Upload
misu1957
View
313
Download
23
Embed Size (px)
Citation preview
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
1/140
C RMEN RCNEL
CONSPRESS BUCURETI
2004
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
2/140
CARMEN RCNEL
PROIECT RE
MODERN REETEI
MIXTURII SF LTICE
CONSPRESS BUCURETI
2004
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
3/140
RACANEL, CARMENProiectarea moderna reetei mixturii asfaltice/Carmen Rcnel Bucureti, 2004CONSPRESS, 2004-05-13Bibliogr.ISBN 973-7797-01-9
ISBN 973-7797-01-9
CONSPRESSB-dul Lacul Tei 124 sector 2 Bucuresti
Tel.: 021 242 27 19 / 183
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
4/140
PREF T
n domeniul studiului de reeta mixturii asfaltice au existat preocupri
ncdin anul 1920 cnd Hubbard i Filed au introdus compactarea prin impact,cu ciocanul Proctor, pentru confecionarea probelor de laborator. Apoi Marshall
a introdus metoda ce-i poartnumele i care a rmas cea mai utilizatmetodde
proiectare a reetei mixturii asfaltice. n paralel, s-a dezvoltat i aplicat mai ales
n S.U.A., metoda Hveem care folosete compactarea prin frmntare. Cu
timpul, deoarece s-a constatat c densitatea probelor obinute n laborator nu
corespunde cu densitatea carotelor extrase din stratul asfaltic compactat, s-a
introdus compactarea giratorie care a ajuns astzi sse aplice frecvent n S.U.A.
i n multe ri din Europa.
Compactarea giratorie stla baza metodei de proiectare a reetei mixturii
asfaltice introdusde sistemul SHRP - Superpave, program de cercetare iniiat
de S.U.A. n anul 1987, iniial pe 6 ani i apoi prelungit pe nc10 ani. Acestsistem de proiectare ine seama de trafic i de clim i stabilete alctuirea
mixturii asfaltice astfel nct sse realizeze nivelul de performandorit.
Lucrarea intitulat"PROIECTAREA MODERN A REETEI MIXTURII
ASFALTICE" trateazproblema stabilirii amestecului de agregate, filer i bitum
din punct de vedere al programului Superpave, prezentnd att teoretic ct i
experimental studiul de reet. n capitolul final se dovedete, prin studii de
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
5/140
laborator efectuate de autoare, influena modului de compactare asupra stabilirii
comportrii mixturii asfaltice la dou din degrad rile ce apar frecvent pe
drumurile cu straturi asfaltice: deformaiile permanente i fisurarea din oboseal.
Lucrarea este util studenilor din anii mari de studiu (IV, V, VI) ai
specializrii "Drumuri" din Facultatea de Ci Ferate, Drumuri i Poduri precum
i inginerilor din domeniul rutier care doresc s-i completeze cunotinele cu
privire la studiul reetei mixturii asfaltice.
Prof.univ.dr.ing. Constantin Romanescu
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
6/140
CUPRINS i
CUPRINS
CAPITOLUL 1 GENERALITI ............................................ 1
1.1 Rolul compactrii ................................................................ 1
1.2 Factorii care influeneazcompactarea ............................ 101.3 Metode de compactare n laborator .................................. 15
CAPITOLUL 2 SISTEMUL SUPERPAVE ............................. 22
2.1 Ce este sistemul Superpave .............................................. 22
2.2 Nivelul 1 de proiectare a mixturilor
asfaltice .......................................................................... 25
2.3 Nivelul 2 i 3 de proiectare a mixturilor
asfaltice .......................................................................... 48
CAPITOLUL 3 STUDIU DE REET
DUPMETODA SUPERPAVE ....................... 70
3.1 Proiectarea unei reete optime de
mixturasfaltic........................................................... 70
3.1.1 Alegerea materialelor .......................................... 70
3.1.2 Stabilirea curbei granulometrice ....................... 71
3.1.3 Determinarea procentului optim
de bitum ............................................................ 76
3.1.4 Determinarea susceptibilitii la
umiditate ........................................................... 77
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
7/140
CUPRINSii
3.2 Studii efectuate pe doutipuri de mixturi
asfaltice proiectate cu girocompactorul ..................... 783.2.1 Reetele de mixturasfalticutilizate ................ 78
3.2.2 Studiu comparativ al metodelor de proiectare
Marshall i Superpave, Nivelul 1 ...................... 82
3.2.3 ncercri efectuate pe mixturi asfaltice
proiectate dupSuperpave, Nivelul 1 ............... 87
3.3 Concluzii ................................................................................ 92
CAPITOLUL 4 ALEGEREA METODEI DECOMPACTARE A PROBELOR N
LABORATOR ................................................... 96
4.1 Introducere .......................................................................... 96
4.2 ncercri de fluaj ................................................................. 100
4.3 ncercri de oboseal......................................................... 110
BIBLIOGRAFIE .................................................................... 117ANEXA 1
ANEXA 2
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
8/140
GENERALITI 1
CAPITOLUL 1
GENERALITI
1.1 ROLUL COMPACTRII
Calitatea bun n exploatare a unei structuri rutiere flexibile este
influenat n principal de doi factori: reeta mixturii asfaltice i compactarea
stratului asfaltic. Nici unul din aceti doi factori nu poate asigura, singur o
durat de via satisfctoare. Chiar dac mixtura asfaltic a fost bine
alctuit, n urma unei proiectri de reet, fro compactare corespunztoare
in situ, n timp, stratul asfaltic nu va conduce la rezultatul ateptat. O buncompactare poate mbunti calitatea mixturii asfaltice cu o reet slab
conceputdar nu suficient, astfel nct snu intereseze metoda de proiectare
a mixturii asfaltice.
