Astfel, domeniul inginerie civilă este cel care administrează vasta reţea de căi rutiere. Suprafaţa acestor căi rutiere, adică structura rutieră, trebuie să aibă suficientă planeitate pentru a permite o viteză rezonabilă călătoriei, precum şi să asigure siguranţa persoanelor şi a mărfurilor. În plus, odată ce structura rutieră este în serviciu (exploatare), activităţile care depind de ea vor fi încărcate financiar dacă structura rutieră este scoasă din serviciu pentru lucrări de reparaţie sau întreţinere. Astfel, structurile rutiere ar trebui să fie proiectate cu o durată de serviciu îndelungată şi cu puţine lucrări de întreţinere. Realizarea unei proiectări de succes a unei structuri rutiere depinde de mai multe variabile. Practica proiectării structurilor rutiere este bazată atât pe principiile ingineriei cât şi pe experienţă.

Structuri rutiere s-au construit cu mult înaintea calculatoarelor electronice automate (computer-elor), a aparatelor de calcul şi chiar a riglelor de calcul. Anterior timpurilor moderne, structurile rutiere au fost proiectate pe sistemul încercare-eroare şi pe metode practice, mai degrabă decât pe baza metodelor mult mai complicate utilizate în prezent. Chiar şi metodele moderne necesită o anumită cantitate de experienţă şi simţ practic.

Cele mai utilizate metode astăzi sunt bazate pe experimente la scară reală, pe structuri rutiere în exploatare care au fost construite pentru a fi monitorizată starea lor tehnică de degradare. Informaţiile empirice obţinute de la aceste teste de drum constituie baza comună pentru metodele actuale de proiectare a structurilor rutiere.

Recent, cu puterea de calcul mărită a calculatoarelor personale, au fost introduse metode de proiectare a structurilor rutiere cu o bază mult mai matematică cum ar fi teoria straturilor elastice şi analiza subtilă cu elemente finite. Aceste metode necesită instruire vastă pentru folosire şi nu sunt dezvoltate pentru neexperimentaţi. 1.1.2. Proiectarea structurilor rutiere suple Structurile rutiere prin specificul lor sunt supuse direct solicitărilor din trafic şi condiţiilor climatice, solicitări care prin natura lor au un grad mare de variabilitate şi influenţează comportarea în exploatare a drumurilor.

Capitolul 1.

20

Structurile rutiere suple sunt proiectate să se încovoaie şi să revină la poziţia iniţială odată cu pământul de fundare. Conceptul de proiectare este acela de a plasa suficiente straturi de fundaţie şi de îmbrăcăminte astfel încât să se controleze deformaţiile specifice în terenul de fundare şi să nu rezulte deformaţii permanente.

Solicitarea unei structuri rutiere cu îmbrăcăminte asfaltică necesită ca straturile legate să fie amplasate la suprafaţă şi straturile mai slabe succesiv în jos spre terenul de fundare.

La dimensionarea structurilor rutiere se ia în considerare şi pământul din pat până la adâncimea la care se resimt încărcările transmise de vehicule. Structura rutieră împreună cu zona activă a terasamentelor care conlucrează la preluarea încărcărilor formează complexul rutier.

Distribuţia eforturilor unitare sub încărcări este influenţată în mod deosebit de rigiditatea straturilor şi de adâncimea la care se găsesc în raport cu suprafaţa şoselei.

Cele mai multe metode de proiectare a structurilor rutiere suple sunt bazate pe o combinaţie între teoria straturilor elastice şi experimentare. Teoria straturilor elastice este folosită la calcularea deformaţiile specifice în fiecare din straturi astfel încât să se garanteze faptul că nu vor apare deformaţii foarte mari. Experimentarea se referă la parametri de performanţă care estimează numărul de încărcări (de încovoieri ale structurii rutiere) până la apariţia fisurării.

În ţara noastră, sistemele rutiere suple, numite şi nerigide sau flexibile, comportă o îmbrăcăminte bituminoasă pe straturi de bază şi de fundaţie alcătuite în general din agregate naturale, în conformitate cu Metoda normată de dimensionare a sistemelor rutiere suple (metoda analitică) ind. PD 177-2001 [170].

