Capitolul 3

Calculul si dimensionarea structurii rutiere .

3.1.Calculul structurii rutiere .

Calculul structurii rutiere este executat dupa normativul ОДН 218.046-01.

Sistemul rutier conţine în sine, o construcţie a drumului ce include câteva straturi din diferite

materiale. Principalele cerinţe ce sunt puse în faţa sistemului constă, în asigurarea circulaţiei

automobilelor cu viteza de calcul, stabilitatea la încovoiere, la deplasare, ş.a.

Reeşind din cerinţele de exploatare a drumului de categoria a III-a, pentru care se construieşte

îmbrăcămintea de tip capital cu modulul minim de elasticitate necesar de 200 Mpa dupa tab 3.4 din

(ОДН 218.046-01). Pentru calcul se acceptă automobilul cu sarcina de 98 kN pe o axă, cu diametrul de

calcul al roţii de 33 şi cu o presiune medie asupra îmbrăcămintei rutiere egală cu 0,6 MPa. Conform

categoriei tehnice III,cu intensitatea de 70 autocamioane/24ore pe o bandă, şi pe toată suprafaţa

drumului luata din (tab12.6 de Г.A.Федотов). Conform monogramei nr.3.1 (ОДН 218.046-01)

primim modulul de elasticitate necesar pentru fiecare strat din îmbrăcămintea rutieră .

Luând în consideraţie circulaţia traficului şi cerinţele de exploatare a drumului de categoria a

III-a primim următoarea construcţie a sistemului rutier:

1.1.1 Schema constructivă a îmbrăcămintei rutiere.

1. – Beton asfaltic cu agregate mărunte cu executie la cald БНД 60/90 ;

2. – Beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald БНД 60/90;

3. – Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) ;

4. – Macadan impanat ( din materiale calcaroase ) ;

5. – Nisip cu granulozitate medie ;

6. – Argila nisipoasa.

Caracteristicile de calcul a materialelor din straturile constructive ale sistemului rutier şi ale terenului

le stabilim conform (ОДН 218.046-01).

Modulul de elasticitate al betonului asfaltic cu agregate mărune БНД 60/90, de 1550 Mpa.

Modulul de elasticitate a stratului constructiv din beton asfaltic cu agregate marunte

БНД 60/90, de 1200 MPa.

Modulul de elasticitate a stratului de binder ( piatra sparta tratata cu 4% de bitum)

de 800 Mpa.

Modulul de elasticitate a stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase) ,

de 450 Mpa.

Modulul de elasticitate a stratului de nisip cu granulozitate medie , de 120Mpa.

Conform tab.2.5 (ОДН 218.046-01), umiditatea de calcul al pământului din terasament pentru a IV-a

zonă climaterică după condiţiile umidităţii prafului de tipul I este de 0,6 W. O astfel de umiditate

caracterizează argila nisipoasa cu modulul de elasticitate egal cu 41 MPa, unghiul de frecare interioară

18 grade şi C = 0,01MPa conform (ОДН 218.046-01) .

Calculul structurii rutiere pentru varianta I.

Pentru prima variantă de sistem rutier se cunosc toate inaltimile minime a straturilor rutiere în

afară de grosimea stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase) , determinarea unei aşa

inaltimi care să corespundă modulului necesar a îmbrăcămintei rutiere egal cu Enec =200 Mpa, deci

vom determina inaltimea stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase).

Valorile Ef o determinăm folosind monograma nr. 3.1 (ОДН 218.046-01).

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de nisip, conform schemei prevăzute avem

E5 = 120MPa, h = 15cm

Calculăm raportul E6/E5 = 41/120 =0,34, iar h/D = 15/33 =0,45

Ef – modulul de elasticitate pe suprafaţa stratului

E5 – modulul de elasticitate a nisipului

Suprapunând valoarea h/D pe axa absciselor a monogramei şi prin alte operaţiuni cunoscute

primim E1/E5 =0,215 . Deci primim E1=0,215*E5 = 0,215*120 = 25.8 MPa.

Pentru a determina valoarea Ef pentru urmatoarele straturi calculul trebuie de efectuat de sus în

jos primind corespunzător pentru fiecare strat.