O reetalctuitpe principiul sporirii densitii si reducerii volumului de
goluri n mixtura asfaltic va asigura o comportare potrivit cerinelor de
proiectare ale mixturii.
Compactarea unei mixturi asfaltice este definit ca "... un stadiu al
construciei care transformmixtura din starea desfcut ntr-o mas legat
ce-i permite ssuporte ncrcrile date de trafic ...; efortul de compactare se
alege n funcie de rezistena intern a mixturii asfaltice. Aceast rezisten
include ncletarea dintre agregate, rezistena la frecare i rezistena
vscoas".
Altfel spus, compactarea reprezintprocesul de reducere a procentului
de goluri n mixtura asfalticsau operaia de ndesare a mixturii asfaltice din
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
9/140
CAPITOLUL 12
stratul rutier. Ea implic comprimarea i orientarea particulelor solide n
interiorul mediului vscoelastic astfel nct srezulte o structurmai dens, cu
particule bine aranjate, ntr-un cuvnt o structur compact, etan,
impermeabil. Acesta este procesul ce are loc n timpul construciei unui drum
(se realizeazcompactarea corespunztor unui volum de goluri de 8%) i apoi
sub trafic (n special n timpul lunilor clduroase, pn la atingerea densitii
finale) i se realizeazn vederea obinerii de mixturi asfaltice cu caracteristici
fizico-mecanice bune.
Mixtura asfaltic compactat la un volum de goluri sczut va avea o
durat de via la oboseal mai mare, deformaii permanente mai mici,
mbtrnirea bitumului i degradrile din umiditate vor fi reduse. Volumul de
goluri din mixturdescrete cu numrul de aplicri ale ncrcrii date de trafic
i devine critic mai ales pentru mixturile sensibile, la care apar schimbri
importante ale proprietilor fizico-mecanice pentru variaii foarte mici ale
procentului de bitum i ale densitii. Dei o densitate mare conduce la o
mixturmai puternictotui, nu va conduce neaprat i la un sistem rutier nansamblu, mai solid.
Termenul care se folosete legat de compactarea mixturii asfaltice este
acela de densitate i grad de compactare.
n funcie de tipul degradrii, volumul de goluri este critic imediat dup
construcie sau din contr, dupmilioane de aplicri ale osiei standard.
Importana compactrii a fost relevatn numeroase lucrri i studii din
ntreaga lume. Despre importana compactrii s-au spus urmtoarele: "...
compactarea, densificarea mixturilor asfaltice sunt cele mai importante operaii
ce se rsfrng asupra calitii stratului asfaltic aternut."
Tabelul 1.1 aratcun grad mare de compactare (grad de compactare
= raportul dintre densitatea aparenta mxturii asfaltice, determinatpe carote
i densitatea aparentdeterminatn laborator pe epruvete) optimizeaztoate
proprietile mixturii.
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
10/140
GENERALITI 3
Tabelul 1.1
Proprietile
mixturii
Procentul de
bitum
Granulozitatea
agregatului
Gradul de
compactareStabilitate sczut dens ridicat
Durabilitate ridicat dens ridicat
Flexibilitate ridicat deschis -
Rezistenlaoboseal
ridicat dens ridicat
Rezistenladerapare
sczut denssaudeschis
ridicat
Impermeabilitate ridicat dens ridicat
Rezistenlafisurare
ridicat dens ridicat
Prin urmare, proprietile mixturii ce se afl n strns legtur cu
compactarea sunt: rezistena, durabilitatea / mbtrnirea, rezistena la
deformaii, rezistena la degradri din umiditate, impermeabilitatea, rezistena
la derapare. Totui, nu se poate spune ctoate aceste proprieti vor fi sporite
numai prin reducerea procentului de goluri din mixturla o valoarea optim.
Rezistena. Creterea rezistenei stratului asfaltic depinde de
micorarea procentului de goluri n mixtur (TONS si KROKOSKY, FINN,
DEACON, EPPS si MONISMITH, PELL si TAYLOR). O msur empiric a
rezistenei mixturii asfaltice este datde stabilitatea Marshall, care crete pe
msurce volumul de goluri n mixturscade.
