Surlea Claudia - Rezumat

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i Poduri

TEZ DE DOCTORAT (rezumat)

Mixturi bituminoase aeroportuare supuse ncrcrilor repetate

Doctorand Ing. Claudia SURLEA Conductor tiinific Prof.univ.dr.ing. Constantin ROMANESCU

BUCURETI 2011

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i PoduriTitularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe ntreaga perioad a stagiului de pregtire doctoral de burs atribuit prin proiectul Burse doctorale pentru ingineria mediului construit, cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat n cadrul Programului Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naional i cofinanat de ctre UTCB.

TEZ DE DOCTORAT (rezumat)


Doctorand Ing. Claudia SURLEA Conductor tiinific Prof.univ.dr.ing. Constantin ROMANESCU

BUCURETI 2011

Teza de doctorat:


CuprinsOBIECTIVELE TEZEI.............................................................................................................................................1 CAPITOLUL I. PUNCTE COMUNE I SPECIFICE STRUCTURILOR RUTIERE PENTRU DRUMURI I STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE I.1 Tipuri de solicitri........................................................................................................3 I.1.1 ncrcri din trafic........................................................................................3 I.1.2 Aciunea aerului..........................................................................................3 I.1.3 Aciunea apei..............................................................................................3 I.1.4 Aciunea temperaturii..................................................................................3 I.2 Caracteristici de suprafa..........................................................................................3 I.2.1 Planeitatea..................................................................................................3 I.2.2 Aderena pneu cale..................................................................................3 I.3 ntreinere....................................................................................................................4 CAPITOLUL II. TIPURI DE STRUCTURI RUTIERE AEROPORTUARE II.1 Structuri rutiere aeroportuare flexibile..........................................................................4 II.2 Structuri rutiere aeroportuare mixte.............................................................................4 II.3 Structuri rutiere aeroportuare rigide.............................................................................4 II.3.1 Beton de ciment rutier................................................................................4 II.3.2 Beton de ciment armat...............................................................................4 II.3.3 Beton de ciment armat continuu4 II.3.4 Beton de ciment precomprimat.....5 II.4 Situaia la nivel naional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile...........................5 II.5 Situaia la nivel internaional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile...5 CAPITOLUL III. CONDIII TEHNICE PENTRU MIXTURILE BITUMINOASE AEROPORTUARE III.1 Norme franceze i standarde europene.....................................................................5 CAPITOLUL IV. CARACTERISTICILE MATERIALELOR COMPONENTE ALE MIXTURILOR BITUMINOASE AEROPORTUARE IV.1Generaliti..................................................................................................................5 IV.2 Bitumul.......................................................................................................................5 IV.3 Agregate minerale......................................................................................................6 IV.4 Filerul..........................................................................................................................6 CAPITOLUL V. PROIECTAREA UNEI REETE OPTIME DE MIXTUR BITUMINOAS AEROPORTUAR V.1 Generaliti..................................................................................................................6 V.2 Studiu experimental.....................................................................................................6 V.2.1 Prezentarea reetei....................................................................................6 V.2.2 Studiul comparativ MARSHALL SUPERPAVE.......................................7 V.2.3 Caracteristicile fizicomecanice ale mixturii bituminoase proiectate........11 CAPITOLUL VI. MODULUL DE RIGIDITATE I COMPORTAREA LA OBOSEAL A MIXTURILOR BITUMINOASE AEROPORTUARE VI.1 Sintez documentar...............................................................................................12 VI.1.1 Fenomenul de oboseal.........................................................................12 VI.1.2 Factori externi ce influeneaz fenomenul de oboseal.........................12 VI.1.3 Factori interni ce influeneaz fenomenul de oboseal..........................12 VI.1.4 Evaluarea rezistenei la oboseal...........................................................13 VI.1.5 Tipuri de ncercri..................................................................................14 VI.2 Studiu experimental................................................................................................14 VI.2.1 ncercarea la ncovoiere n dou puncte pe probe trapezoidale.............14 VI.2.2 ncercarea la ncovoiere n patru puncte pe probe prismatice................16 VI.2.3 Modulul de rigiditate i rezistena la oboseal a mixturii bituminoase aeroportuare - comparaie ntre diferite tipuri de epruvete......19 CAPITOLUL VII. DEFORMAII PERMANENTE ALE MIXTURILOR BITUMINOASE VII.1.Sintez documentar.............................................................................................22 VII.1.1 Generaliti............................................................................................22

IDoctorand: Ing. Claudia Surlea

Teza de doctorat:


VII.1.2 Factori ce influeneaz deformaiile permanente...................................22 VII.1.3 Principalele teste pentru deformaiile permanente de fluaj...................22 VII.1.4 Metode de evaluare a deformaiilor permanente...................................23 VII.2 Studiu experimental...............................................................................................23 VII.2.1 ncercarea la compresiune ciclic triaxial............................................23 VII.2.2 ncercarea la fguire Dispozitive mici Procedeul B n aer............28 VII.3 Metoda SHELL exemplu de calcul......................................................................29 CAPITOLUL VIII. CALCULUL UNEI STRUCTURI RUTIERE FLEXIBILE AEROPORTUARE VIII.1 Sinteza documentar............................................................................................31 VIII.1.1 Metoda Francez..................................................................................31 VIII.1.2 Metoda Forfetar..................................................................................31 VIII.1.3 Metoda Optimizat................................................................................31 VIII.2 Calculul unei structuri rutiere flexibile aeroportuare..............................................31 CAPITOLUL IX . CONCLUZII FINALE, CONTRIBUII PERSONALE, DIRECII VIITOARE DE CERCETARE..................................................................................................................................................32 BIBLIOGRAFIE....................................................................................................................................................38 LISTA FIGURILOR Figura V.2.1.1 Curba granulometric a mixturii bituminoase.................................................................................7 Figura V.2.2.1 Stabilitatea Marshall n funcie de procentul de bitum....................................................................7 Figura V.2.2.2 Fluajul Marshall n funcie de procentul de bitum...........................................................................7 Figura V.2.2.3 Densitatea aparenta n funcie de procentul de bitum....................................................................8 Figura V.2.2.4 Volumul de goluri n mixtura compactat funcie de numrul de giraii..........................................9 Figura V.2.2.5 Volumul de goluri n amestecul de agregate funcie de numrul de giraii..........................................9 Figura V.2.2.6 Volumul de goluri umplute cu bitum funcie de numrul de giraii..................................................9 Figura V.2.2.7 Densitatea aparent a mixturii asfaltice funcie de numrul de giraii...........................................10 Figura V.2.2.8 Proprietile mixturii bituminoase aeroportuare BBA 16 rezultate din metodele Marshall i Superpave...................................................................................................................11 Figura VI.2.1.4 Modulul de rigiditate al mixturilor bituminoase BBA 16 funcie de temperatur pentru diferite frecvene................................................................................................................14 Figura VI.2.1.5 Modulul de rigiditate al mixturii bituminoase BBA 16 funcie de frecven pentru diferite temperaturi ............................................................................................................14 Figura VI.2.1.6 Curbe izoterme ale mixturii bituminoase BBA 16.........................................................................15 Figura VI.2.1.7 Curbe izocrone ale mixturii bituminoase BBA 16.........................................................................15 Figura VI.2.1.8 Diagrame Cole Cole ale mixturii bituminoase BBA 16..............................................................15 Figura VI.2.1.9 Diagrame Black ale mixturii bituminoase BBA 16........................................................................15 o Figura VI.2.1.10 Dreapta de oboseal a mixturii bituminoase BBA 16 pentru o temperatur de 10 C.................16 o Figura VI.2.1.11 Dreapta de oboseal a mixturii bituminoase BBA 16 pentru o temperatur de 15 C.................16 Figura VI.2.2.2 Modulul de rigiditate al mixturii bituminoase BBA 16 funcie de temperatur pentru diferite frecvene................................................................................................................16 Figura VI.2.2.3 Modulul de rigiditate al mixturii bituminoase BBA 16 funcie de frecven pentru diverse temperaturi............................................................................................................17 Figura VI.2.2.4 Curbe izoterme ale mixturii bituminoase BBA 16.........................................................................17 Figura VI.2.2.5 Curbe izocrone.............................................................................................................................17 Figura VI.2.2.6 Diagrame Cole Cole ale mixturii bituminoase BBA 16..............................................................18 Figura VI.2.2.7 Diagrama Black a mixturii bituminoase BBA 16...........................................................................18 o Figura VI.2.2.8 Dreapta de oboseal a mixturii bituminoase BBA 16 pentru o temperatur de 15 C i o frecven de 30 Hz.................................................................................................................18 o Figura VI.2.2.9 Dreapta de oboseal a mixturii bituminoase BBA 16 pentru o temperatur de 15 C i o frecven de 25 Hz.................................................................................................................19 o Figura VI.2.2.10 Dreapta de oboseal a mixturii bituminoase BBA 16 pentru o temperatur de 30 C i o frecven de 30 Hz...............................................................................................................19 Figura VI.2.3.1 Modulul de rigiditate al mixturii bituminoase BBA 16 funcie de temperatur i forma probei..............................................................................................................................19 Figura VI.2.3.2 Variaia modulului de rigiditate funcie de temperatur pe probe trapezoidale............................20 Figura VI.2.3.3 Variaia modulului de rigiditate funcie de temperatur pe probe prismatice...............................20 Figura VI.2.3.4 Drepte de oboseal ale mixturii bituminoase BBA 16 obinute pe probe trapezoidale................20 Figura VI.2.3.5 Drepte de oboseal ale mixturii bituminoase BBA 16 obinute pe probe prismatice...................21

IIDoctorand: Ing. Claudia Surlea

Teza de doctorat:


Figura VI.2.3.6 Variaia parametrului b funcie de temperatur pe probe prismatice i trapezoidale conform SR EN 13108-20....................................................................................................................21 Figura VI.2.3.7 Variaia numrului de cicluri la rupere din ncercarea pe probe trapezoidale funcie de numrul de cicluri la rupere din ncercarea pe probe prismatice..........................21 Figura VII.1.1.1 Stadiile fluajului...........................................................................................................................22 Figura VII.2.1.5 Curba de fluaj pentru mixtura bituminoas pentru aeroporturi BBA 16...........................................23 Figura VII.2.1.6 Curba de fluaj pentru mixtura bituminoas de modul ridicat MAMR 16................................................24 Figura VII.2.1.7 Curba de fluaj pentru mixtura bituminoas cu fibre MASF 16.....................................................24 Figura VII.2.1.8 Modulul de fluaj pentru mixtura bituminoas pentru aeroporturi BBA 16..............................................24 Figura VII.2.1.9 Modulul de fluaj pentru mixtura bituminoas de modul ridicat MAMR 16.............................................24 Figura VII.2.1.10 Modulul de fluaj pentru mixtura bituminoas cu fibre MASF 16................................................25 Figura VII.2.1.11 Curba de fluaj pentru mixtura bituminoas BBA 16, pentru diverse presiuni laterale...............25 Figura VII.2.1.12 Modulul de fluaj pentru mixtura bituminoas BBA 16, pentru diverse presiuni laterale............25 Figura VII.2.1.13 Curba de fluaj pentru mixtura bituminoas BBA 16, pentru compactare Marshall i compactare la Girocompactor...............................................................................................26 Figura VII.2.1.14 Modulul de fluaj pentru mixtura bituminoas BBA 16, pentru compactare Marshall i compactare la Girocompactor...............................................................................................26 Figura VII.2.1.15 Variaia modulului de fluaj funcie de presiunea lateral...........................................................27 Figura VII.2.1.16 Variaia modulului de fluaj pe probe compactate cu ciocanul Marshall funcie de modulul de fluaj pe probe compactate cu Girocompactorul.....................................27 Figura VII.2.1.17 Variaia deformaiei permanente funcie de presiunea lateral..........................................28 Figura VII.2.1.18 Variaia deformaiei permanente pe probe compactate cu ciocanul Marshall funcie de deformaia permanent pe probe compactate cu Girocompactorul.........................28 Figura VII.2.2.2 Adncimea fgaului n mm funcie de numrul de treceri pentru cele dou tipuri de mixturi bituminoase studiate.........................................................................29 Figura VII.2.2.3 Adncimea fgaului n % funcie de logaritmul numrului de treceri pentru cele dou tipuri de mixturi bituminoase studiate.......................................29 Figura VII.3.3 Variaia deformaiei permanente funcie de timp i grosimea straturilor bituminoase....................30 LISTA TABELELOR Tabelul V.2.2.1 Rezultate obinute la aparatul Marshall.........................................................................................7 Tabelul V.2.2.2 Caracteristicile mixturii bituminoase pentru procentul optim de bitum...........................................8 Tabelul V.2.2.3 Valorile greutilor specifice (Marshall)..........................................................................................8 Tabelul V.2.2.4 Volumele de goluri obinute (Marshall)..........................................................................................8 Tabelul V.2.2.5 Valorile greutilor specifice (Superpave)......................................................................................9 Tabelul V.2.2.6 Rezultate obinute n vederea procentului de bitum....................................................................10 Tabelul V.2.2.7 Volumele de goluri obinute (Superpave)....................................................................................10 Tabelul V.2.2.8 Proprietile volumetrice ale mixturii bituminoase proiectate......................................................10 Tabelul V.2.3.1 Caracteristicile mixturii bituminoase proiectate...........................................................................11 Tabelul V.2.3.2 Rezistena la carburani a mixturii bituminoase proiectate..........................................................12 Tabelul VII.2.1.2 Modulul de fluaj i deformaia permanent la 10000 pulsaii i 1800 pulsaii...........................26 Tabelul VII.2.1.7 Variaia modulului de fluaj funcie de presiunea lateral...........................................................26 Tabelul VII.2.1.8 Variaia modulului de fluaj pe probe compactate cu ciocanul Marshall funcie de modulul de fluaj pe probe compactate cu Girocompactorul........................27 Tabelul VII.2.1.9 Variaia deformaiei permanente funcie de presiunea lateral.................................................27 Tabelul VII.2.1.10 Variaia deformaiei permanente pe probe compactate cu ciocanul Marshall funcie de deformaia permanent pe probe compactate cu Girocompactorul................ 28 Tabelul VII.2.2.2 Rezultatele obinute la fguire...............................................................................................29 Tabelul VII.3.1 Temperatura anual efectiv n substratul bituminos...................................................................29 Tabelul VII.3.2 Rigiditatea mixturii bituminoase..............................................................................30 Tabelul VII.3.3 Deformaia permanent h, n straturile bituminoase..................................................................30 Tabelul VIII.2.1 Boeing 747 200 (numr total de rotaii = 1000).......................................................................31 Tabelul VIII.2.2 DC 10 10 (numr total de rotaii = 2000).................................................................................31 Tabelul VIII.2.3 DC 8 63 (numr total de rotaii = 1500)...................................................................................31 Tabelul VIII.2.12 Determinarea grosimii reale pentru cele trei tipuri de mixturi bituminoase - pista (30 m centrali) i calea de rulare................................................................32 Tabelul VIII.2.13 Determinarea grosimii reale pentru cele trei tipuri de mixturi bituminoase - pista (in afara celor 30 m centrali)......................................................................32 Tabelul VIII.2.14 Determinarea grosimii reale pentru cele trei tipuri de mixturi bituminoase - platforma.............................................................................................................32

IIIDoctorand: Ing. Claudia Surlea

Teza de doctorat:


Obiectivele tezei:Studiul comportamentului mixturilor bituminoase este un subiect foarte vechi n literatura de specialitate, muli specialiti n domeniu ncercnd s explice cauzele degradrilor, avnd n vedere diferii factori. Mixturile bituminoase s-au folosit la nceput n alctuirea structurilor rutiere pentru drumuri, ca n urm cu civa ani s nceap s fie folosite i n structurile rutiere ale suprafeelor aeroportuare. Literatura de specialitate internaional este relativ nou, iar cea naional este practic inexistent, n domeniul mixturilor bituminoase pentru aeroporturi. Scopul principal al studiului este proiectarea unei mixturi bituminoase aeroportuare cu o comportare bun la ncercri dinamice. Subiectul actualului studiu de cercetare este prioritar pe plan mondial i contrbuie, prin rezultatele obinute, la mbogirea cunotinelor n ceea ce privete comportamentul mixturilor bituminoase aeroportuare. Noutatea se datoreaz chiar studiului propriu-zis datorit faptului c n ara noastr nu exist experien n acest domeniu, motiv pentru care nu exist nici standarde specializate pentru acest tip de mixturi bituminoase. Complexitatea acestui studiu a avut la baz multitudinea de ncercri de laborator realizate pe mixtura bituminoas aeroportuar proiectat, BBA 16, utiliznd aparatur i echipamente complexe moderne i performante care conduc la stabilirea comportrii la oboseal i deformaii permanente a mixturilor bituminoase aeroportuare. Prin realizarea acestui studiu va crete competitivitatea n domeniul cercetrii dezvoltrii i se va mbunti colaborarea ntre unitatea participanta i agenii economici i uniti ale administraiei publice n vederea soluionrii problemelor complexe identificate n cadrul proiectului. Scopurile ingineriei aeroporturilor sunt: proiectarea si constructia aeroporturilor pentru a conferi siguran i confort utilizatorilor. Proiectarea i construcia aeroporturilor presupune unele faze premergtoare pentru alegerea soluiilor optime. Dintre acestea, un rol important l au cercetrile pentru anticiparea comportarii n timp folosite pentru construcia de aeroporturi, care se reflect n final n caracteristicile de exploatare i condiii de siguran a infrastructurii transportului. Anticiparea comportrii unei structuri rutiere n timp la aciunea solicitrilor date de trafic i factori de mediu (variaii sezoniere de temperatur), se poate face prin investigarea de specialitate pe sectoare experimentale sau pe modele la scar redus n laborator. Din punct de vedere al eficienei investigaiilor comportamentale, testarea complex de laborator prezint n ultima vreme o pondere important n strategia de programare a lucrrilor de aeroporturi. Rezultatele proiectului pot reduce riscul unor costuri de exploatare prin alegerea soluiilor optime de alctuire a straturilor asfaltice din structurile rutiere aeroportuare flexibile i mixte. Creterea gradului de confort al contribuabilului, la aterizare si decolare pe/de pe aeroporturile moderne, asistate prin teste de performana specifice laboratoarelor de specialitate. Studiile experimentale: - modulul de rigiditate al mixturii bituminoase aeroportuare proiectate; - rezistena la oboseal a mixturii bituminoase aeroportuare proiectate; - rezistena la deformaii permanente a mixturii bituminoase aeroportuare proiectate. ncercrile de laborator au fost fcute n cadrul Laboratorului de Drumuri din cadrul Catedrei de Drumuri i Ci Ferate, Facultatea Ci Ferate, Drumuri i Poduri, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti. Lucrarea de doctorat este structurat pe 9 capitole, bibliografie i anexe. Capitolul I Puncte comune i specifice structurilor rutiere pentru drumuri i structurilor rutiere aeroportuare, cuprinde cteva puncte comune i specifice structurilor rutiere pentru drumuri i structurilor rutiere pentru suprafeele aeroportuare, avnd n vedere tipurile de solicitri, caracteristicile de suprafa i lucrrile de ntreinere; Capitolul II - Tipuri de structuri rutiere aeroportuare, prezint tipurile de structuri rutiere aeroportuare, situaia la nivel naional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile i situaia la nivel internaional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile;