Ef – modulul de elasticitate la suprafaţa stratului

Ei – modulul de elasticitate a materialului

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de uzura , E1= 1550 MPa, h = 5 cm.

Calculăm raportul Enec/E1 =200/1550 = 0,13 şi h/D = 5/33 = 0,15 ;

Suprapunem valoarea raportului h/D pe axa absciselor monogramei şi obţinem E f5/E1 = 0,10.

deci Ef5 = 0,10 * 1550 = 155 MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din beton asfaltic cu agregate mari E2 = 1200 Mpa ;

h = 6cm şi cu ajutorul relaţiei Ef5/E2 = 155/1200 = 0,13 şi h/D = 6/33=0,18, primim cu ajutorul

nomogramei Ef4/E2 = 0,11,deci Ef4 = 0,11*1200 = 132 MPa. Ef4 = 132 Mpa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din binder E3 =800 Mpa h=8 cm ;

Calculăm raportul Ef4/E3= 132/800 = 0,165 şi h/D = 8/33 = 0,24

Suprapunem pe axa absciselor şi obţinem Ef3/E3 = 0,12, deci Ef3 = 0,12*800 = 96 MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din macadan inpanat, E3 =450 MPa; Ef3 = 96 Mpa .

Calculăm raportul Ef2/E4= 96/450 = 0,213 ;

Calculam raportul pentru determinarea inaltimii stratului 4;

E5/E4 = 25.2/450= 0.056;

Dupa monograma in dependenta de E5/E4 = 0.056 obtinem h/D=0.77 de unde : h=0.77*0.33=25.08»25cm ;Deci inaltimea stratului din macadan inpanat este adoptat de 25cm.

1.1.2.Schema de calcul a îmbrăcămintei rutiere

1. – Beton asfaltic cu agregate mărunte cu executie la cald БНД 60/90;

2. – Beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald БНД 60/90;

3 – Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) ;

4 – Macadan impanat ( din materiale calcaroase) ;

5 – Nisip cu granulozitate medie ;

Calculul structurii rutiere pentru varianta II.

Pentru a II-a variantă de sistem rutier se cunosc toate inaltimile minime a straturilor rutiere în

afară de grosimea stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase), determinarea unei aşa

inaltimi care să corespundă modulului necesar a îmbrăcămintei rutiere egal cu Enec =200 Mpa, deci

vom determina inaltimea stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase).

Valorile Ef o determinăm folosind monograma nr. 3.1 (ОДН 218.046-01).

1.1.3. Schema constructivă a îmbrăcămintei rutiere.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de nisip, conform schemei prevăzute avem E5 = 120MPa, h

= 15cm

Calculăm raportul E6/E5 = 41/120 =0,34, iar h/D = 15/33 =0,45

Ef – modulul de elasticitate pe suprafaţa stratului

E5 – modulul de elasticitate a nisipului

Suprapunând valoarea h/D pe axa absciselor a monogramei şi prin alte operaţiuni cunoscute

primim E1/E5 =0,215 . Deci primim E1=0,215*E5 = 0,215*120 = 25.8 MPa.

Pentru a determina valoarea Ef pentru urmatoarele straturi calculul trebuie de efectuat de sus în

jos primind corespunzător pentru fiecare strat.

Ef – modulul de elasticitate la suprafaţa stratului

Ei – modulul de elasticitate a materialului

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de uzura , E1= 1550 MPa, h = 5 cm.

Calculăm raportul Enec/E1 =200/1550 = 0,13 şi h/D = 5/33 = 0,15 ;

Suprapunem valoarea raportului h/D pe axa absciselor monogramei şi obţinem E f5/E1 = 0,10.

deci Ef5 = 0,10 * 1550 = 155 MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din beton asfaltic cu agregate mari E2 = 1200 Mpa ;

h = 6cm şi cu ajutorul relaţiei Ef5/E2 = 155/1200 = 0,13 şi h/D = 6/33=0,18, primim cu ajutorul

nomogramei Ef4/E2 = 0,11,deci Ef4 = 0,11*1200 = 132 MPa. Ef4 = 132 Mpa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din binder E3 =800 Mpa h=8 cm ;

Calculăm raportul Ef4/E3= 132/800 = 0,165 şi h/D = 8/33 = 0,24

Suprapunem pe axa absciselor şi obţinem Ef3/E3 = 0,12, deci Ef3 = 0,12*800 = 96 MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din piatra sparta si deseuri de concasaj cu granulozitate

optima tratate cu 6% de ciment , marca 40 , E3 =600 MPa; Ef3 = 96 Mpa .