În structura rutieră, straturile componente au diferite roluri. Cel mai important rol, în cazul unui drum modern, îl are stratul de bază. Acest

strat trebuie realizat din materiale rezistente, aglomerate cu lianţi, apte să preia solicitările de întindere şi de forfecare date de vehicule.

Stratul de fundaţie preia încărcările normale de la stratul de bază şi le repartizează astfel încât să poată fi suportate de patul drumului. Având de suportat presiuni relativ reduse, stratul de fundaţie poate fi executat din materiale granulare locale.

Stratul de bază se acoperă cu un strat de suprafaţă, neted şi impermeabil – îmbrăcămintea – apt să preia direct acţiunile tangenţiale date de vehicule, să reziste la intemperii şi la poansonarea produsă de sarcinile verticale, numit şi strat de uzură.

În cazul îmbrăcăminţilor asfaltice, când traficul este redus, execuţia se poate face într-un singur strat. Dacă necesităţile traficului impun o îmbrăcăminte mai groasă, atunci, pentru a se economisi din materialele de calitate, îmbrăcămintea se poate executa pe un strat inferior de legătură sau binder. Binderul nu este solicitat direct de factorii climatici, de aceea poate fi executat dintr-o mixtură bituminoasă mai puţin rezistentă decât stratul de uzură.

Îmbrăcămintea contribuie la sporirea rezistenţei structurii rutiere dacă are suficientă rigiditate ca să poată produce un efect de dală.

Între patul căii şi fundaţie se interpune aproape întotdeauna un strat de formă (substrat de nisip sau balast), de 10-15 cm grosime, având rolul de a drena apele meteorice care se infiltrează în corpul drumului, de a tăia ascensiunea capilară a

Capitolul 1.

21

apelor subterane, de a împiedica contaminarea structurii rutiere cu argilă din pat, de a repartiza mai uniform presiunile pe patul drumului şi de a împiedica pătrunderea îngheţului până la nivelul patului.

După modul de comportare sub acţiunea combinată a traficului şi intemperiilor, structurile rutiere sunt considerate în mod convenţional nerigide (suple) sau rigide.

Structurile rutiere suple necesită fundaţii mai rezistente, dar având limite largi de deformabilitate se pot adapta mai uşor tasărilor neuniforme ale patului drumului fără să fisureze. O structură rutieră flexibilă (suplă), cu rezistenţa omogenă, se comportă cu atât mai bine la şocuri cu cât energia potenţială de deformaţie este mai mare şi deci sub aceeaşi încărcare se deformează mai uşor.

Figura 1.1. Alcătuirea unei structuri rutiere suple româneşti [38]

În concluzie, structurile rutiere suple tradiţionale sunt sisteme stratificate cu

materiale mai bune la partea de sus unde intensitatea solicitării este ridicată şi materiale inferioare la partea de jos unde intensitatea este scăzută.

Adoptarea acestui principiu de proiectare face posibilă utilizarea materialelor locale şi duce de obicei la o proiectare mult mai economică. Acest lucru este valabil în special în regiunile în care materialele de calitate superioară sunt scumpe dar materialele locale de calitate inferioară sunt disponibile cu uşurinţă.

1.1.3. Evoluţia metodologiei de dimensionare în România [45]

Pentru dimensionarea în ţara noastră a structurilor rutiere suple este încă în

vigoare STAS 1339 “Lucrări de drumuri. Dimensionarea sistemelor rutiere. Principii fundamentale”.

Elaborarea în anul 1968 a acestui standard a reprezentat desigur o etapă importantă în îmbunătăţirea metodologiei de dimensionare, deoarece s-a renunţat la o metodă empirică, deci lipsită de o justificare teoretică, care era bazată pe indicele de capacitate portantă californian (CBR - California Bearing Ratio) al pământului de fundare.

Noua metodă adoptată era o metodă sovietică, care se bazează pe criteriul deformaţiei admisibile a îmbrăcăminţii rutiere sub solicitarea traficului, ipoteza acceptată fiind că depăşirea acestei deformaţii ar conduce la distrugerea structurii rutiere.

Capitolul 1.

