Considerente Privind Utilizarea Mixturilor Asfaltice Cu Modul Ridicat La Straturi Rutiere Final [Co

7/28/2019 Considerente Privind Utilizarea Mixturilor Asfaltice Cu Modul Ridicat La Straturi Rutiere Final [Co

1/42

APRILIE 2013Conf.dr.ing. Carmen RACANEL, S.l.dr.ing. Adrian BURLACU

UNIVERSITATEA TEHNICA DE CONSTRUCTII BUCURESTI


2/42

CUPRINS

1. Introducere

2. Mixturi asfaltice cu modulridicat

3. Scopul cercetarii

4. Materiale folosite si retetamixturii asfaltice5. Incercari de laborator6. Utilizarea rezultatelor

obtinute7. Concluzii


3/42

1. Introducere

CERINTE STRUCTURALE:

(a) capacitatea de a distribui eforturi;(b) stabilitatea pentru rezistenta la deformatii permanente;

(c) rezistenta la fisurare;(d) rezistenta la inghet dezghet si degradarea la umezeala.

Proprietatile liantului Proprietatile agregatelor Aditivi

Temperatura Umezeala Istoria incarcarilor Proprietatile de imbatranire Starea de eforturi din cadrul structurii rutiere Metodele de compactare

Factori care afecteaza capacitatea

mixturii bituminoase de a indeplinicerintele structurale:


4/42

Sistemul de ncercri de laborator const n cteva categorii de ncercri

simple de compresiune, ncercri pentru determinarea caracteristicilor la

deformaii permanente i ncercri pentru determinarea caracteristicilor

fundamentale.

Incercarile de laborator pot fi clasificate in doua grupe:

Incercari empirice

Incercari fundamentale

1. Introducere


5/42

CERINTE PENTRU PROIECTAREAMIXTURILOR ASFALTICE

CERINTE EMPIRICE CERINTE FUNDAMENTALE

Stabilitatea Marshall minima, kN

Fluaj Marshall, mm

Indicele de fluaj, kN/mm

Volum minim de goluri umplute cu bitum, %

Volum maxim de goluri umplute cu bitum, %

Volum de goluri in agregatul mineral, %

Volum de goluri la 10 giratii, %

Rigiditatea minima, MPa

Rigiditatea maxima, MPa

Rezistenta la fisurare, /m/n

Rezistenta la oboseala, numar de cicluri

1. Introducere


6/42

RIGIDITATEA MIXTURILOR ASFALTICE

Modul de elasticitate dinamic (PD 177)ISTORIC DIMENSIONARE:

- modul de deformatie

- modul de elasticitate (determinat static)

- modul de elasticitate dinamic

Modulul de rigiditate = norma modulului complex

in literatura tehnica:

( ) EiEeiE i

o

o +===

*

1. Introducere


7/42

Modulul de rigiditate serveste pentru:

- evaluarea calitatii mixturii asfaltice

- proiectarea retetei mixturii asfaltice

- dimensionarea structurilor rutiere

- analiza starii de degradare a mixturilor asfaltice

1. Introducere


8/42

Pe plan european, in ultimii ani, un nou concept de proiectare astructurilor rutiere flexibile si-a facut aparitia, concept denumit perpetualpavement sau structura rutiera cu durata de viata extinsa

ALCATUIRE

Durata de viata foarte mare care nu necesita reabilitari pentru perioade

lungi (minimum 40 50 ani) ci doar o refacere periodica (la intervale deaproximativ 15 - 20 ani) a stratului de uzura.

strat de mixtura asfaltica cu un continut ridicatde bitum care sa prezinte o comportare bunala oboseala

strat de baza cu un modul de rigiditateridicat, care sa previna fagasuirea

imbracaminte asfaltica performantacare preia incarcarile

Strat de uzura

Mixtura asfalticacu modul ridicat

Efort de intindere

Fundatie

2. Mixturi asfaltice cu modul ridicat


9/42

Combinatie foarte reusita intre caracteristici mecanice bune,

impermeabilitate si durabilitate


Pe plan mondial este dezvoltata si folosita frecvent in Franta

Are o comportare foarte bunaatat la fisurare cat si la

deformatii permanente


10/42


Unde se folosesc?

Pe drumuri cu trafic greu, si mai ales

pe drumuri cu viteza de circulatie mica;

In zone de platforme logistice de

incarcare-descarcare, deservite de

trafic greu;

La structuri rutiere flexibile noi, ca

strat de baza;

La reabilitari de drumuri existente;

Pe pistele aeroportuare.


11/42


De ce sa folosim mixturile cu modul ridicat?