Rezistena la ntindere este influenat ntr-o mare msurde volumulde goluri din mixtur:
- un volum mare de goluri va reduce seciunea transversal ntins
efectiva mixturii i implicit rezistena la ntindere;
- rezistena la ntindere va fi mai redusdin cauza volumului de goluri
care poate introduce concentratori mari de efort.
Densitatea mixturii asfaltice (n particular, gradul de ndesare al
agregatelor) este strns legatde rezistena ei la rupere. Cu ct volumul de
goluri este mai mic cu att rigiditatea mixturii va fi mai mare.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
11/140
CAPITOLUL 14
Muli cercettori au artat c proprietile la oboseal ale mixturii
asfaltice sunt mult mbuntite atunci cnd volumul de goluri scade (figura
1.1). Astfel, s-a constatat c durata de via la oboseal este influenat
negativ de volumul de goluri: o cretere a acestuia conduce la o descretere a
duratei de via. De asemenea, pentru fiecare procent n plus al volumului de
goluri, proprietile la obosealpot fi reduse cu 10 ... 40 %.
S-a ajuns la concluzia cvolumul de goluri este un factor mai important
dect procentul de bitum n ceea ce privete compactarea stratului asfaltic i
comportarea acestuia la oboseal.
Aceleai rezultate au fost obinute n /6/: reiese crezultatele pe mixturi
afsaltice din ncercarea la obosealpe grinzi, sub deformaie constantsunt
puternic influenate de volumul de goluri i de procentul de bitum. Se obine o
sporire a duratei de viala obosealatunci cnd volumul de goluri scade iar
procentul de bitum crete i o mrire a rigiditii iniiale a mixturii asfaltice
pentru un procent mai mic de goluri i de bitum.
02
4
6
8
10
12
14
10000 100000 1000000 10000000 100000000
log (durata de viata la oboseala)
volumuldegoluri,
%
3% bitum
4% bitum
5% bitum
Figura 1.1 Variaia duratei de viata la obosealcu
volumul de goluri din mixtur
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
12/140
GENERALITI 5
CARMEN RCNEL
Durabilitatea / mbtrnirea. Durabilitatea unei mixturi asfaltice este
definit ca rezistena acesteia la efectul agenilor atmosferici (inclusiv
mbtrnirea) i la aciunea distrugtoare a traficului (FINN).
Dependena mbtrnirii mixturii asfaltice de volumul de goluri din mixtur
a fost artatn principal prin studiul modificrii duritii bitumului n timp.
Stratul asfaltic se degradeazatunci cnd bitumul din mixturi schimb
duritatea, penetraia reducndu-se cu 20 - 30 de uniti. Se pot obine
performane bune, o ntreinere mai uoar i o durat de via mai mare la
obosealatunci cnd volumul de goluri din mixtureste sczut (ceea ce ntrzie
ntrirea bitumului) iar compactarea este bine realizat(Mc LEOD, figura 1.2).
20
30
4050
60
70
80
90
100
4 6 8 10 12 14 1
volumul de goluri din mixtura, %
penetratiafinala(dupa4ani),
%d
inpe
netratiainitiala
6
Figura 1.2 Variaia penetraiei finale, reprezentatca procent din
penetraia iniialcu volumul de goluri din mixtur
i ali cercettori precum SANTUCCI au stabilit c volumul de
goluri din mixtur reprezintcel mai important factor n ntrirea bitumului n
timp (figura 1.3).
KANDHAL si KOEHLER au ajuns la concluzia clipsa unei compactri
adecvate (volum de goluri mare) a constituit prima cauz a degradrii
premature a mbrcminii rutiere asfaltice (figura 1.4).
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
13/140
CAPITOLUL 16
02468
1012
14
1 10 100
log(vascozitatea la 25oC, dupa imbatranire in situ)volumuldegoluriinmixtura,
%
Figura 1.3 Variaia vscozitii liantului bituminos, dupmbtrnire in
situ n funcie de volumul de goluri din mixtura asfaltic
6 8 10 12 14 16 18 20
volumul de goluri in mixtura, %
uzuraimbracamin
tiiasfaltice
deloc
usoara
moderata
severa
Figura 1.4 Corelarea uzurii mbrcminii asfaltice cu
volumul de goluri din mixtur
Rezistena la deformaii. Rezistena la deformaii a mixturii asfaltice
este definit prin termenul de stabilitate (FINN). O rezisten slab la
deformaii permanente conduce la fenomenul de ornieraj.
n producerea ornierajului (deformaiilor permanente) intervin cele treimecanisme bine-cunoscute, care conduc la producerea fgaelor:
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
14/140
GENERALITI 7
- primul mecanism este rezultatul deformaiilor individuale ale unuia
sau mai multor straturi (inclusiv stratul suport) ce susin straturile
asfaltice, datorit tensiunilor rezultate din ncrcarea dat de
autovehicule, tensiuni ce depesc rezistena materialului - acesta este
ornierajul de structur;
- al doilea mecanism este rezultatul deformaiilor individuale ale
straturilor asfaltice datorate tensiunilor produse de ncrcrile din trafic,
tensiuni care depesc rezistena materialului - acesta este ornierajul
din fluaj (curgere);
- al treilea mecanism este rezultatul uzurii mbrcminii datorat
pneurilor cu crampoane sau cu lanuri, pe perioada de iarn - acesta
este ornierajul de uzur.