22

Analizată prin prisma cunoştintelor actuale privind modul de comportare în exploatare a structurilor rutiere, acestei metode de dimensionare i se pot aduce numeroase critici. Este suficient să fie menţionate următoarele:

- criteriul deformaţiei admisibile implică acceptarea unei deformaţii permanente, parte integrantă din deformaţia totală, deci producerea sub solicitările traficului, a unor făgaşe. Ori, această ipoteză nu poate fi admisă pentru drumurile modeme;

- se utilizează vehiculul etalon A13, care are pe osia din spate 91 kN şi presiunea de contact de 5 daN/cm2 şi care nu are nici o corespondenţă cu tipurile de vehicule care circulă pe reţelele de drumuri din România;

- materialele de construcţie rutieră şi pământul de fundare sunt caracterizate prin modulul de deformaţie. În acest scop, diferitele materiale din alcătuirea straturilor rutiere au fost “echivalate” cu cele din metodologia sovietică, fără să se ia în considerare comportarea reologică a mixturilor asfaltice, deci variaţia caracteristicilor de deformabilitate ale acestor materiale în funcţie de temperatură.

Pe plan mondial, cercetările se desfăşurau în scopul perfecţionării metodologiilor de dimensionare, aşa numitele metode “analitico-empirice” sau “mecanico-empirice” căpătând o popularitate din ce în ce mai răspândită.

Filozofia abordării analitice a dimensionării structurilor rutiere constă din tratarea acestora în acelaşi mod ca orice construcţie inginerească şi anume, prin analizarea structurală a sistemului rutier şi compararea tensiunilor sau a deformaţiilor specifice datorate solicitării diferitelor sarcini, cu cele admisibile.

Cu tot accesul limitat al specialiştilor noştri la rezultatele cercetărilor efectuate în diferite ţări, structurile rutiere tip incluse în “Catalogul de structuri tip pentru drumuri publice”, elaborat în perioada 1974 - 1976, au fost verificate prin metode de calcul bazate pe următoarele criterii:

- deformaţia elastică admisibilă a complexului rutier; - tensiunea orizontală admisibilă la baza straturilor bituminoase şi la baza

straturilor din agregate naturale stabilizate cu ciment; - tensiunea verticală admisibilă la nivelul patului drumului. Catalogul de structuri rutiere tip a reprezentat o primă etapă în acţiunea de

tipizare a structurilor rutiere din România. El a suferit unele modificări în anul 1989, ca urmare a necesităţii reducerii consumului de energie implicat în realizarea acestor structuri rutiere.

Aceleaşi criterii de dimensionare sunt utilizate la dimensionarea ranforsărilor cu strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici ale sistemelor rutiere nerigide, care face obiectul instrucţiunilor “indicativ CD 152”, intrate în vigoare în anul 1985.

În anul 1993 au fost aprobate “Instrucţiunile tehnice departamentale pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide, indicativ AND 517” şi “Instrucţiunile tehnice departamentale pentru dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare a sistemelor rutiere suple şi semirigide, indicativ AND 518”. Deşi principiile de dimensionare adoptate reprezentau sinteza celor mai avansate cunoştinte din domeniu, fiind considerate un progres în metodologia de

Capitolul 1.

23

dimensionare, ele au fost aprobate cu titlu experimental, pentru o perioadă de un an, prevederile STAS 1339, revizuit în mod formal în anul 1979, rămânând în vigoare.

Un pas deosebit de important a costituit elaborarea în anul 1998 a “Normativului pentru dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare a sistemelor rutiere suple şi semirigide (metoda analitică), indicativ AND 550”. Odată cu intrarea în vigoare a acestui normativ, s-a restrâns domeniul de aplicare al “Instrucţiunilor tehnice departamentale pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide, indicativ AND 517”, în sensul că prevederile capitolului III nu se aplică la dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare a acestor tipuri de structuri rutiere.

În anul 2000 a fost elaborat “Normativul pentru dimensionarea sistemelor rutiere suple şi semirigide (metoda analitică), indicativ PD 177-2001”, care înlocuieşte metoda de dimensionare prevăzută în vechile instrucţiuni şi prevederile instrucţiunilor indicativ AND 517-93.