1Doctorand: Ing. Claudia Surlea

Teza de doctorat:


Capitolul III Condiii tehnice pentru mixturile bituminoase aeroportuare, conine normele franceze i standardele europene necesare pentru proiectarea unei reete de mixtur bituminoas aeroportuar; Capitolul IV Caracteristicile materialelor componente mixturilor bituminoase aeroportuare, cuprinde materialele folosite n alctuirea unei mixturi bituminoase aeroportuare i caracteristicile acestora; Capitolul V Proiectarea unei reete optime de mixtur bituminoas aeroportuar, prezint o documentare a modului de proiectare a unei mixturi bituminoase, precum i un studiu experimental ce const n alegerea materialelor componente, o proiectare reetei mixturii bituminoase att dup metoda Marshall, ct i dup metoda Superpave. n finalul studiului experimental fiind prezentate caracteristicile fizico-mecanice ale mixturii bituminoase proiectate; Capitolul VI Modulul de rigiditate i comportarea la oboseal a mixturilor bituminoase aeroportuare, cuprinde o sintez documentar asupra fenomenului de oboseal (factori externi i interni ce influeneaz fenomenul, evaluarea rezistenei i tipurile de ncercri) i un studiu experimental (ncercarea la ncovoiere n dou puncte pe probe trapezoidale, ncercarea la ncovoiere n patru puncte pe probe prsmatice i o comparaie ntre diferite tipuri de probe, avnd n vedere modulul de rigiditate i rezistena la oboseal a mixturilor bituminoase); Capitolul VII Deformaii permanente ale mixturilor bituminoase, const ntr-o sintez documentar (factori ce influeneaz fenomenul, principalele teste, modele ce permit evaluarea comportamentului mixturilor bituminoase, metode de evaluare a deformaiilor permanente), un studiu experimental (ncercarea la compresiune ciclic triaxial, ncercarea la fguire) i un exemplu de calcul (metoda Shell); Capitolul VIII Calculul unei structuri rutiere flexibile aeroportuare, cuprinde o sintez documentar (metoda francez, metoda forfetar metoda optimizat) i un calcul al unei structuri rutiere flexibile aeroportuare; Capitolul IX Concluzii finale, contribuii personale, direcii viitoare de cercetare, conine concluziile finale privind subiectul tezei de doctorat, contribuiile personale, precum i precizarea direciilor viitoare de cercetare; Bibliografia cuprinde un numr de 110 lucrri i studii din literatura de specialitate internaional i naional n domeniul comportamentului mixturilor bituminoase.


Teza de doctorat:


CAPITOLUL I. PUNCTE COMUNE I SPECIFICE STRUCTURILOR RUTIERE PENTRU DRUMURI I STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE Asemntor structurilor rutiere pentru drumuri i structurilor rutiere aeroportuare sunt mprite n structuri rutiere flexibile, rigide, precum i mixte. Structurile rutiere folosite pentru drumuri, ct i cele folosite pentru aeroporturi fac parte din acceai familie structural, ambele avnd acelai rol, i anume trebuie s construiasc o platform rezistent la un nivel de trafic dat, iar desfurarea traficului trebuie s se fac n condiii de securitate i confort /1/. I.1 Tipuri de solicitri I.1.1 ncrcri din trafic Aerodromurile sunt alctuite din diverse suprafee specializate, i anume : piste de aterizare/ decolare, ci de rulare, bretele, suprafete de staionare/ ntreinere. Datorit specificului suprafeelor, solicitrile din trafic sunt diversificate /2/, /3/. Particularitile pe care le prezint ncrcrile date de avioane n comparaie cu cele de la drumuri sunt datorate solicitrilor mecanice, servituii de exploatare i agresivitii cu care se manifest climatul. I.1.2 Aciunea aerului Suflul produs de motoarele aeronavelor este nsoit de un efect termic n cazul motoarelor cu reacie. Datorit aciunii oxidante a aerului asupra bitumului i amplificat de efectul mai sus menionat apare fenomenul de mbtrnire /3/. I.1.3 Aciunea apei Influena apei asupra structurii rutiere se manifest la nivelul fiecrui strat astfel /6/: la nivelul mbrcminii; la nivelul fundaiei; la nivelul patului cii De asemenea o problem semnificativ o constituie colectarea apelor de suprafa (din ploi i topirea zpezii). I.1.4 Aciunea temperaturii Aciunea temperaturii are o influen mai mare asupra structurilor aeroportuare, dect asupra structurilor rutiere pentru drumuri, mai ales n cazul dalelor groase unde eforturile din variaii de temperaturi sunt semnificative. Mixtura bituminoas realizat trebuie s fie att de flexibil la temperaturi sczute pentru a prevenii fisurarea, ct i suficient de rigid la temperaturi ridicate pentru a prevenii deformaiile permanente. Spre deosebire de beton mixtura bituminoas este deformabil, deci amortizeaz aciunea dinamic a vehiculelor i aeronavelor, se comport bine la temperaturile ridicate din timpul verii, permite realizarea unei suprafee fr rosturi, este uor de reparat, ns are o rezisten mai slab la umezeal /3/, /5/. I.2. Caracteristici de suprafa I.2.1 Planeitatea Compactitatea stratului de uzur trebuie completat cu planeitatea acesteia, pentru a evita proeminenele i discontinuitile. Din cauza vitezelor mari ale aeronavelor, acceleraiile verticale, atunci cnd suprafaa este necorespunztoare, se produc micri de tangaj i de ruliu, resimite att de piloi ct i de amortizoarele aterizoarelor principale. O suprafaare necorespunztoare a stratului de uzur a mbrcminii se poate traduce i prin stagnarea apelor din precipitaii. I.2.2 Aderena pneu/ cale Pentru o aderen bun pneu cale, pneul trebuie s corespund cerinelor de fiabilitate i de siguran a circulaiei. Forma texturii pneului are o mare influen asupra siguranei n circulaie att n cazul drumurilor, ct i n cazul suprafeelor aeroportuare, asupra confortului, precum i asupra uzurii carosabilului. Temperatura mediului ambiant modific rigiditatea mbrcminii bituminoase i implicit crete rigiditatea pneului, cu repercursiuni asupra creterii rezistenei la rulaj, deci a creterii uzurii carosabilului.