Din cele trei tipuri de ornieraj de mai sus, ornierajul din fluaj este cel la
care ne referim atunci cnd discutm despre stabilitatea mixturii asfaltice.
Ornierajul din fluaj n straturile asfaltice apare din cauza proiectrii
neadecvate a amestecului de agregate, filer i bitum i nu este influenat deproiectarea structurii rutiere. Factorii care influeneazacest tip de ornieraj se
referla caracteristicile materialelor componente, la proporia lor n mixtur, la
densitatea mixturii, la punerea n opera mixturii asfaltice.
Cerinele pentru o bun rezisten la fluaj sunt n contradicie cu cele
pentru o bunrezistenla oboseal. De exemplu, o mixturfoarte bogatn
bitum i sracn goluri va avea o rezistenridicatla fisurarea prin oboseal
(durabilitate), dar o rezistenmicla ornieraj (stabilitate). Pe de altparte, o
mixturasfaltic bogat n agregate i goluri dar srac n bitum va avea o
rezistenmare la ornieraj (stabilitate bun), dar o rezistenmicla oboseal
(durabilitate slab).
n urma testrii mai multor probe de mixtur asfaltic HARVEY et al.
constat c deformaia permanent obinut din ncercarea de forfecare
simpl repetat, conform SHRP scade pe msur ce volumul de goluri din
mixturcrete de la 2 % la 9 %, indiferent de tipul agregatului i al bitumului,
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
15/140
CAPITOLUL 18
de modul de compactare i de tipul probei ncercate: carot sau prob
confecionatn laborator.
Totui, o reducere a volumului de goluri din mixtur conduce la o
cretere a rezistenei la ornieraj a mixturii. n general s-a stabilit cprocentul
optim de goluri trebuie sfie de aproximativ 3 %, pentru a rspunde ambelor
cerine: ornieraj i oboseal.
Ornierajul poate aprea n doustadii:
- stadiul de densificare care poate fi considerat ca un al doilea
stadiu de compactare, conducnd la dezvoltarea fgaelor din
consolidare (volum ridicat de goluri);
- stadiul fazei de forfecare, cnd materialul se mic lateral,
conducnd la dezvoltarea fgaelor din curgerea plastic (volum
sczut de goluri).
Atunci cnd mixtura asfaltic prezint un volum mare de goluri, din
cauza ncrcrilor din ce n ce mai mari date de trafic i a presiunilor mari n
pneu se continu procesul de compactare dup construcie, Astfel, apar nurma roilor vehiculelor fgaele. Pentru a preveni acest fenomen este foarte
important s se reduc volumul de goluri n timpul construciei la o valoare
care s-ar putea produce sub trafic. Altfel, compactarea se produce sub trafic i
cu timpul se vor forma fgaele.
O proiectare raional a reetei mixturii asfaltice va conduce la o
minimizare a ornierajului. Este importantdeterminarea procentului optim de
liant: dacse folosete prea mult bitum, volumul de goluri va fi mai redus ceea
ce poate conduce la apariia fazei de forfecare (SCHEROCMAN).
Rezistena la degradrile din umiditate. n acest caz se cere
reducerea golurilor permeabile printr-o compactare adecvat.
Legat de fenomenul de dezanrobare, procentul de goluri din mixtura
asfalticare o mare importan. Pentru a preveni ptrunderea apei n mixtur
i dezanrobarea, volumul de goluri trebuie sfie destul de sczut.
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
16/140
GENERALITI 9
Multe mixturi asfaltice pentru mbrcminte au un volum de goluri
proiectat de 3 - 5 %. Dupexecuie, stratul asfaltic prezintun volum de goluri
de aproximativ 8 %. Se presupune cstratul va avea densitatea stabilitprin
proiect dup2 - 3 ani de folosinsub trafic. Din pcate, unii executani nu au
un control al calitii compactrii i volumul de goluri din timpul construciei
depete valoarea de 8 %. Acest fapt poate conduce la apariia prematura
uzurii suprafeei din cauza unei inadecvate coeziuni a mixturii asfaltice.
Suprafaa fiind uzat, cu timpul ptrunde apa i se produce dezanrobarea.
Figura 1.5 prezint influena volumului de goluri asupra rezistenei
betonului asfaltic, dup ce acesta a fost inut n ap, conform normelor.
Procentul de reducere al rezistenei betonului asfaltic depinde de procentul de
goluri.