Pentru dimensionarea sistemelor rutiere pentru străzi, sunt în vigoare principiile şi reglementările tehnice din “Proiectul tip - Sisteme rutiere tip rigide şi suple pentru străzi” şi din “Normativul departamental pentru întreţinerea şi reparaţia străzilor, nr. 270”.

Prevederile normativului indicativ AND 550 se aplică şi la străzi, fiind însă condiţionate de necesitatea asigurării condiţiilor de sistematizare pe verticală, a continuităţii circulaţiei la intersecţii şi de condiţiile tehnice specifice acestor lucrări.

Proiectanţii lucrărilor noi de drumuri şi străzi şi a celor de reabilitare a acestora dispun astăzi de o metodologie modernă de dimensionare a structurilor rutiere suple şi semirigide şi a straturilor bituminoase de ranforsare. În acest context, se impune revizuirea prevederilor STAS 1339. 1.2. Ranforsarea structurilor rutiere suple 1.2.1. Necesitatea ranforsării structurilor rutiere

Ranforsările sau consolidările structurilor rutiere existente se includ în activitatea de reparaţii periodice a drumurilor publice şi se execută pentru sporirea capacităţii portante a drumurilor.

Activitatea de reparaţii a drumurilor publice reprezintă totalitatea lucrărilor fizice de intervenţie, care au ca scop:

- compensarea parţială sau totală a uzurii fizice şi morale produse ca urmare a exploatării normale sau a acţiunii agenţilor de mediu;

- ridicarea caracteristicilor tehnice la nivelul impus de traficul maxim pentru numărul de benzi de circulaţie existente;

- refacerea sau înlocuirea de elemente, detalii sau părţi de construcţii ieşite din uz, care afectează rezistenţa, stabilitatea, siguranţa în exploatare şi protecţia mediului. Necesitatea ranforsării sistemului rutier este determinată de starea tehnică a acestuia, conform prevederilor “Instrucţiunilor tehnice departamentale privind determinarea stării tehnice a drumurilor moderne”, indicativ CD 155-2001 [158] şi este rezultată în urma unei expertize tehnice.

Capitolul 1.

24

Datele referitoare la starea tehnică a drumului vor fi extrase din Banca Centrală de Date Tehnice Rutiere şi/sau prin măsurări efectuate pe teren.

Starea tehnică se determină în scopul stabilirii lucrărilor de întreţinere periodică şi respectiv a lucrărilor de reparaţii curente, lucrări menite să aducă drumul la nivelul cerut de evoluţia traficului.

Starea tehnică a drumurilor moderne se evaluează pe baza următoarelor caracteristici:

- planeitatea suprafeţei de rulare; - rugozitatea suprafeţei îmbrăcăminţii rutiere; - capacitatea portantă a complexului rutier; - starea de degradare a îmbrăcăminţii rutiere. Capacitatea portantă a complexului rutier este o caracteristică structurală a

drumului exprimată prin valorile deformaţiei verticale elastice a suprafeţei acestuia sub încărcarea sarcinilor mobile din trafic, denumită şi deflexiune caracteristică.

Deflexiunea se măsoară cu deflectometrele cu sarcină dinamică în conformitate cu “Instrucţiunile tehnice privind determinarea capacităţii portante a drumurilor cu deflectometrul PHONIX FWD MLY 10000.”, indicativ AND 564-2001 [159] şi “Instrucţiunile tehnice departamentale privind utilizarea deflectometrului Dynatest 8000 FWD pentru investigarea structurilor rutiere suple şi semirigide.”, Redactarea finală, 1996, sau cu deflectograful Lacroix şi deflectometrul cu pârghie tip Benkelman conform “Normativului pentru determinarea prin deflectografie şi deflectometrie a capacităţii portante a drumurilor cu structuri rutiere suple şi semirigide cu deflectograful Lacroix şi deflectometrul cu pârghie tip Benkelman.”, indicativ CD 31-2002 [168].

Măsurătorile se fac pe tronsoane omogene, acestea fiind caracterizate prin valorile deflexiunii caracteristice corespunzătoare temperaturii de referinţă de 20ºC.