Calculăm raportul Ef2/E4= 96/600 = 0,16 ;

Calculam raportul pentru determinarea inaltimii stratului 4;

E5/E4 = 25.2/600= 0.042;

Dupa monograma in dependenta de E5/E4 = 0.042 obtinem h/D=0.635 de unde : h=0.635*0.33=20.95 » 21cm ;Deci inaltimea stratului din macadan inpanat este adoptat de 21 cm.

1.1.4.Schema de calcul a îmbrăcămintei rutiere

1. - Beton asfaltic cu agregate mărunte cu executie la cald БНД 60/90;

2. – Beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald БНД 60/90;

3. – Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) ;

4. – Piatra sparta si deseuri de concasaj cu granulozitate optima tratate cu 6 % de ciment , marca

40 ;

5. – Nisip cu granulozitate medie ;

Calculul structurii rutiere pentru varianta III.

Pentru a II-a variantă de sistem rutier se cunosc toate inaltimile minime a straturilor rutiere în

afară de grosimea stratului din macadan inpanat (din materiale calcaroase), determinarea unei aşa

inaltimi care să corespundă modulului necesar a îmbrăcămintei rutiere egal cu Enec =200 Mpa, deci

vom determina inaltimea stratului din deșeuri de concasaj (din materiale calcaroase).

Valorile Ef o determinăm folosind monograma nr. 3.1 (ОДН 218.046-01).

1.1.5. Schema constructivă a îmbrăcămintei rutiere.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de deșeuri de concasaj , conform schemei prevăzute avem

E5 = 150MPa, h = 15cm

Calculăm raportul E6/E5 = 41/150 =0,27, iar h/D = 15/33 =0,45

Ef – modulul de elasticitate pe suprafaţa stratului

E5 – modulul de elasticitate a nisipului

Suprapunând valoarea h/D pe axa absciselor a monogramei şi prin alte operaţiuni cunoscute

primim E1/E5 =0,16 . Deci primim E1=0,16*E5 = 0,16*150 = 24 MPa.

Pentru a determina valoarea Ef pentru urmatoarele straturi calculul trebuie de efectuat de sus în jos

primind corespunzător pentru fiecare strat.

Ef – modulul de elasticitate la suprafaţa stratului

Ei – modulul de elasticitate a materialului

Modulul de elasticitate la nivelul stratului de uzura , E1= 1550 MPa, h = 3 cm.

Calculăm raportul Enec/E1 =200/1550 = 0,13 şi h/D = 3/33 = 0,09 ;

Suprapunem valoarea raportului h/D pe axa absciselor monogramei şi obţinem E f5/E1 = 0,115.

deci Ef5 = 0,115 * 1550 = 178,25MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din beton asfaltic cu agregate mari E2 = 1200 Mpa ;

h = 5 cm şi cu ajutorul relaţiei Ef5/E2 = 178,25/1200 = 0,15 şi h/D = 5/33=0,15, primim cu ajutorul

nomogramei Ef4/E2 = 0,13,deci Ef4 = 0,13*1200 = 156 MPa. Ef4 = 156 Mpa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din binder E3 =800 Mpa h=8 cm ;

Calculăm raportul Ef4/E3= 156/800 = 0,195 şi h/D = 8/33 = 0,24

Suprapunem pe axa absciselor şi obţinem Ef3/E3 = 0,15, deci Ef3 = 0,15*800 = 120 MPa.

Modulul de elasticitate la nivelul stratului din piatra sparta si deseuri de concasaj cu granulozitate

optima tratate cu 6% de ciment , marca 40 , E3 =600 MPa; Ef3 = 120 Mpa .

