EVOLUTIA DEGRADARILOR IN TIMP A SISTEMELOR RUTIERE

CAUZALE DEGRADARII SISTEMELOR RUTIERE

Actiunea repetat a incarcarilor date de vehicule precum si variatia diurna si sezoniera a factorilor de mediu, respectiv temperatura si umiditatea, modifica comportarea in timp a complexului rutier. Astfel, succesiunea ciclica a factorilor mentionati conduc la slabirea legaturilor structurale ale materialelor din care sunt executate straturile rutiere, diminuand rigiditatea acestora in timp si implicit diminueaza capacitatea portanta a sistemului rutier.

Degradarea unui sistem rutier poate fi amplificata sau grabita cu o serie de factori auxiliari, dar importanti prin pozitia lor, din care se pot enumera cauze generate de o conceptie gresita a complexului rutier, calitatea inferioara a materialelor puse in opera, executia necorespunzatoare, nivelul scazut al lucrarilor de intretinere si reparatii etc.

Mecanismul degradarii unui drum presupune cunoasterea urmatoarelor elemente:

A - principalii factori antrenati in mecanismul degradarii;

B - rolul diferitelor straturi fata de procesul degradarii;

C - forme de degradare si evolutii pe tipuri de structuri.

Principalii factori ce antreneaza mecanismul degradarii

In aceasta categorie intra:

agresiunea traficului caracterizata de eforturile verticale si tangentiale induse in sistemul rutier si efectul dinamic ce suplimenteaza solicitarea structurii;

conditii climaterice caracterizate de frecventa apelor meteorice, variatiile temperaturii mediului, viteza vantului si actiunea razelor solare;

factori poluanti de natura chimica sau biologica;

proprietatile materialelor rutiere ce presupune cunoasterea caracteristicilor initiale precum si modificarea caracteristicilor fizico-mecanice in timp.

Rolul diferitelor straturi rutiere fata de procesul degradarii.

Dupa cum se stie complexul rutier este format dintr-un ansamblu de straturi de materiale rutiere cu rigiditati diferite, care au roluri bine precizate in raport cu preluarea si transmiterea sarcinii date de vehicule in conditii climaterice predeterminate. Astfel, imbracamintea rutiera are rolul de a prelua solicitarile de intindere din incovoiere si orizontale, ce rezulta din accelerarea-franarea autovehiculului. Ea este supusa unui accentuat proces de uzura datorita contactului direct pneu-carosabil. In fine, dar nu in ultimul rand, este supusa direct factorilor climaterici respectiv umezelii mediului, diferentelor de temperatura diurna si sezoniera si insolatiilor. De aceea si procesul degradarii este mai accentuat, necesitand lucrari de intretinere si reparatii mai frecvente.

Stratul de baza, care poate fi asfaltic sau din materiale legate cu liant hidraulic, este supus in principal solicitarilor de oboseala datorat incovoierilor repetate date de autovehiculele in trecere. Principala degradare aparuta la acest nivel este fisurarea ce se propaga de la nivelul inferior al stratului la cel superior conducand in final la crapaturi, faiantari, fragmentari ale acestuia cu pierderea treptata a capacitatii lui portante si implicit a sistemului rutier.

Fundatia din materiale granulare are un rol de repartitie pe verticala a efortului de la nivelul inferior al stratului de baza la terenul de fundatie. Acest strat este conceput sa lucreze in stadiul elastic realizat de contactul dintre granulele sale. In timp, sub incarcarile ciclice date de vehicule incepe procesul de atritie la contactul dintre granulele mari, ceea ce conduce la o reasezare structurala in cadrul stratului de fundatie, manifestata prin tasari locale. Aceasta inseamna aparitia variatiei grosimii fundatiei pe lungimea drumului si o reducere a modulului de rigiditate. De obicei cele enuntate sunt insotite de tasari neuniforme si cedari locale si la nivelul terenului de fundatie, principalul factor antrenant fiind variatia umiditatii in aceasta zona a complexului rutier.

FORME DE DEGRADARE SI EVOLUTIA LOR PE TIPURI DE STRUCTURI RUTIERE.

Tinand cont de cele mentionate la paragraful 4.1.2. in ceea ce priveste rolul straturilor in cadrul sistemului rutier la prelucrarea factorilor de solicitare, pot apare degradari multiple functie de factorii perturbatori, respectiv calitatea materialelor folosite si a executiei, nivelul traficului efectiv etc.