Teza de doctorat:


I.3 ntreinere Datorit traficului mare n timpul zilei, lucrrile de ntreinere se realizeaz pe timpul nopii. Acest lucru se realizeaz att n cazul structurilor rutiere pentru drumuri, ct i n cazul structurilor rutiere aeroportuare. Lucrrilor de ntreinere folosite pentru aeroporturi sunt asemntoare lucrrilor de ntreinere pentru drumurile naionale, descrise n AND 554 i AND 533. Lucrrile i serviciile privind ntreinerea aeroporturilor constau n totalitatea activitilor de intervenie ce se execut n tot timpul anului, determinate de uzura sau degradarea n condiii normale de exploatare, ce au ca scop asigurarea condiiilor tehnice necesare desfaurrii circulaiei rutiere n siguran, cu respectarea normelor n vigoare. CAPITOLUL II. TIPURI DE STRUCTURI RUTIERE AEROPORTUARE Aa cum se observ din capitolul precedent, structurile rutiere aeroportuare trebuie s ndeplineasc dou categorii de condiii i anume /2/, /3/, /4/ : - condiia de portan, care este dependent de regimul hidroclimatic, - condiii funcionale : integritatea suprafeei de uzur, suprafaarea i aderena pneu cale. n alegerea structurii rutiere aeroportuare trebuie avui n vedere urmtorii factori : - traficul preconizat; tipul/ caracteristicile pmntului de fundare; condiii climatice ; regimul hidrologic ; resursele locale de materiale ; termenul de dare n exploatare ; posibilitatea/ utilitatea execuiei etapizate ; costul total : execuie, ntreinere ; probleme tehnice ridicate de ntreinere i ranforsare. II.1 Structuri rutiere aeroportuare flexibile Dintre materialele componente ale unei structuri rutiere flexibile sau mixte, mixtura bituminoas este considerat a fi cel mai important material ce trebuie caracterizat cu acuratee. Mixturile bituminoase se pot folosi att la lucrri noi, ct i la ntreinerea/ ranforsarea structurilor rutiere existente att n cazul structurilor pentru drumuri, ct i n cazul structurilor aeroportuare. Pentru structurile rutiere aeroportuare se pot realiza i mixturi bituminoase aeroportuare antikerosen /3/. II.2 Structuri rutiere aeroportuare mixte Aceste tipuri de structuri rutiere sunt alctuite, n principal, ca structuri rutiere rigide, care sunt acoperite cu un strat de uzur din mixtur bituminoas. Betonul poate fi de diverse tipuri : discontinuu sau armat continuu. Ranforsarea aerodromurilor cu structuri suple i racordarea stratului de mixtur bituminoas adugat cu lucrrile existente este uor de realizat. Ranforsarea unei piste de beton este mult mai dificil pentru c nu se poate acoperi o dal veche de beton cu o dal nou care s lucreze la fel i n acelai timp cu ea. n concluzie trebuie fcut o nou structur avnd ea singur propria rezisten /3/, /5/. II.3 Structuri rutiere aeroportuare rigide Pistele din beton au vizibilitate bun, consum mai redus de materiale i se ntrein uor cnd sunt bine construite i au rosturile ngrijit executate, n plus rezist bine la pierderile de carburani i la suflul reactoarelor, dar sunt dificil de reparat i consolidat /2/, /5/. II.3.1 Beton de ciment rutier Aceste tipuri de structuri sunt recomandate a se folosi la ranforsarea sistemelor rutiere rigide existente, execuia mecanizat a mbrcmintei rutiere asigurnd reducerea duratei de execuie /3/. II.3.2 Beton de ciment armat Aceasta nu este o soluie foarte ntlnit, dar se justific n cazul trenurilor de aterizare complexe, care solicit alternativ dalele separate de rosturile longitudinale. II.3.3 Beton de ciment armat continuu (BAC) n cadrul acestor tipuri de mbrcmini lipsesc rosturile transversale de contracie ncovoiere. Singurele tipuri de rosturi sunt cele de construcie i de dilatare. Avantajul acestei soluii este absena cvasitotal a lucrrilor de ntreinere, ceea ce face pe termen lung, cheltuielile echivalente s fie comparabile cu alte soluii /3/.