0
100
0 5 10 15 20
volumul de goluri, %
rezistentamixturii,%
A
B C
Dzona de evitat
Figura 1.5 Influena volumului de goluri asupra rezistenei
mixturii asfaltice dupce aceasta a fost inutn ap
Se observ c pentru zona A (volum de goluri sub 4%), mixtura este
aproape impermeabil. Apoi urmeaza o zondificil, ce afecteazrezistena
mixturii (zona B i C), zonn care se ncadreazstraturile asfaltice ale multor
drumuri. Pe msurce procentul de goluri crete (zona D) rezistena mixturii
devine din ce n ce mai puin influenatde prezena apei, deoarece mixtura
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
17/140
CAPITOLUL 110
dreneaz apa. Prin urmare, pentru a reduce riscul apariiei fenomenului de
dezanrobare, trebuie evitatzona de mijloc (B i C). Aceasta se poate realiza
printr-o proiectare judicioasa mixturii asfaltice i o compactare controlata
stratului asfaltic.
Impermeabilitatea.Permeabilitatea care este definitprin capacitatea
apei i a aerului de a trece prin mixtura asfaltic, are o influenmare asupra
durabilitii i susceptibilitii la degradri din umiditate.
Impermeabilitatea este rezistenei structurii rutiere la trecerea apei i a
aerului prin ea. Se realizeazprin asigurarea unei densiti suficiente stratului
rutier. Sigur, nu se dorete nicidecum asigurarea impermeabilitii stratului
printr-un volum de goluri zero n mixtur. Teste de teren indic faptul c
asigurarea unei compactri adecvate este principalul factor n reducerea
permeabilitii stratului asfaltic.
1.2 FACTORII CARE INFLUENEAZCOMPACTAREA
Factorii care prezintinfluenasupra compactrii sunt artai n figura
1.6.
Agregatele.Pentru a obine densitatea amestecului de agregate, filer i
bitum, o mare importan o au proprietile agregatelor precum: forma,
absorbia, textura. De asemenea este important granulozitatea agregatelor
precum i curba granulometric a amestecului de agregate i filer, care
depinde de dimensiunea maxima granulei, de procentul de agregat mare i
mic i de procentul de filer considerate.
Reprezentarea curbei granulometrice pentru o mixtur asfaltic este
artatn figura 1.7. Se observlinia de densitate maxim(volum de goluri n
agregate zero) care trebuie evitatpentru a se asigura un procent optim de
goluri n amestecul de agregate.
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
18/140
11GENERALITI
CARMEN RCNEL
Susceptibilitatea la temperaturBitum
ReologiaTextura
Forma
Dimensiuneamaxim
Granulozitatea
Absorbia
Agregate
Proiectarea reeteimixturii asfaltice
Temperatura n sol
Umiditate
Vitezavntului
Temperatura
Pmntul de fundare
Grosimea stratului
Mediul nconjurtor
Echipamentul
Succesiunea cilindrrii
Procedura de cilindrare
Proprietilematerialului
Densitateiniial
Greutate
Configuraia osiei
Banda
Zilnic
Anual
Tip
Distribuie
Trafic
Temperaturastructurii rutiere
Perioada din an
Perioada de
construciei mediulnconjurtor
Proprietilematerialului
Bitum
Agregate
Proiectareareeteimixturii asfaltice
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
19/140
CAPITOLUL 112
Densitatea final
Stabilitate Durabilitate Rezisten Comportarebunla
Rigiditate Flexibilitate
oboseal
Proprieti necesare structurii rutiere
Figura 1.6 Factorii ce influeneazcompactarea
structurilor rutiere flexibile
8
6.3
4
2
0.63
1
0.3150.20.09 0.1
12.516 20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1 10 100
log(site)
treceri,
%linia de densitate maxima
Figura 1.7 Curba granulometrici linia de densitate maxim
Comportarea bunla deformaii permanente se obine i prin asigurarea
unei frecri interne intre particule. n condiiile unei temperaturi ridicate i ale
unei aplicri lente a ncrcrii este important pentru stabilitatea mixturii
asfaltice ca particulele agregatului s prezint o bun frecare, ceea ce ne
conduce la textura suprafeei acestora. O compactare prost efectuatsau un
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
20/140
GENERALITI 13
procent prea mare de liant va reduce frecarea intern i va determina
dezvoltarea deformaiilor permanente.
Un agregat cu o curbgranulometriccontinuva da o mixturmai uor
de compactat, comparativ cu una care are granulometria agregatului
discontinu.
Dacmixtura asfaltic are mai multcriblurmare, ea va necesita un
efort de compactare mai mare pentru a obine volumul de goluri necesar. Din
contr, o mixturcu mai multparte fineste mai lucrabildar sub compactor
ea va tinde sse deplaseze i va fi greu de compactat.
Densitatea mixturii asfaltice este influenat i de filer i raportul
filer/bitum. n figura 1.8 este prezentat efectul tipului de filer asupra volumului
de goluri, folosind acelai numr de rotaii la compactarea mixturii asfaltice cu
un compactor de forfecare giratorie.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300 400 500 600 700
numar de rotatii la compactare
volumd
egoluriinmixtura
filer de celit
filer de calcar
filer de ciment Portland
Figura 1.8 Influena tipului de filer asupra volumului de goluri
din mixtura asfaltic
Bitumul.Vscozitatea bitumului influeneazrigiditatea mixturii asfaltice
i implicit compactarea ei. De asemenea, pstreaz compactitatea mixturii.