Performante superioare

Mai rigide

Comportare la oboseala mai buna

Rezistenta mare la deformatii permanente

Optime atat tehnic cat si economic

Grosimi reduse

Raspuns bun la cresteri de trafic

Economii la intretinere, diminuare timpilor de

inchidere a drumurilor pentru reparatii


De ce sa folosim mixturile cu modul ridicat?

Performante superioare

Mai rigide

Comportare la oboseala mai buna

Rezistenta mare la deformatii permanente

Optime atat tehnic cat si economic

Grosimi reduse

Raspuns bun la cresteri de trafic

Economii la intretinere, diminuare timpilor de

inchidere a drumurilor pentru reparatii


12/42

3. Scopul cercetarii

Studiul si implementarea (posibila) a unui concept de

succes pe plan mondial (Franta, SUA) folosind materiale si

tehnologii existente la ora actuala in tara noastra.


13/42

MATERIALE UTILIZATE:

agregate: cariera REVARSAREA

filerul: de var de HOLCIM

liant: bitum OMV 25/55-65 PMB STARFALT- penetratia, 25oC, 1/10 mm: 35- ductilitatea, 25oC, cm: 95- punct de inmuiere I.B., oC: 81

Proiectarea retetei:

- Girocompactorul

- Marshall

Conditii Norma franceza NF P98-141agregate:3235 %: < 2 mm78 %: < 0.075 mm

granulozitate continuadimensiunea maxima: 10; 14; 20 mmbitum:

dur, pur sau modificatprocent scazut: < 5%

4. Materiale folosite si reteta mixturii asfaltice


14/42

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

site, mm

treceri,

%

min MASF16 CURBA1 max MASF16 min BAR16

max BAR16 CURBA 3 CURBA 2



15/42

Nr. crt. Caracteristica Valoarea obtinuta

Cerinta conformSR 174-1/2009

(pentru BAR16)

A. Caracteristici determinate pe cilindri Marshall

A.1 Densitatea aparenta, kg/mc 2550 2300

A.2 Absorbtia de apa, % vol 2,09 2-6

A.3 Stabilitatea Marshall, kN, min. 21 8,5

A.4 Indicele de curgere, mm 1,65 1,5 3,0

A.5 Raport S/I, kN/mm 16,8 2,8- 5,6

B. Caracteristici determinate pe cilindri confectionati la girocompactor

B.1 Volum de goluri la 80 de giratii, % max 2,34 5,0

B.2 Rezistenta la deformatii permanente:- deformatia la 50C si 1800 impulsuri, m/m, max; 5548 20000

B.3 Modulul de rigiditate,- la 15 C, Mpa, testul de intindere indirecta;

7144 4500

B.4 Rezistena la oboseal, numrul de cicluri pn la fisurarela 15 C, min

1000000 400000

C. Caracteristici pe placi confectionate la compactorul cu rola

C.1 Rezistena la deformaii permanente, 60 C:- Viteza de deformaie la ornieraj, mm/h- Adncimea fagaului, mm (pentru >60000 vehicule/24h)

0,014 2,5

Conditiile de calitate ale mixturii asfaltice proiectate



16/42

Dimensiunile si modul de confectionare al probelor:

- IT-CY:probe cilindrice cu = 100 mm si h 60 mmgirocompactor, 56 giratii (volum de goluri 3.5%)

Marshall, 50; 75 lovituri/strat (densitate aparenta 2.52; 2.56 g/cm3)

Extrase cu carotiera din placi compactate la compactorul cu roledensitate aparenta 2.56 g/cm3

5. Incercari de laborator


17/42

Dimensiunile si modul de confectionare al probelor:

- 4PB-PR:

probe prismatice cu L = 405 mm, l = 50 mm, h = 50 mmtaiere din placi compactate la compactor cu roleDensitati aparente: 2.5 g/cm3

P1 P2 P3 P4

2.4 2.6 3.25 6.75 bari2 20 25 15 treceri



18/42

Determinarea modulului de rigiditate in laborator

Incercare la incovoierein doua puncte pe

probe trapezoidale

Incercare la incovoierein doua puncte pe

probe trapezoidale

Incercare la incovoierein patru puncte peprobe prismatice

Incercare la incovoierein patru puncte peprobe prismaticeB

H

deformatia

Incarcarea aplicata

L

Incercare la incovoieredin intindere indirecta

Incercare la incovoieredin intindere indirecta



19/42

Nr.

crt.