Teza de doctorat:


II.3.4 Beton de ciment precomprimat Avantajele acestei soluii sunt urmtoarele /3/: utilizarea eficient a betonului de ciment, ceea ce duce la reducerea grosimii mbrcmintei cu pn la 30% fa de soluia cu beton simplu ; Calitatea superioar a mbrcmintei de beton datorit reducerii numrului rosturilor i eliminarea aproape total a fisurilor, ceea ce micoreaz costurile lucrrilor de ntreinere ; Deformaiile mbrcmintei pot depi de foarte multe ori pe cele ale unei dale de beton simplu. Dezavantajele acestei soluii sunt urmtoarele : pierderea precomprimrii n timp ; costul ridicat. II.4 Situaia la nivel naional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile n acest domeniu experiena romneasc nu este relevant. n 1944 s-au folosit pentru prima dat straturi asfaltice la pistele aeroportuare, i anume la pista numrul 1 de la Aeroportul Internaional Henri Coand Bucureti. Pista existent era din beton de ciment, cu o grosime a dalei de beton ntre 60 100 cm datorit ranforsrilor succesive realizate de-a lungul timpului, odat cu extinderea pistei la lungimea actual de 3500 m. Peste aceast dal de beton s-au aplicat dou straturi bituminoase cu grosimea de aproximativ 10 cm. n 2007 2008 s-a modernizat n dou etape pista de pe Aeroportul Internaional Bucureti Bneasa (Aurel Vlaicu). Proiectarea acestei soluii de modernizare a pornit de la Norma Francez Proiectarea structurilor aeroportuare volumele 1 si 2 , elaborate de STBA Serviciul Tehnic al Bazelor Aeriene Paris Frana. Modernizarea pistei de decolare - aterizare a constat n ranforsarea structurii actuale din beton de ciment cu straturi bituminoase n grosime de pn la 25 cm. II.5 Situaia la nivel internaional a structurilor rutiere aeroportuare flexibile La nivel internaional pistele aeroportuare cu structur rutier flexibil sunt din ce n ce mai folosite. Asociaia European a Constructorilor de Structuri Rutiere pe baz de mixtur bituminoas a ntocmit un raport cu privire la folosirea pentru principalele aeroporturi din Europa i America a mixturii bituminoase pentru realizarea pistelor noi, dar i a ranforsrii celor existente. Conform acestei Asociaii pentru straturile de rezisten se folosesc mixturi bituminoase cu bitumuri dure sau bitumuri modificate cu polimeri, iar pentru stratul de uzur se folosesc mixturi bituminoase cu fibre sau mixturi bituminoase cu bitum modificat cu polimeri. CAPITOLUL III. CONDIII TEHNICE PENTRU MIXTURILE BITUMINOASE AEROPORTUARE n ara noastr nu exist norme specifice pentru mixturi bituminoase aeroportuare, de aceea s-a ncercat s se gsesc i s se sintetizeze caracteristicile mixturilor bituminoase aeroportuare din norme ale altor ri. Normele sintetizate n acest capitol sunt normele franceze i standardele europene. Mixtura bituminoas reprezint un amestec de agregate naturale sau artificiale, filer i bitum, deci caracteristicile bune ale mixturii bituminoase presupun caracteristici bune ale materialelor componente.

III.1 Norme franceze i standarde europeneRealizarea straturilor rutiere de uzur i legatur ale structurilor aeroportuare conform normelor franceze i standardelor europene presupune folosirea urmtoarelor norme : NF P98-131 (Betons bitumineux pour chaussees aeronautiques), SR EN 13108 1 (Beton asfaltic pentru drumuri, aeroporturi i alte suprafee circulabile), SR EN 13108 4 (Mixturi bituminoase cilindrate la cald pentru drumuri i aeroporturi) i SR EN 13043/2003 (Agregate pentru mixturi bituminoase la drumuri, aeroporturi i alte suprafee de trafic) /12/, /13/,/14/, /15/, /16/, /17/, /18/, /19/, /20/, /21/, /22/, /23/, /24/, /25/, /26.

CAPITOLUL IV CARACTERISTICILE MATERIALELOR COMPONENTE ALE MIXTURILOR BITUMINOASE AEROPORTUARE IV.1 Generaliti Mixtura bituminoas este un material complex, iar determinarea proprietilor fundamentale fizico mecanice ale sale reprezint o problem dificil, datorit numarului mare de variabile care intervin /10/,/27/, /28/, /29/.

IV.2 Bitumul Bitumul este un amestec complex de hidrocarburi solubile n sulfura de carbon. Importana bitumului se datoreaz naturii i proprietilor sale ce influeneaz ntr-o mare msur rezistena la oboseal a mixturilor bituminoase (Moutier i al. 1990), precum i fisurarea la temperaturi joase (King i al. 1993).


Teza de doctorat:


Bitumul este un material necesar realizrii mixturilor bituminoase, datorit capacitii sale de a aglomera materialele minerale ntre ele /10/, /30/. Bitumul rutier pe lng rolul de a aglomera granulele minerale ntre ele, trebuie s aib stablitate n timp i rezisten la aciunea apei. Mixtura bituminoas rezultat trebuie s nu fie foarte flexibil vara i foarte rigid iarna. IV.3 Agregate naturalele Asemeni bitumului, agregatele naturale sunt materiale ce intr n alctuirea mixturii bituminoase. Agregatele naturale folosite n cadrul mixturilor bituminoase pentru aeroporturi se mpart n urmtoarele categorii /27/, /30/, /33/: cribluri se obin n cariere prin spargere i sortare a rocilor; nisipuri de concasaj se obin asemntor criblurilor, n cariere; nisipurile naturale se extrag din albiile rurilor sau din balastiere; IV.4 Filerul Filerul reprezint a treia parte component a mixturii bituminoase, pe lng bitum i agregatele naturale. Filerul se definete ca fiind o pulbere mineral, cu granule sub 0.63 mm i minim 80 % granule sub 0.09 mm, obinut prin mcinarea fin a rocilor calcaroase sau prin stingerea n pulbere a varului, urmat de separarea corespunztoare. Filerul nu d reacii chimice cu substanele componente ale bitumului i mbuntete plasticitatea acestuia, ntrziind astfel procesul de mbtrnire. Datorit suprafeei specifice mari i fenomenului de absorbie provocat de aceasta filerul are o influen favorabil asupra caracteristicilor mixturilor bituminoase. CAPITOLUL V. PROIECTAREA UNEI AEROPORTUR REETE OPTIME DE MIXTUR BITUMINOAS