Consolidarea se realizează în general prin aplicarea unor straturi suplimentare pe o structură rutieră existentă. În anumite cazuri acestea implică refacerea unor straturi, drenaje, injecţii sau consolidarea terasamentelor.

În raport cu lucrările de întreţinere preventivă şi curentă, care se fac pentru a evita degradările de suprafaţă ale căii şi pentru a menţine calităţile iniţiale sau nivelul de serviciu dorit, consolidarea remediază un defect de structură prin adăugarea unor straturi suplimentare sau prin eliminarea cauzelor degradării, ridicând capacitatea portantă la un alt nivel, impus de creşterea traficului în perspectivă şi în special a traficului greu.

Criteriile de consolidare depind în mare măsură de politica administraţiei de drumuri din fiecare ţară.

Sub circulaţie, pe fondul variaţiilor sezoniere ale condiţiilor de mediu, capacitatea portantă a unui complex rutier se deteriorează progresiv cu trecerea timpului până când acesta nu mai poate suporta încărcările din trafic. Capacitatea portantă devine insuficientă când traficul de perspectivă este mai mare decât cel prevăzut iniţial la execuţia drumului, când se ridică restricţiile de circulaţie pentru perioada de dezgheţ şi când apar ocazional transporturi agabaritice.

În paralel cu scăderea capacităţii portante, se extind continuu degradările de toate tipurile ceea ce antrenează pe lângă ridicarea costurilor transporturilor,

Capitolul 1.

25

descreşterea nivelului de serviciu. Ca urmare, cu timpul, costul întreţinerii drumului devine prohibitiv.

Pentru un drum dat, necesitatea ranforsării este determinată în principal de proporţia degradărilor îmbrăcămintei, capacitatea portantă scăzută şi costul exagerat al întreţinerii.

Prin ranforsarea unui drum ajuns într-o stare avansată de uzură şi degradare, se ameliorează în mod semnificativ nivelul capacităţii sale portante precum şi al parametrilor de circulaţie şi exploatare. 1.2.2. Soluţii de ranforsare a structurilor rutiere suple Odată ce s-a stabilit că o structură rutieră nu mai poate asigura transportul bunurilor în condiţii de siguranţă, deoarece şi-a pierdut capacitatea portantă şi prezintă o planeitate neacceptabilă, este raţional să se adopte cea mai bună strategie pentru a readuce structura rutieră la destinaţia sa funcţională iniţială. Multe din deciziile care definesc momentul şi locul în care ar trebui luate măsuri corective sunt decizii administrative şi pot fi concepute corespunzător numai în cadrul unui studiu amplu al datelor de întreţinere şi administrare a structurii rutiere. Multe evaluări referitoare la starea tehnică a drumului trebuie făcute înainte de stabilirea unei liste cu opţiuni bune de reabilitare. În continuare sunt prezentate tehnici de realizare a ranforsării. Ranforsarea cu asfalt. Fără îndoială cea mai obişnuită metodă de reabilitare pentru structurile rutiere suple este ranforsarea cu straturi asfaltice. Există multe variante ale acestei tehnici mergând de la frezarea îmbrăcămintei şi aşternerea unui strat asfaltic gros, până la aşternerea unor covoare subţiri de tratament amplasate din loc în loc de-a lungul structurii rutiere. Starea existentă a îmbrăcămintei asfaltice şi rezultatele testelor nedistructive dictează cea mai economică strategie.

Ranforsarea cu strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici. Ranforsările pe bază de agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici se execută pentru sporirea capacităţii portante a structurilor rutiere publice existente şi a platformelor de staţionare – parcare aferente acestora, pentru clasele de trafic de la Foarte uşor la Greu (cu valori ale traficului de calcul de cel mult 1 m.o.s.) [169]. Tehnologia de ranforsare constă în execuţia unui strat din agregate naturale stabilizate cu lianţi puzzolanici (zgură granulată de furnal înalt, cenuşă de termocentrală sau tuf vulcanic măcinat) şi a 1-3 straturi asfaltice noi peste structura rutieră suplă existentă. Ranforsarea cu beton de ciment (whitetopping = strat alb de acoperire). Construirea unei îmbrăcăminţi din beton de ciment peste o îmbrăcăminte asfaltică existentă este denumită whitetopping [86]. O îmbrăcăminte asfaltică constituie un suport excelent pentru o îmbrăcăminte rigidă. Îmbrăcămintea din beton de ciment este proiectată ca şi când pe suportul din asfalt s-ar construi o nouă structură rutieră. Pe lângă reparaţia economică, un strat de ranforsare din beton de ciment reprezintă o tehnică de reabilitare acceptabilă pentru structurile rutiere suple. Cu toate acestea, construcţia (execuţia) este dificilă.