Astfel, in profil transversal drumului si mai ales la nivelul imbracamintii pot apare urmatoarele tipuri de degradari, functie de tipul sistemului rutier (figurile 45,46,47,48).

a)     Degradari de suprafata sunt defecte generate la nivelul imbracamintii cauza
principala fiind erori ale proiectarii retetei materialului in laborator sau slaba calitate a

materialelor folosite la executie. Ele se prezinta sub forma exudatiilor suprafetelor asfaltice datorita excesului de liant (figura 45.a) sau uzurii prin slefuirea suprafetei (figura 45.b).

   

(a) (b)

Figura 45

Excesul de liant conduce la "transpirarea suprafetei" respectiv la "innegrirea" suprafetei exudate, iar suprafata slefuita presupune "erodarea" granulelor ce constituiau " proeminente" ale suprafetei. In ambele situatii suprafata imbracamintii devine alunecoasa, cu efecte defavorabile asupra sigurantei circulatiei intrucat se reduce coeficientul de frecare pneu-carosabil.

Un alt defect al imbracamintii rutiere il constituie suprafata exfoliata (pelada) materializata prin desprinderea de placi in grosime de pana la 5mm. Acest fenomen apare atunci cand sunt defecte ale executiei mixturii asfaltice datorate in principal neomogenitatii malaxarii, utilizarea de agregate cu calitate inferioara sau compactare sub temperatura impusa de laborator (figura 46).

Figura 46

b)    Degradari de structura sunt defecte ale sistemului rutier ce presupun
afectarea si a straturilor inferioare. Ele se manifesta in general sub forma tasarilor si fisurilor longitudinale (figura 47.a,b)

Figura 47a

Figura 47b

Figura 47

Figura 48

Uneori aceste tasari sunt insotite de " baltiri" ale apei sau de faiantari atunci cand structura rutiera este distrusa (figura 48)

Faiantarea structurii rutiere se datoreaza atat fenomenului de oboseala a materialului sub incarcarile ciclice ale vehiculelor cat si datorita fenomenului de imbatranire a liantului bituminos (figura 49).

Figura 49 a

Figura 49 b

Figura 49

In cadrul degradarilor structurale locale se pot enunta fisurile transversale (figura 50.a) datorita procesului de dilatatie-contractie a stratului de baza cu lianti hidraulici si fisuri dezordonate (figura 50.b) in cazul cedarilor locale a patului caii datorita fenomenului de inghet-dezghet, cand in timpul iernii apare efectul de "burdusire" a carosabilului.

Tot in aceasta categorie putem incadra si defecte sub forma "cuiburilor de gaina" (figura 51.a) datorita deficientelor structurale ale imbracamintii rutiere si fenomenul de pompaj datorita defectelor de rosturi necolmatate (figura 51.b).

   

Figura 50a Figura 50b

Figura 50

Figura 51 a

Figura 51b

Figura 51

c)     Degradari acostamente si taluze sunt defecte in sectiunea transversala drumului. Astfel, degradarile taluzelor (figura 52.a) se datoreaza lipsei de protectie corespunzatoare si aparitiei, in acest fel a unui proces de eroziune. In cazul santurilor pot apare defecte datorita lipsei lucrarilor de intretinere curenta (figura 52.b).

Insa, un defect in profilul transversal ce afecteaza siguranta circulatiei este degradarea acostamentelor cu aparitia ruperilor de margine ale carosabilului (figura 53).

   

(a) (b)

Figura 53

Aceasta degradare apare datorita lipsei unei drenari corespunzatoare a apei din acostament, pierderii stabilitatii generale la nivelul taluzelor de rambleu, precum si lipsa unui marcaj rutier care sa delimiteze suprafata carosabila.

Aceste tipuri de defecte ale sistemului rutier prezinta un nivel de degradare diferentiat functie de stratul rutier afectat. Daca defectul se manifesta la imbracamintea rutiera avem de a face cu o degradare de suprafata usor de remediat prin lucrari de reparatie specifice, pe cand daca defectul se initiaza si dezvolta in straturile inferioare ale sistemului rutier atunci intra in categoria degradarilor structurale. Procentul de aparitie la suprafata carosabila fixeaza nivelul degradarii, care hotaraste in mare parte starea tehnica a drumului. Aceasta poate fi exprimata prin indici de stare ce caracterizeaza nivelul de serviciu al drumului dupa un anumit timp de exploatare.