V.1 Generalii Proiectarea unei reete optime de mixtur bituminoas presupune alegerea unui amestec optim de agregate, filer i bitum pentru a obine o durabilitate ct mai mare a mixturii bituminoase. Dea lungul timpului muli cercettori s-au preocupat de gsirea unei metode de proiectare a mixturilor bituminoase. Dou dintre metodele dezvoltate n timp au fost: metoda Marshall i metoda Superpave. Metoda Marshall presupune realizarea unei mixturi bituminoase durabile, avnd n vedere analiza stabilitate/ fluaj i densitate/ volum de goluri. Odat cu creterea traficului i ncrcrii pe osie s-a dezvoltat o alt metod pentru a mbuntii proiectarea mixturilor bituminoase. Aceast nou metod a luat natere n anul 1987 i a fost dezvoltat de Strategic Highway Research Program (SHRP) n S.U.A.. Aceast metod a avut n vedere trei obiective /29/, /34/, /35/, /36/, /37/,/38/, /39/:

1) evaluarea performanelor mixturii bituminoase; 2) ncercarea materialelor componente; 3) folosirea compactrii giratorii. Chiar dac a aprut aceast metod nou de proiectare a mixturilor bituminoase, metoda Marshall este foarte folosit nc datorit simplitii sale.

V.2 Studiu experimental V.2.1 Prezentarea reetei Obiectivul acestei cercetri este acela de a stabili o reet de mixtur bituminoas cu bitum modificat pentru aplicaii n domeniul structurilor rutiere aeroportuare. Bitumul folosit este un bitum OMV modificat, special pentru aeroporturi. Agregatele folosite au fost cribluri i nisip concasat de la cariera REVRSAREA. Filerul folosit este filer Holcim. ntruct normele romneti nu prevd cerine n ceea ce privete proiectarea reetei de mixtur bituminoas pentru aeroporturi n vederea stabilirii amestecului de agregate s-a propus o curb granulometric ce a urmrit Norma Francez (NF P 98-131) i French Design Manual LCPC 2007. Proiectarea reetei mixturii bituminoase aeroportuare s-a realizat att prin metoda MARSHALL, ct i prin metoda SUPERPAVE. Procentul de bitum trebuie s fie peste 5.2 % conform French Design Manuel LCPC.


Teza de doctorat:100 90 80 70


treceri, %

60 50 40 30 20 10 0 0.01

0.1

1 sita, mm

10

100

min BA 16 (SR 174-1:2009)

max BA 16 (SR 174-1:2009)

BBA 14 (NF P 98-131)

BBA 16 (proiectata)

Figura V.2.1.1 Curba granulometric a mixturii bituminoase V.2.2 Studiul comparativ MARSHALL SUPERPAVE Metoda de proiectare MARSHALL S-au confecionat probe cilindrice de mixtur bituminoas cu procentul de bitum estimat i cu procentul de bitum estimat - 0.5 % i + 0.5 %. Compactarea s-a fcut prin impact, cu ajutorul ciocanului Marshall, aplicnd cte 50 de lovituri pe ambele fee ale probei. Probele au fost ncercate la aparatul Marshall, la o temperatur de 60 oC, iar parametrii rezultai au dat informaii despre stabilitatea i fluajul Marshall, conform tabelului V.2.2.1 i figurilor V.2.2.1; V.2.2.2 i V.2.2.3. Tabelul V.2.2.1 Rezultate obinute la aparatul Marshall Bitum Densitate Stabilitate Fluaj Marshall (%) aparent (kg/m3) Marshall (mm) (kgf) 5.0 2575 1363 2.25 5.2 2555 1380 1.90 5.5 2579 1390 2.30 5.75 2556 1288 2.551500 1450stabilitate Marshall, kgf

1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 bitum , % 6 6.25 6.5 6.75 7

Figura V.2.2.1 Stabilitatea Marshall n funcie de procentul de bitum2.8

fluaj Marshall, mm

2.6 2.4 2.2 2 1.8 1.6 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 bitum , % 6 6.25 6.5 6.75 7

Figura V.2.2.2 Fluajul Marshall n funcie de procentul de bitum


Teza de doctorat:3

Mixturi bituminoase aeroportuare supuse ncrcrilor repetate2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 bitum , % 6 6.25 6.5 6.75 7

Figura V.2.2.3 Densitatea aparenta n funcie de procentul de bitum Din cele prezentate mai sus rezult c procentul optim de bitum este 5.3 %, iar caracteristicile mixturii bituminoase sunt date n tabelul V.2.2.2. Tabelul V.2.2.2 Caracteristicile mixturii bituminoase pentru procentul optim de bitum Caracteristica Valori obinute Stabilitate Marshall, KN 14 Fluaj Marshall, mm 2.2 Densitate aparenta, kg/m3 2565 Valorile greutii specifice maxime teoretice, Gmm, a greutii specifice aparente a mixturii bituminoase compactate, Gmb, a greutii specifice a bitumului Gb, a greutii specifice efective a agregatelor, Gse i a greutii specifice volumice a agregatelor Gsb, utilizate n calculul volumului de goluri din mixtura compactat (Va), volumului de goluri n amestecul de agregate (VMA) i volumului de goluri umplute cu bitum (VFA) sunt prezentate n tabelul V.2.2.3. Tabelul V.2.2.3 Valorile greutilor specifice (Marshall) Gb Gsb Gse (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 1030 2790 2950

Gmb (kg/m3) 2565

densitate aparenta, g/cm

Gmm (kg/m3) 2685

Valorile obinute pentru calculul volumului de goluri din mixtura compactat (Va), volumului de goluri n amestecul de agregate (VMA) i volumului de goluri umplute cu bitum (VFA) sunt prezentate n tabelul V.2.2.4. Tabelul V.2.2.4 Volumele de goluri obinute (Marshall) Proprieti volumetrice ale Valori mixturii bituminoase obinute Va (%) 4.5 VMA (%) 12.94 VFA (%) 65.22 Metoda de proiectare SUPERPAVE Pentru proiectarea reetei prin metoda Superpave (alegerea procentului optim de liant) s-a considerat granulozitatea impus n studiul Marshall i s-au propus trei procente de bitum (4.8 %; 5.3 %; 5.8 %). Specificaiile considerate privind nivelele de proiectare Nin (numr iniial de giraii), Npr (numr proiectat de giraii) i Nmax (numr maxim de giraii) sunt conform STSP 401-015, funcie de ncrcarea de calcul pentru aeroporturi:Nin = 8 giraii, Npr = 100 giraii i Nmax = 160 giraii. Probele cilindrice s-au confecionat la numr maxim de giraii.