Dacvscozitatea liantului este prea mic, particulele se micuor n timpul
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
21/140
CAPITOLUL 114
compactrii iar vscozitatea nu dezvoltsuficient coeziune pentru a pstra
compactitatea mixturii.
Pentru a avea o indicaie asupra rigiditii bitumului la temperatura de
compactare, se realizeazn general testul de vscozitate la temperatura de
135oC. Se recomand totui efectuarea testului de vscozitate la diferite
temperaturi pentru a putea trasa curba vscozitate - temperatur i a
interpreta panta acestei curbe astfel nct sse poate modifica temperatura
pentru ca liantul s ating vscozitatea dorit la compactare dar i la
malaxare.
Un liant cu o vscozitate mare la 135oC va furniza mixturii o rezisten
mai mare, reducnd golurile, dar n acest caz temperaturile de malaxare i de
compactare vor trebui mrite.
Figura 1.9 prezintinfluena vscozitii bitumului asupra posibilitii de
compactare a mixturii asfaltice. Se observcpentru o anumittemperatur,
bitumul mai puin vscos va asigura mixturii o densitate mare care nu va putea
fi atinsde mixtura cu bitum mai vscos dect pentru o temperaturmai mare.Rezult de aici ct de important este cunoaterea vscozitii liantului n
stabilirea temperaturii de compactare.
2.322.332.34
2.352.362.372.38
2.39
2.42.412.42
50 70 90 110 130 150 170 190
temperatura de compactare,oC
greutateaspecifica,g/cm
3
bitum cu vascozitate mica
bitum cu vascozitate mare
Figura 1.9. Influena vscozitii bitumului asupra compactrii
mixturii asfaltice
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
22/140
GENERALITI 15
Mixtura asfaltic.Deoarece materialele componente (agregate, filer i
bitum) joac un rol aa de important n compactarea mixturii asfaltice, este
evident c i amestecul lor va influena ntr-o oarecare msur (chiar mai
mare) compactarea.
Extrem de important este stabilirea procentului optim de bitum n
cadrul metodei de proiectare a amestecului. O mixtur cu prea puin liant
bituminos va fi dificil de compactat deoarece procentul sczut de bitum va face
mixtura prea rigid. Bineneles, prea mult liant bituminos va lubrifia mixtura n
exces, n final obinndu-se o mixturinstabili plasticla cilindrare.
Este posibil ns ca un procent de bitum spre limita inferioar s fie
compensat de o buncompactare (efort de compactare mare) care saduc
mixtura la un volum de goluri optim.
Raportul filer / bitum ofermixturii rezistena necesar compactrii. n
funcie de acest raport, mixtura poate fi mai mult sau mai puin rigid.
Un alt factor de influen l reprezint temperatura mixturii asfaltice n
momentul compactrii. n stabilirea temperaturii de compactare a mixturiitrebuie sse inseama, pe lngvscozitatea bitumului i de raportul filer /
bitum care poate mri sau micora rigiditatea mixturii, dupcum s-a spus mai
sus. Se tie co mixturcu o temperaturmare este mai uor de compactat
dect una cu o temperaturmai mic. De asemenea, o mixturrigidva trebui
compactatla o temperaturridicat.
n concordan cu cele prezentate mai sus, pentru a se obine
rezultatele dorite pe o mixtur asfaltic, este necesar ca metoda de
compactare n laborator ssimuleze ct mai fidel compactarea de pe antier.
1.3 METODE DE COMPACTARE N LABORATOR
Stabilirea reetei mixturii asfaltice a constituit o problemce a preocupatcercettorii din domeniul rutier incde la inceputul secolului trecut. Pentru a
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
23/140
CAPITOLUL 116
avea o mixturdurabili rezistentpe perioada de serviciu a drumului, este
necesarstabilirea anumitor proporii ntre materialele componente ale mixturii
asfaltice (agregate, filer, bitum i eventual fibre).
Proiectarea unei mixturi asfaltice const n alegerea unui amestec
potrivit de agregate i a unui procent optim de liant bituminos astfel ca mixtura
rezultatsfie ct mai durabilposibil. Factorul critic l reprezintprocentul de
bitum. S-a constatat c o variaie de 0,5 % fa de procentul optim poate
conduce fie la prea mult, fie la prea puin bitum. Un coninut prea mare de liant
conduce la o mixtur cu volum de goluri sczut care este susceptibil la
ornieraj si exsudri. Un coninut prea mic de liant produce o mixtur
subcompactat (mixtura are volum mare goluri) i conduce la deteriorarea
mbrcminii rutiere. Literatura de specialitate demonstreaz existena unui
singur procent de liant bituminos care, aplicat mixturii asfaltice, s poat
satisface att durabilitatea ct i stabilitatea acestui material compozit. De
asemenea, curba granulometric a agregatului prezint o importan
deosebiti se alege n functie de tipul i funciile stratului asfaltic n care seva folosi mixtura.
n decursul timpului, s-a constatat cpentru un numr mare de drumuri
cu structuri rutiere flexibile sau mixte, densitatea finala mixturii asfaltice nu
corespunde cu cea obinutn cadrul laboratorului. Este evident cmetodele
curente de compactare n laborator nu sunt suficiente pentru simularea
condiiilor reale. Deci trebuie luate n considerare proprietile bitumului i
agregatelor n funcie de volumul de goluri din mixturpe timp lung; aceasta
se refer la corelarea rezistenei mixturii rutiere cu efortul de compactare.