Capitolul 1.

26

1.2.3. Dimensionarea ranforsărilor În momentul de faţă, pentru fiecare soluţie de ranforsare prezentată anterior, există reglementări tehnice bazate pe diverse metode de stabilire a dimensiunilor straturilor de consolidare. Prezenta lucrare de doctorat îşi propune să studieze ranforsarea cu straturi asfaltice a structurilor rutiere suple. În consecinţă, în cadrul tezei, vor fi abordate şi prezentate pe larg într-un capitol special metodele de proiectare specifice acestui gen de ranforsare, precum şi o serie întreagă de simulări numerice pentru stabilirea variantei optime de ranforsare. În principiu, se poate afirma faptul că metodele de proiectare a ranforsărilor cu straturi asfaltice a structurilor rutiere suple îşi au originile în metodele de dimensionare a structurilor rutiere noi, ele având la bază aceleaşi principii de proiectare. 1.3. Obiectivele şi structura tezei de doctorat 1.3.1. Obiectivele tezei

Prin destinaţia pe care o are, o structură rutieră trebuie să suporte încărcările traficului şi să le transmită terenului de fundare, fără ca în complexul rutier să se producă fisuri sau deformaţii cu caracter permanent.

Numărul, natura şi grosimea straturilor, alcătuite din materiale cu rezistenţe diferite, se stabilesc pe baza unui calcul tehnico-economic în care se ţine seama de trafic, condiţiile climatice, materialele disponibile în zonă, natura pământului din patul drumului.

Până la apariţia calculatoarelor electronice, singura cale de a găsi un răspuns convenabil la toate întrebările legate de comportarea unei lucrări inginereşti la acţiunile exterioare, era apelarea la procedee de calcul simplificate, urmate de teste pe modele sau direct la scară naturală. În prezent, programele de calcul specializate implementate pe calculatoarele electronice permit o proiectare rapidă şi interactivă a lucrărilor inginereşti, pe baza unor modele matematice complexe, superioare din punct de vedere al acurateţei modelării celor care stau la baza procedeelor de calcul manual (Lazăr şi Balcu, 2002 [71]). Scopul acestei lucrări de doctorat este stabilirea celei mai bune soluţii de ranforsare şi a momentului optim de executare a acesteia, prin simularea numerică pe calculator a comportării în exploatare şi stabilirea performanţei unei structuri rutiere suple. Pentru atingerea acestui deziderat s-a avut în vedere pentru început elaborarea unui model de calcul cu elemente finite care să permită analiza stării de tensiuni şi deformaţii a structurilor rutiere suple.

În lucrare este abordată problematica calculului de rezistenţă în analiza structurilor rutiere suple ranforsate, din punctul de vedere al performanţelor programelor de calcul automat utilizate în mod curent în practică.

Capitolul 1.

27

Studiul comparativ vizează: bazele teoretice, metodele algoritmice şi aspectele interfaţă utilizator-calculator cu care se confruntă în prezent utilizatorii programelor de calcul adecvate analizei structurilor rutiere suple.