Metodologia de calcul a indicilor de stare a unui drum este prezentata in "Ghidul pentru evaluarea starii de degradare la sisteme suple si semirigide" redactat de CESTRIN - Administratia Nationala a Drumurilor. s15t

Acest ghid cuprinde o serie de date pentru investigarea tipurilor de degradari, cauzelor ce stau la baza lor si modul de calcul a indicilor de stare, avand reper manualul american S.H.R.P. (tabel 3)

TABEL 3

DEGADARI S.H.R.P.(MANUAL DE IDENTIFICARE A DEFECTIUNILOR LA SISTEMELE RUTIERE FLEXIBILE

Drumul analizat se imparte in sectoare omogene si in subsectiuni de 200 m. Subsectiunea se marcheaza la randul sau din 30 in 30 m si se inregistreaza in fise de teren tipul de degradare intalnit, precum si suprafata afectata. Fiecare degradare cu codul stabilit in tabelul 3 este marcata in grade de severitate redus, mediu si ridicat (tabel 4).

In tabelul 4 s-au facut urmatoarele notatii:

d     - deschiderea fisurii (crapaturii);

Lung - lungimea fisurii (crapaturii);

b     - latimea benzii de circulatie;

ex     - suprafata exudata;

S     - suprafata carosabil analizata (lungimea 30 m);

S_S - suprafata slefuita;

O     - diametrul ciupiturii;

M_g - lungimea degradarii de margine;

h     - latimea fagasului;

P_j - pompaj;

h_g - adancimea gropii.

TABEL 4

CLASIFICAREA DEGRADARILOR

NOTA:    * 10a - pe directia urmei rotilor

10b - in afara directiei urmei rotilor

Toate datele din teren sunt inregistrate in fise model care permit calculul indicilor de stare a suprafetei carosabile.

Degradari ale sistemelor rutiere flexibile

Banca Mondiala a initiat inca din 1969 un vast program de cercetare in vederea elaborarii criteriilor de evaluare cantitativa a degradarilor sistemului rutier. Versiunea "Highway Design and Maintenance Standards Model" etapa III si experimental HDM IV, cuprinde si submodelul degradarea drumului.

Submodelul degradare si intretinere estimeaza efectele combinate ale traficului, mediului inconjurator si varstei drumului asupra starii acestuia, corelate cu date privind materialele rutiere si modul de constructie. El prevede modificarea an de an a starii suprafetei de rulare, corelate cu strategiile de intretinere adoptate.

In conceptia HDM III, degradarea sistemului rutier flexibil este apreciata ca o parte a modificarii starii tehnice a drumului pe perioada de analiza, datorata traficului, mediului inconjurator si activitatii de intretinere.

Submodelul se bazeaza pe urmatoarele concepte:

structura rutiera se degradeaza in timp sub efectele combinate ale traficului si climei;

sarcinile din trafic genereaza eforturi unitare si deformatii in straturile rutiere in functie de rigiditatea si grosimea acestora, care in conditiile unor solicitari repetate, au drept consecinta initierea fisurilor din oboseala in materiale coezive si deformarea celorlalte materiale;

conditiile climatice determina umiditatea pamantului de fundatie si temperatura straturilor bituminoase, favorizand dezvoltarea degradarii initiale;

odata initiate aceste degradari, suprafata fisurata si crapata se extinde, deschiderea fisurilor si crapaturilor se mareste, permitand accesul apei meteorice in structura rutiera.

In functie de gradul de severitate al unui tip de degradare putem categorisi modul de inregistrare al ei dupa cum urmeaza (tabel 5)

Tabel 5

In tabelul 6 se prezinta esalonat principalele cauze ale degradarilor in ordinea crescatoare a gradului de severitate de la defecte de suprafata la cele structurale. Practic nivelul gradului de severitate este prezentat in evolutia codului de degradare a sistemului rutier de la A la W. Pentru a pune in valoare vatamarea sistemului rutier, nivelul de degradare evolueaza de la 1 la 14 functie de influenta tipului de defect aparut asupra capacitatii portante.