Calculăm raportul Ef2/E4= 120/600 = 0,20 ;

Calculam raportul pentru determinarea inaltimii stratului 4;

E5/E4 = 58,8/600= 0.09;

Dupa monograma in dependenta de E5/E4 = 0.09 obtinem h/D=0.45 de unde : h=0.45*0.33=14,85 » 15 cm ;Deci inalțimea stratului din piatră spartă și deșeuri de concasaj cu granulozitate optima adoptat de 15 cm.

1.1.6.Schema de calcul a îmbrăcămintei rutiere

1. Strat de uzură din beton asfaltic cu agregate mărunte БНД 60/90 cu grosimea h = 3 cm;

2. Strat de rezistenţă din beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald БНД 60/90 h = 5 cm;

3. Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) h = 8 cm;

4. Piatră spartă și deșeuri de concasaj cu granulozitate optimă tratate cu 6% de ciment , marca 40

cu h = 15 cm;

5. Deșeuri de concasaj (calcaroase) cu h=15 cm ;

6. Terenul de fundaţie ,argila nisipoasa;

Concluzie : După calculul tehnico – economic varianta cea mai convenabilă este varianta numărul III ,

după care vom determina necesarul de materiale.

2.2.Determinarea necesarului de materiale.

1. Strat de uzură din beton asfaltic cu agregate mărunte БНД 60/90 cu grosimea h = 3 cm;

2. Strat de rezistenţă din beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald БНД 60/90 h = 5 cm;

3. Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) h = 8 cm;

4. Piatră spartă și deșeuri de concasaj cu granulozitate optimă tratate cu 6% de ciment , marca 40

cu h = 15 cm;

5. Deșeuri de concasaj (calcaroase) cu h=15 cm ;

6. Terenul de fundaţie ,argila nisipoasa;

7. Completarea acostamentelor cu argila nisipoasa ;

8. Consolidarea acostamentului cu amestec de pământ 60% cu 40 % de piatră spartă h = 11 cm;

Determinăm necesarul de materiale din componenţa sistemului rutier pentru lungimea totală :

Ltot = 25.6 km.

1. Beton asfaltic cu agregate mărunte BRP130/200 şi h = 3 cm ;

l = (2*3.5+2*0.5) = 8 m

S = l * L = 8 *25600 = 204800 m2

V = l * h *L = 8 * 0.03* 25600 = 6144m3

2. Beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald BRP130/200 cu h = 6 cm ; l = 8 m ;

S = 204800 m2 ;

V = 8 * 0.05 * 25600 = 10240 m3

3. Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) h = 8 cm ; l med= 8.12m,

V= 8.12 * 0,08 * 25600 = 16629.76 m3 ; S = 210944 m2

4. Piatră spartă și deșeuri de concasaj cu granulozitate optimă tratate cu 6% de ciment ,

marca 40 cu h = 15 cm ; lmed = 8.59 m;

V = 8.25 * 0.15 * 25600 = 31680 m3 , S = 211200 m2

5. Deșeuri de concasaj (calcaroase) cu h=15 cm ; lmed=13.43m,

V= 13.43*0.15*25600=515712m3, S=349696m2;

6. Pământ cu care s-a completat acostamentele ;

Vp = 0.25 * 25600 = 6400 m3

7. Piatră spartă din corpul acostamentului ;

V p . s .=1. 5⋅4+6100

⋅25600=3840 m3

;

8. Pământ vegetal de pe taluzuri : hmed.= 2.318 m :

S1m=2∗1∗2. 318∗1. 5=6. 954m2

Vp.v.= S * L*hp.v. = 6,954* 25600*0,1= 17802,24 m3

Denumirea materialului Volumul materialului( m3 )

Beton asfaltic cu agregate mărunte BRP130/200 şi h = 3 cm ; 6144

Beton asfaltic cu agregate mari cu executie la cald BRP130/200 cu h = 6 cm ; 10240

Binder ( piatra sparta tratata cu 4 % de bitum) h = 8 cm ; 16629,76

Piatră spartă și deșeuri de concasaj cu granulozitate optimă tratate cu 6% de ciment , marca 40 cu h = 15 cm ;

31680

Deșeuri de concasaj (calcaroase) cu h=15 cm ; 515712

Pământ cu care s-a completat acostamentele ; 6400

Piatră spartă din corpul acostamentului ; 3840

Pământ vegetal de pe taluzuri : hmed.= 2.318 m 17802,24