Dacrezistena la efortul de compactare este slab, drumul va fi utilizat numai
pentru trafic sczut; dac mixtura opune o rezisten mare la compactare,
drumul va putea fi folosit pentru trafic mare.
Drumurile se densific n funcie de creterea volumului de trafic pn
cnd se stabilizeaz. Traficul compacteazdrumul la densitatea final, care
este atins, n general dupa treia varde trafic. Un compactor de laborator
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
24/140
GENERALITI 17
trebuie s fie capabil s simuleze densitatea final. Cu ct traficul este mai
greu cu att densitatea realizata mixturii crete.
La baza criteriului de proiectare a reetei mixturii asfaltice se aflideea
co structurrutiertrebuie sfie capabilsreziste forelor de forfecare i
celor verticale ce provin din trafic.
Se tie cdensitatea mixturii asfaltice depinde de trafic si de clim. O
mixturasfalticcorect proiectatse poate realiza atunci cnd traficul i clima
sunt simulate n laborator. Metodele de proiectare a retetei mixturii asfaltice
caut s in seama de aceti doi factori, ele bazndu-se pe metoda de
compactare in laborator. n decursul timpului s-a cutat introducerea n
metoda de proiectare a amestecului a unei aparaturi de compactare necesar
simulrii densitii reale a stratului asfaltic.
De-a lungul timpului au existat trei metode de compactare ce constituie
parte integranta metodelor de proiectare a mixturilor asfaltice:
- compactarea prin impact
- compactarea prin frmntare- compactarea giratorie
Cea mai veche metod folosit n laborator o constituie metoda de
proiectarea care folosete compactarea prin impact. n anul 1920 Hubbard i
Field au folosit ciocanul Proctor de la geotehnic pentru compactarea
mixturilor asfaltice.
Dupa 10 ani, n 1930, Bruce Marshall a introdus metoda de proiectare a
mixturii asfaltice care-i poart numele. Deosebirea fa de metoda Hubbard
este aceea c faa compactorului are diametrul egal cu diametrul tiparului.
Acest tip de compactare prin impact a fost adoptat de toate rile pentru
proiectarea reetei mixturilor asfaltice pentru drumuri. Numrul de lovituri
aplicate pe fiecare parte a probei cilindrice se alege n funcie de nivelul
traficului preconizat pe drumul ce urmeaza fi construit (35, 50, 75 lovituri pe
fiecare fa). Aceasta este metoda cea mai des utilizat n lume pentru
proiectarea mixturii asfaltice, considernd n general, 75 lovituri pe fiecare
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
25/140
CAPITOLUL 118
parte (la noi n ar, 50 de lovituri), dei n urma aplicrii acestor lovituri vor
rezulta densiti diferite din cauza diferitelor tipuri de ciocane Marshall:
mecanic, rotativ, manual.
n principiu, metoda Marshall urmrete realizarea unei mixturi asfaltice
rezistente, folosind analiza stabilitate/fluaj i densitate/volum de goluri.
Avantajul acestei metode de proiectare l reprezint atenia fa de
proprietile mixturii asfaltice: densitate i volum de goluri, analizce asigur
proporii volumetrice potrivite pentru realizarea unei mixturi asfaltice de
calitate. n plus, aparatul este relativ ieftin si portabil. Dezavantajul principal al
metodei este acela c acest tip de compactare n laborator nu simuleaz
compactarea real a mixturii aternute. n plus, stabilitatea Marshall nu
estimeaz adecvat rezistena la forfecare a mixturii. Cele dou dezavantaje
fac dificil de asigurat rezistena la ornieraj a mixturii proiectate.
Independent de dezvoltarea metodei de proiectare Marshall, Francis
Hveem a introdus o noumetodde proiectare a mixturilor ntre anii 1930 si
1940. Metoda de proiectare Hveem are la baza compactarea prinfrmntare, la care se aplic o for prin intermediul unui picior de form
triunghiular ce acopernumai o poriune din suprafaa probei. Loviturile se
aplicuniform pe suprafaa probei pentru a realiza compactarea acesteia.
Metoda Hveem folosete de asemenea analiza densitate/volum de
goluri i stabilitate. Se determin n plus i rezistena mixturii la umflare n
prezena apei. Metoda Hveem are douavantaje:
- primul, metoda de compactare prin frmntare este gnditpentru o
mai bun simulare a caracteristicilor de densitate ale mixturii aternut pe
drum ;
- al doilea, stabilitatea Hveem este o masur direct a componentei
frecrii interne a rezistenei la forfecare. Msoar capacitatea probei de a
rezista deplasrii laterale n urma aplicrii unei ncrcri verticale.