Tipul aparatului Modul de determinare a modulului Temperatura

(C)

Frecvena

sau durata

ncrcrii

1 ncovoiere n dou puncte peprobe trapezoidale/ prismatice

Modulul se determin pentru un timpde ncrcare ntre 30 s i 2 min

15 10 Hz

2 ncercarea la ncovoiere n patrupuncte

Modulul se determin la cel de-al100-lea ciclu de ncrcare

20 8 Hz

3 ncercarea de ntindere compresiune direct pe probecilindrice

Modulul se determin la cel de-al100-lea ciclu de ncrcare

15 10 Hz

4 ncercarea de ntindere indirectpe probe cilindrice

Modulul se determin ca medie a 5ncercri aplicate probei

20 124 s

Cerinele pentru determinarea rigiditii mixturii asfaltice conformSR EN 13108-20

SR 174-1/2009 prevede ca pentru modulul de rigiditate s se foloseascdoar ncercarea pe probe cilindrice, la temperatura de 15 C. NormativulAND 605/2013 utilizeaza temperatura de 20 C.



20/42

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

Tipul Incercarii

Modulderigiditate,

MPa

IT-CY: 15C 2PB-TR-10Hz: 15C 4PB-PR-8Hz: 20C IT-CY: 20C

4PB-PR-8Hz: 15C 4PB-PR-10Hz: 15C 4PB-PR-10Hz: 20C

MAMR16 BA16 MASF16a MASF16m-1 MASF16m-2

Rezultate obtinute pe diverse tipuri de mixturi, cu bitum simplu dar i cubitum modificat cu polimeri, mixturi pentru stratul de uzur ct i pentrustratul de legatur.



21/42

4PB-PR

3000

5000

7000

9000

11000

13000

15000

0 5 10 15 20 25 30 35

Frecventa, Hz

Modululderig

iditate

la

20oC

si50m

,MPa

MAMR16-20 BA16-20 MASF16a-20 MASF16m-1-20 MASF16m-2-20

Variaia modulului de rigiditate cu frecvena, la 20C i 50 mncercarea 4PB PR



22/42

IT-CY

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Temperatura, oC

Modululde

rigiditate,MPa

MAMR16 BA16 MASF16a MASF16m-1 MASF16m-2

Variaia modulului de rigiditate cutemperatura la ncercarea IT-CY

4PB-PR

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Temperature, oC

Stiffne

ssModulus

at8Hzand50

m,

MPa

MAMR16-8Hz BA16-8Hz MASF16a-8Hz MASF16m-1-8Hz MASF16m-2-8Hz

Variaia modulului de rigiditate cutemperatura la ncercarea 4PB-PR,8 Hz



23/42

Curbe directoareCurba directoare = rspunsul unei mixturi asfaltice la o temperatur dereferin, ntr-un interval lrgit al frecvenelor

face posibil integrareavitezei de circulaie (prin frecvena ncrcrii) efectelor mediului ambiant

mbtrnirii mixturii asfalticen studiul comportrii n exploatare a unei structuri rutiere.

Rolul unei curbe directoare:pune n eviden comportarea vscoelastic a mixturilor

asfaltice ca o funcie de temperatur i frecvena ncrcrii

Datele colectate la diverse temperaturi pot fi translatate pe axafrecvenei, astfel nct, diverse curbe (modulul de rigiditate funcie defrecven) pot fi aliniate astfel nct s formeze o singur curb,

denumit curb directoare.

Principiul suprapunerii timp-temperatura



24/42

Temperatura de referinta 15 C

100

1,000

10,000

100,000

-6 -4 -2 0 2 4 6

Log Frecventa Redusa(Hz)

E*MPa

-9C

4.4 C21.1 C

37.86C

54.4C

Curba directoare

Curbe directoare

)(log)log()log( Taffr =



25/42

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Frecventa, Hz

tan()

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

M

odululderigiditate,

M

Pa

CD tan(fi) CD rigiditate

Variatia factorului de translatie

cu temperatura

y = -0.0923x + 1.3212

y = -0.1155x + 1.8551

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

-10 0 10 20 30 40 50

Temperatura,oC

Log(at)

at pentru tan(fi)

at pentru rigiditate

( )Tr sf

e

E+

+

+=)log(

*

1

log



26/42

ln

ln

N

BAD25 MASF16m-T-wm MAMR16 MASF16m-T BA16 MASF16m-P

5. Incercari de laboratorDrepte de oboseala


27/42

lg

lgN

MAMR16-10oC MAMR16-15oC MAMR16-20oC


Drepte de oboseala MAMR 16


28/42


Deformatia specifica la 1 milion de cicluri


29/42

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Number of load applications

Cumulativeaxialstrain,microdef

MAMR16-A MAMR16-B MAMR16-C

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Number of load applications

Cumulativeaxialstrain,microdef

MASF16-A MASF16-B MASF16-C

Curbe de fluaj pentru MAMR16


Curbe de fluaj pentru MASF16

Deformatii permanente


30/42

Variatia deformatiei specifice axiale cu numarul de cicluri in cazul incercarii triaxiale