Teza de doctorat:


Procent de bitum 4.8% 5.3% 5.8%

Tabelul V.2.2.5 Valorile greutilor specifice (Superpave) Gmb Gb Gsb Gse (kg/m3) 3 3 3 (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) 2592 1030 2790 2953 2609 1030 2790 2950 2620 1030 2790 2960

Gmm (kg/m3) 2710 2685 2670

Rezultatele obinute n urma prelucrrii datelor furnizate la compactare sunt prezentate n figurile V.2.2.4; V.2.2.5; V.2.2.6 i V.2.2.7.Volum de goluri in mixtura compactata, Va, %25

20

15

4.80% 5.30% 5.80%

10

5

0 1 10 Numar giratii 100 1000

Figura V.2.2.4 Volumul de goluri n mixtura compactat funcie de numrul de giraii32

Volum de goluri in amestecul de agregate, VMA, %

27

22

4.80% 5.30% 5.80%

17

12

7 1 10 Numar giratii 100 1000

Figura V.2.2.5 Volumul de goluri n amestecul de agregate funcie de numrul de giraiiVolum de goluri umplute cu bitum, VFA, %

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 10 Numar giratii 100 1000 4.80% 5.30% 5.80%

Figura V.2.2.6 Volumul de goluri umplute cu bitum funcie de numrul de giraii


Teza de doctorat:

Mixturi bituminoase aeroportuare supuse ncrcrilor repetate2.7

Densitatea aparenta a mixturii compactate, g/cm 3

2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2 1 10 Numar giratii 100 1000 4.80% 5.30% 5.80%

Figura V.2.2.7 Densitatea aparent a mixturii asfaltice funcie de numrul de giraii Rezultatele obinute n vederea alegerii procentului de bitum, pentru cele trei procente de liant folosite, sunt prezentate n tabelul V.2.2.6. Tabelul V.2.2.6 Rezultate obinute n vederea procentului de bitum

Tabelul V.2.2.7 Volumele de goluri obinute (Superpave) Proprieti volumetrice ale Valori obinute mixturii bituminoase Va (%) 4.07 VMA (%) 12.57 VFA (%) 67.64 n concluzie reeta proiectat va avea procentul de bitum de 5.3 %. Pe baza determinrilor fcute pentru cele dou metode de proiectare s-a stabilit ecuaia de corelare ntre proprietile volumetrice ale mixturii bituminoase proiectate (tabelul V.2.2.8 i figura V.2.2.8). Tabelul V.2.2.8 Proprietile volumetrice ale mixturii bituminoase proiectate Metoda de proiectare a Gmb Va VMA VFA reetei mixturii bituminoase, (g/cm3) (%) (%) (%) BBA 16 Marshall 2.565 4.5 12.94 65.22 Superpave 2.609 4.07 12.57 67.64


Teza de doctorat:70 60 50


Marshall

40 30 20 10 0 0 10

VFA

Va

VMA20 30 40 Superpave 50 60 70 80

Gmb

Figura V.2.2.8 Proprietile mixturii bituminoase aeroportuare BBA 16 rezultate din metodele Marshall i Superpave Din reprezentarea grafic a proprietilor mixturii bituminoase aeroportuare s-a obinut o dreapt , definit de urmtoarea ecuaie: y = 0.9577 x +0.502 R2 = 0.9999, [V.2.2.1] 2 unde: y este metoda Marshall; x metoda Superpave; R coeficient de corelare. V.2.3 Caracteristicile fizico-mecanice ale mixturii bituminoase proiectate n conformitate cu prevederile SR EN 13108-1 i NF P 98-131 s-au efectuat urmtoarele ncercri pe mixtura bituminoas proiectat: Tabelul V.2.3.1 Caracteristicile mixturii bituminoase proiectate Mixtur pentru aeroporturi (BBA 16) Volum de goluri: maximum, % minimum, % Min. volum de goluri umplute cu bitum Max. volum de goluri umplute cu bitum Volum de goluri n amestecul de agregate Volum de goluri dup 10 gitaii Treceri 1.4D D 2 0.063 Coninut de bitum, % Valori Marshall S, KN F, mm Q, KN/mm Rezistena la deforaii permanente -max. adncimea fgaului, % -max. viteza de deformaie la ornieraj mm/ 103 cicluri Modulul de rigiditate: 2PTR, 15oC, 10Hz: - min. - max. 4PR, 20oC, 8Hz: - min. - max. Rezistena la deformaii permanente (fluaj dinamic)max. vitezei de deformaie, 50oC, 300 KPa Rezistena la oboseal (104 2x106) cicluri Rezultate de laborator 4.07 67.6 67.6 12.57 11.88 100 36.03 8.96 5.3 14 2.2 6.36 4.88 0.544 8591 20 > 4500 NF P 98-131 SR EN 13108-1 Vmax 5 Vmin 4 VFBmin 60 VFBmax 68 VMAmin 12 V10Gmin 11 100 90-100 10-60 0-11 5.2 Smin 12.5 F2 Qmin 4 PRDAIR 5.0 WTSAIR5.0 Smin 7000 Smax 9000 Smin 5500 Smax 7000

6522

2.5 300 6 fcmax 4 6310


Teza de doctorat:


150 Tabelul V.2.3.2 Rezistena la carburani a mixturii bituminoase proiectate Mixtur pentru aeroporturi (BBA 16) Rezistena la carburani: - pierderea de mas dup 24h - pierdea de mas dup 72h Rezultate de laborator 2.3 % 4.65 % SR EN 12697-43

Surlea Claudia - Rezumat

Documents

Transcript of Surlea Claudia - Rezumat