La rezolvarea obiectivului principal al tezei s-au folosit ca mijloace cele mai noi achiziţii ale gândirii inginereşti din domeniul proiectării structurilor rutiere, cum ar fi:

- modelarea cu elemente finite a structurilor rutiere suple; - stabilirea capacităţii portante reziduale cu ajutorul parametrilor bazinului de

deflexiuni; - stabilirea duratei de viaţă reziduală; - evaluarea tensiunilor de forfecare octaedrice; - utilizarea materialelor geosintetice la ranforsarea straturilor asfaltice. Cercetarea aduce în plus, ca element de noutate, maniera ingenioasă de

rezolvare a problemei stabilirii momentului optim de ranforsare şi a soluţiei optime de ranforsare ce se concretizează într-o metodologie deosebit de utilă în practica curentă de întreţinere şi administrare rutieră. 1.3.2. Structura tezei

Teza de doctorat este structurată în 12 capitole, bibliografie şi 3 anexe. Primele 5 capitole sunt de sinteză documentară conţinând prezentarea cadrului teoretic şi metodologic referitor la tema abordată. În următoarele 6 capitole este prezentată partea aplicativă cu evidenţierea utilităţii pentru practica de dimensionare a ranforsărilor structurilor rutiere suple a propunerilor personale ale autorului tezei. Capitolul 12 este destinat pentru sintetizarea concluziilor teoretice şi aplicative aferente studiului efectuat precum şi a contribuţiilor rezultate.

Capitolul 1. “Problematica ranforsării structurilor rutiere suple” îşi propune să prezinte cadrul general în care se înscrie tema abordată, evoluţia în timp a metodologiei de dimensionare a ranforsărilor la noi în ţară, factorii care conduc la necesitatea executării lucrărilor de ranforsare şi mai ales obiectivele şi structura tezei de doctorat.

Capitolul 2. “Performanţa structurilor rutiere suple” expune sintetic metodele de investigare a stării tehnice de degradare a structurilor rutiere suple, degradările specifice acestora şi în special a celor de structură, factorii care conduc la apariţia acestor degradări, cu reliefarea utilităţii modelării numerice la stabilirea performanţei structurilor rutiere.

Capitolul 3. “Principii, modele şi metode de proiectare a structurilor rutiere suple” prezintă principiile de dimensionare, modelele de calcul care au marcat evoluţia conceptuală a stabilirii pe baze ştiinţifice a dimensiunilor straturilor rutiere şi principalele metode de proiectare a structurilor rutiere suple la nivel local şi pe plan internaţional.

Capitolul 4. “Principii şi metode de proiectare a ranforsării structurilor rutiere suple” se ocupă cu prezentarea principalelor metode de proiectare a ranforsărilor cu straturi asfaltice la nivel internaţional în funcţie de natura abordării (empirică,

Capitolul 1.

28

semiempirică sau analitică), cu expunerea celor mai noi concepte în acest domeniu şi a metodelor utilizate în România.

Capitolul 5. “Analiza stării de tensiuni şi deformaţii a structurilor rutiere prin metoda elementelor finite” prezintă bazele Metodei Elementelor Finite cu punerea accentului pe analiza structurilor rutiere suple prin starea de tensiune axialsimetrică.

Capitolul 6. “Model de analiză cu elemente finite a structurilor rutiere suple” conţine o propunere de model cu elemente finite 2D axialsimetrice (MEFAS 2D) destinat analizei stării de tensiuni şi deformaţii specifice a structurilor rutiere suple, validarea modelului dezvoltat şi un studiu de caz pe o structură rutieră suplă.

Capitolul 7. “Evaluarea capacităţii portante cu ajutorul parametrilor bazinului de deflexiune” prezintă pentru început situaţia pe plan local şi mondial referitoare la modalităţile de interpretare a capacităţii portante pe baza informaţiilor furnizate de bazinele de deflexiune şi apoi expune pe larg o propunere de metodă de evaluare a capacităţii portante cu ajutorul parametrilor bazinului de deflexiune, rezultatele obţinute în urma studiului parametric şi concluziile aferente.

Capitolul 8. “Momentul optim de ranforsare stabilit prin durata de viaţă reziduală” abordează unul din aspectele cruciale pentru activităţile de reabilitare a structurilor rutiere suple şi vine cu o propunere de metodă de estimare a momentului optim de ranforsare făcând apel la conceptul duratei de viaţă reziduală, constituind o continuare a aplicaţiei numerice iniţiate în capitolele precedente.