Din tabelul 6 se poate constata faptul ca se pot stabili cauzele aparitiei unui anumit tip de defect al sistemului rutier functie de contextul in care se inscrie exploatarea lui. Acest tablou serveste la justificarea aparitiei unei anumite categorii de degradare in vederea elaborarii documentatiei de remediere.

Tabel 6

CAUZELE DEGRADARILOR STRATURILOR BITUMINOASE

Degradari specifice imbracamintilor din beton de ciment

a). Degradari de suprafata:

a.1 Exfolieri

a.2 Ciupituri

a.3    Microfisuri oblice de natura plastica

a.1)     Exfolierile sunt degradari de suprafata ce constau in dezlipirea superficiala a betonului pe arii neuniforme, generate de laptele de ciment adunat la executie in urma operatiei de vibrare. Cantitatea de apa este mare pe suprafata afectata, iar dupa evaporare in urma reactiilor chimice ale cimentului, apare o degajare puternica de caldura cu dezvoltarea procesului de fisurare. Iarna apa patrunde in aceste fisuri, ingheata, iar prin inghetare isi mareste volumul producand acest fenomen de desprindere. La efectul desprinderii mai participa si contactul direct al pneului in mers, cu intreaga fenomenologie prezentata la paragraful aferent.

a.2)     Ciupiturile sunt fenomene ale uzurii suprafetei betonului de ciment generate de extractia unei granule mari cu pasta de ciment aferenta. Fac parte din categoria defectelor locale, care nu deranjeaza circulatia dar care necesita lucrari de reparatie pentru a nu permite extinderea procesului de degradare.

a.3)     Microfisuri oblice de natura plastica. Aceste degradari se prezinta sub forma unor fisuri oblice de anumita lungime, aproximativ paralele, generate in special de reactia chimica superficiala la suprafata dalei din beton de ciment. Se produce o evaporare rapida a apei la suprafata stratului din beton insotita de degajare de caldura cu reducerea volumului de material la suprafata ceea ce genereaza acest tip de fisurare.

Degradarile de suprafata a imbracamintilor din beton de ciment sunt prezentate in figura 54.

b). Degradari structurale:

b.1 Fisuri longitudinale

b.2 Fisuri transversale

b.3 Fisuri diagonale

b.4 Fisuri de colt

b.5 Rupturi de rost

b.6 Fisuri la guri de canal.

b.1)        Fisuri longitudinale se datoreaza slabirii stratului suport mai ales la margini unde apare o reducere a capacitatii portante. Principalul factor este apa care nu este corect drenata in sistemul rutier (figura 55).

b.2)        Fisuri transversale se datoreaza in special fenomenului de dilatatie-contractie din solicitari de temperatura sezoniera. Depinde in principal de grosimea dalei si de compozitia betonului de ciment (figura 55).

b.3)        Fisuri diagonale depind in general de calitatea si mai ales de uniformitatea suportului dalei (figura 55).

b.4)        Fisuri de colt se datoreaza fenomenului de pompaj care antreneaza partea fina din stratul suport al dalei lasand coltul dalei in consola. Placa de beton de ciment fiind nearmata fisureaza la colt sub incarcarile ciclice date de autovehicule.

b.5)        Rupturi la rost (figura 53) au o cauzalitate complexa rezultata dintr-o multitudine de factori:

executia defectuoasa a betonului la rost prin fenomenul de dezgrardinare a materialului la operatia de vibrare;

taierea prematura a rostului cu dezgradinarea muchiilor vii ale rostului. Astfel, intrucat betonul nu si-a definitivat procesul de intarire, taierea mecanica a rostului conduce la ruperea legaturilor intre agregat si pasta de ciment. Acest lucru conduce in final la desprinderea partiala a materialului in rostul taiat cu defecte.

blocarea rostului cu elemente dure (agregate) atunci cand el nu este colmatat corect cu mastic bituminos. In acest fel apare un defect sub forma de faiantare a rostului datorita compresiunii locale la dilatarea dalei (figura 55). In figura 51 se prezinta totalitatea defectelor ce pot apare la rosturile transversale si longitudinale ale imbracamintii din beton de ciment.

b.6)        Fisuri la guri de canal se datoreaza concentratorilor de efort pe conturul acestor lucrari. Aceste tipuri de degradari sunt prezentate in figura 55. Existenta lor afecteaza dalele unde sunt pozitionate cat si cele invecinate.