Tipul mixturii asfaltice : MAMR16

1=300 kPa, 3=50 kPa

T=50oC

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Numar de cicluri

Deformatiaspecificaaxiala,

microdef

girocompactor compactor cu role Marshall 75 lovituri Marshall 50 lovituri

Curbele de fluaj functie

de tipul de compactare


Deformatii permanente


31/42

Pe baza experienei din Laboratorul de Drumuri al UTCB,

din punct de vedere al tipului de ncercare, se pot sublinia urmatoarele:

Pentru ncercarea IT - CY:

- probele sunt foarte uor de confecionat i de prelucrat,se pot folosi i carote extrase din structuri rutiere gataexecutate;

- testul este foarte simplu i uor de executat i dureazpuin;

- dezavantajul major al aparatului este acela c nu poatedetermina defazajul i energia disipatn timpul testului;

- ncercarea nu permite aplicarea unui efort reversibil, iarrigiditatea este determinat prin aplicarea unor ncrcride tip haversine;

- adoptarea unei singure valori pentru coeficientul lui

Poisson pentru toate temperaturile de ncercare poateconduce la diferene notabile n determinarea rigiditii;



32/42

Pentru ncercarea 4PB - PR:

- confecionarea de probe este dificil daclaboratorul nu are la dispoziie i un compactor delaborator pentru plci de mixtur asfaltic

- imperfeciunile geometrice la confecionare suntfrecvente (prin tiere se poate pierde paralelismullaturilor).

- funcie de soft-ul folosit, ncercrile pentru unspectru de frecven pot conduce la perioade lungi de

timp;

- ncercarea permite aplicarea de deformaii specificei eforturi reversibile;

- unghiul de defazaj i energia disipat pot ficalculate;

- n conformitate cu SR EN 12697-26, nu estenecesar determinarea n prealabil a coeficientului lui

Poisson;



33/42

Pentru ncercarea 2PB - TR:

- confecionarea probelor este foarte dificil

fa de celelalte metode, avnd n vederedimensiunile mici ale probei i paralelismul

laturilor;

- nu este necesar determinarea n prealabil acoeficientului lui Poisson;

- trebuie avut n vedere faptul c, laconfecionare, axa longitudinal a plcii trebuie

s fie paralel cu axa orizontal decompactare a mixturii asfaltice.

- avnd n vedere zvelteea probelor, duplipirea tiparelor metalice, este foarte dificil depstrat forma epruvetelor, ele trebuie pstrate

n condiii speciale.



34/42

Aplicarea rezultatelor din incercarile de laborator in calculele de dimensionarea structurilor rutiere flexibile

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Temperatura, oC

Valoarea

medieamodululuiderigidatea

mixturiiasfaltice,MPa

IT-CY 4PB-PR-8Hz 4PB-PR-10Hz 2PB-TR-10Hz

Valori medii ale modulului de rigiditate functiede temperatura pentru cele trei tipuri de teste

6. Utilizarea rezultatelor obtinute


35/42

Se studiaza o structura rutiera flexibila ce are in componenta straturi asfaltice ce sunt caracterizateprin valori ale modulului de rigiditate obtinute in laborator pentru stratul de uzura si stratul de legatura

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Test Frequency, Hz

VehicleSpeed,k

m/h

Corespondenta intre frecventa testului in laboratorsi viteza vehiculului in realitate

Relatia dintre Tm eff (temperatura medieefectiva lunara in straturile asfaltice) si

MMAT (temperatura medie lunara a aerului)pentru diferite straturi asfaltice (Shell, 1978)



36/42

0

1

2

3

4

5

6

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Temperatura aerului, oC

Ratadedegradarelaobo

seala,

RDO

IT-CY, Nc = 2 m.o.s. 4PB-PR-8Hz, Nc = 2 m.o.s.

4PB-PR-10Hz, Nc = 2 m.o.s. 2PB-TR-10Hz, Nc = 2 m.o.s.

Se studiaza o structura rutiera flexibila ce are in componenta straturi asfaltice ce suntcaracterizate prin valori ale modulului de rigiditate obtinute in laborator pentru stratul de uzura sistratul de legatura

Pentru calcul s-au considerat doua valoriale volumul de trafic Nc pentru perioada deperspectiva de 15 ani : 0.9 m.o.s. si 2 m.o.s.