Capitolul 9. “Stabilirea soluţiei optime de ranforsare a structurilor rutiere suple” continuă calculele punând în valoare o propunere originală de metodă de stabilire a soluţiei optime de ranforsare a structurilor rutiere suple care utilizează conceptul bazinului de deflexiune şi cel al duratei de viaţă reziduală.

Capitolul 10. “Criteriu de dimensionare bazat pe tensiunile de forfecare octaedrice” verifică capacitatea modelului cu elemente finite dezvoltat în cadrul tezei de a furniza parametrii de calcul necesari pentru o propunere de criteriu de dimensionare bazat pe tensiunile de forfecare octaedrice şi posibilitatea de implementare a acestui criteriu în practica de dimensionare a structurilor rutiere suple noi şi ranforsate.

Capitolul 11. “Modelarea numerică a structurilor rutiere suple ranforsate cu geosintetice” pune în valoarea printr-un studiu de caz utilitatea modelării cu elemente finite a comportării mecanice a structurilor rutiere suple ranforsate cu materiale geocompozite.

Capitolul 12. “Concluzii, contribuţii şi perspective” conţine concluziile finale asupra subiectului tezei de doctorat, contribuţiile personale precum şi identificarea direcţiilor principale de studiu posibile de abordat în viitor.

Bibliografia conţine un număr de 187 referinţe bibliografice constând din lucrări şi studii reprezentative pe plan intern şi internaţional pentru domeniul temei studiate în prezenta teză de doctorat.

Anexele sunt în număr de trei şi conţin completări la datele din anumite capitole. Astfel, Anexa A prezintă sumar echipamentele utilizate pentru realizarea investigaţiilor nedistructive privind determinarea capacităţii portante a structurilor rutiere, constituind anexă la Capitolul 2, subpunctul 2.1 “Investigarea stării tehnice de degradare a structurilor rutiere”.

Capitolul 1.

29

Anexa B aduce informaţii referitoare la programele Alize şi Calderom 2000 utilizate pentru stabilirea stării de tensiuni şi deformaţii specifice a structurilor rutiere suple în metoda franceză, respectiv în metoda românească de dimensionare a acestui tip de structuri rutiere şi constituie anexă la Capitolul 3, subpunctul 3.3.2. “Metoda franceză de dimensionarea a structurilor rutiere suple”, respectiv subpunctul 3.3.3. “Metoda românească de dimensionare a structurilor rutiere suple”.

Anexa C este anexa Capitolului 6 şi arată care sunt bazele teoretice şi capacităţile de modelare ale programului Lusas, bazat pe metoda elementelor finite, program de calcul utilizat pentru elaborarea modelului MEFAS 2D implicat în partea aplicativă a tezei.

În această lucrare s-a studiat problematica dimensionării ranforsării cu straturi asfaltice a structurilor rutiere suple, utilizând o tehnică nouă de modelare cu elemente finite a structurilor rutiere, precum şi ultimele descoperiri din domeniul rutier referitoare la concepte de proiectare şi la materiale noi.

Această abordare a permis compararea directă a metodei clasice de analiză a structurilor rutiere suple prin modelul multistrat elastic şi a metodei noi având la bază modelarea cu elemente finite, precum şi relevarea posibilităţii de alegere alternativă între avantajele pe care le prezintă fiecare metodă în parte.

În concluzie, în cadrul tezei, s-a reuşit atingerea obiectivului principal şi se furnizează o metodă de lucru inovatoare care conduce la reconsiderarea problemei dimensionării straturilor asfaltice de ranforsare a structurilor rutiere suple.

Capitolul 1.

30

Capitolul 2.

31

CAPITOLUL 2. PERFORMANŢA STRUCTURILOR RUTIERE SUPLE 2.1. Investigarea stării tehnice de degradare a structurilor rutiere În 1987, Programul Strategic de Cercetare în domeniul Autostrăzilor (Strategic Highway Research Program – SHRP) [84] a demarat un amplu test de stabilire a performanţei structurilor rutiere şi anume Programul LTPP (Long-Term Pavement Performance = Performanţa Structurilor Rutiere pe Termen Lung). Pe parcursul duratei de 20 de ani de aplicare a programului, administraţiile din domeniul autostrăzilor din SUA şi alte 15 ţări şi-