150

200

250

300

350400

450

500

550

600

650

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

Temperatura aerului, oC

Deformatiaspecificaverticalal

nivelulpatuluid

rumului,z,

def

IT-CY 4PB-PR-8Hz 4PB-PR-10Hz

2PB-TR-10Hz def. adm., Nc = 2 m.o.s. def. adm., Nc = 0.9 m.o.s.



37/42

MODELE

CLIMATICETemperatura Min/MaxPrecipitatiiInghet/Dezghet

INCARCARI DINTRAFIC

PROPRIETATILEMATERIALELORMixturiMateriale granularePamant fundare

ANALIZASTRUCTURA

RUTIERA

ANTICIPAREA DEGRADARILOR

FINAL

DA

/

NU



38/42

-Incercarile de laborator au rolul de a evidentia interactiunea dintre comportamentul mecanical mixturilor asfaltice si variabilitatea factorilor care actioneaza asupra unei structuri rutiere,acest cadru complex fiind determinat de proprietatilor mecanice fundamentale careinfluenteaza performanta pe termen lung;

-Rezultatele obtinute mixtura de modul ridicat MAMR 16 conduc la concluzia ca, folosindmateriale obisnuite (agregate de cariera obisnuite si bitum modificat cu polimeri) se potobtine, prin intermediul unei proiectari judicioase a retetei mixturii asfaltice, caracteristicisuperioare care recomanda folosirea acestei mixturi pe drumuri cu trafic greu si foarte greu;

-Noile norme europene EN 12967 si EN 13108 incearca sa ofere un cadru unic pentruuniformizarea incercarilor pe mixturi asfaltice, insa faptul ca fiecare tara are conditiile propriiconditii din punct de vedere al climei si traficului, este foarte greu sa se impuna conditiigeneral valabile in tot spatiul Uniunii Europene. Un alt impediment este si faptul ca fiecaretara are propriile versiuni de aparate, care au caracteristici diferite, astfel incat conditiile de

incarcare variaza, de aceea este foarte important de a se preciza in cadrul fiecarui buletinde incercare conditiile de incercare, conditii de incercare ce au un rol determinant asupracaracteristicilor mixturilor asfaltice.

7. Concluzii


39/42

- Mixturile asfaltice sunt mai mult sau mai puin susceptibile la variaia frecvenei dencrcare n funcie de tipul de test abordat sau la alegerea modului de compactare, dar auaceeai susceptibilitate la temperatur;

-Din cauza modificarilor climatice din ultimii ani (tendinta de incalzire pronuntata mai ales in

perioada calduroasa a anului, suprapusa peste iernile reci din tara noastra) in calculele dedimensionare ar trebuie sa se tina cont de susceptibilitatea la temperatura a mixturilorasfaltice, prin luarea in considerare a valorilor modulilor de rigiditate diferit, in functie detemperaturile intalnite in drum;

-In calculele de dimensionare ale structurilor rutiere flexibile trebuie sa se tina seama declasa tehnica a drumului, prin considerarea potrivita a frecventei de incercare pentruobtinerea modulului de rigiditate, aceasta fiind in stransa legatura cu viteza de circulatie avehiculului;

- Corelnd rezultatele obinute n Laboratorul de Drumuri pe mai multe tipuri de mixturi, n

acelai timp i cu alte ncercri efectuate de laboratoare din strinatate, se poate observa c

valorile impuse ca limit maxim de standardul romanesc cu greu pot fi atinse. Propunerea

ar fi de cretere a nivelului ncrcrii aplicate de la 250 kPa la 500 600 kPa, situaie care

ar simula mai aproape ncrcrile din trafic.

7. Concluzii


40/42

TEORIE PRACTICA

Propuneri de imbunatire a metodei romanesti de dimensionare a structurilor rutiere suple sisemirigide:

1. Introducerea curbelor directoare ale mixturilor asfaltice, astfel incat, sa se foloseasca

valori diferite ale modului de rigiditate. Se pot stabili valori standard functie de clasa

tehnica a drumului si zona climatica, dar sa fie posibila introducerea de materiale noi

(ex. mixturile cu bitum modifcat cu polimeri care au un comportament diferit);

2. Elaborarea si incorporarea de modele privind comportarea la oboseala a straturilorr

asfaltice (modele care sa tina seama de efectul conditiilor climatice si de incarcare

diferite);


41/42

http://rjti.rs.utcb.ro

Cercetarile noastrele gasiti si online:


42/42

Documents

Considerente Privind Utilizarea Mixturilor Asfaltice Cu Modul Ridicat La Straturi Rutiere Final [Co