Un dezavantaj al procedeului Hveem este acela c echipamentul de
testare este oarecum scump i nu este portabil. n plus, exist cteva
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
26/140
GENERALITI 19
proprieti volumetrice importante ale mixturii legate de durabilitate care nu
sunt determinate ca parte a procedurii. Unii ingineri consider c metoda
alegerii procentului de bitum n metoda Hveem este prea subiectivi poate
rezulta o mixtura care nu este durabil, avnd prea puin bitum.
Obiectivul acestui tip de compactare, ca i n cazul altor metode, este s
realizeze probe cu densitate egal cu densitatea mixturii atins sub trafic,
post-constructie. Totui, aceastmetodnu este folosita dect n cteva state
din S.U.A. i din ce n ce mai puin.
Tot cam n aceeai perioad (anul 1930), n Texas s-a dezvoltat o
metod de proiectare care are la baza compactarea giratorie. Dezvoltarea
acestei metode i este atribuit lui Philippi, Raines i Love. Prima pres
giratorie a fost una manual iar specificaiile i metoda de ncercare au fost
introduse abia n 1946 de Departamentul de Drumuri din Texas.
Metoda de compactare giratorie const n aplicarea unei ncrcri
verticale, n timp ce tiparul este supus unei micri de rotaie. Compactarea
giratorie produce o aciune de frmntare asupra probei. Aciunea defrmntare este cauzatde rotirea probei n jurul axei. Unghiul de rotaie al
diverselor compactoare se gsete n intervalul 1,00o la 6,00o. Compactarea
folosind aciunea giratorie s-a aplicat i de catre U.S. Army Corps of Engineers
din S.U.A. i Laboratoire Central des Points et Chausses (LCPC) din Frana.
n anul 1940 U.S. Army Corps of Engineers a realizat un compactor prin
aplicarea principiului micrii giratorii cu scopul de a introduce o noumetod
de proiectare a mixturilor asfaltice innd seama de condiiile extreme de trafic.
Noul aparat de compactat probe de mixturasfaltics-a numit "Gyratory Test
Machine"(GTM). Dezvoltarea acestui tip de compactare a continuat n anii 50
ajungnd ca la nceputul anilor 60 sse demonstreze utilitatea sa. Totui, n
acea perioada s-a folosit mai mult n scopuri de cercetare dect n proiectarea
de rutina mixturilor asfaltice.
John L. McRae, cel care a contribuit la construirea compactorului de
frmntare giratoriu, a plecat de la concluzia c proprietile mecanice ale
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
27/140
CAPITOLUL 120
probelor produse cu ciocanul Marshall nu simuleaz proprietile carotelor
extrase din mbrcmintea rutierasfaltic.
n anul 1950, o delegaie din Frana a vizitat Statele Unite i a studiat
metoda giratorie din Texas. LCPC a evaluat parametrii ce influeneaz
compactarea giratorie; n 1972 a finalizat un protocol n ceea ce privete
metoda giratorie. Cele trei variabile importante studiate au fost unghiul de
rotaie, viteza de rotaie i presiunea vertical, a cror valori s-au modificat
mereu n decursul timpului (1950 - 1993).
n Frana, aplicarea compactrii giratorii se face pentru a simula
densitatea aprut n stratul asfaltic la sfritul construciei. Astzi,
compactarea giratorie este folosit n mod obinuit n Frana ca parte a
procesului de proiectare a mixturii. Aparatul se numete "Presse
Cisaillement Giratoire"(PCG) i are unghiul de rotaie de 1oiar presiunea de
compactare de 600 kPa. Mai recent, acest tip de compactare a fost introdus n
multe ri.
Mai nou aprutul girocompactor SHRP - Strategic Highway ResearchProgram ("SHRP Gyratory Compactor"- SGC) constituie un compromis ntre
girocompactorul LCPC, U.S. Army Corps of Engineers si metodele Texas i se
foloseste i in Romnia de civa ani. Tipurile de SGC existente la ora actual
sunt girocompactoarele produse de urmtoarele firme: Pine Instrument
Company, Troxler Electronic Laboratories, Test Quip, Rainhart Company i
Interlaken Technology Co. Dintre acestea, Pine SGC i Troxler SGC sunt cele
mai vechi i mai rspndite n lume, ambele prezentnd rezultate similare cu
prototipul Texas SGC modificat.
Extinderea folosirii compactrii giratorii s-a bazat pe comparaia din
punct de vedere al densitii, efectuat ntre carotele extrase din teren i
probele confecionate n laborator. ncepnd din 1987 s-au fcut numeroase
studii n Statele Unite, prin programul SHRP, asupra valorilor presiunii
verticale de consolidare, a unghiului de rotaie i a vitezei de rotaie. n final s-a
ajuns la concluzia c urmtoarele valori conduc la realizarea unui volum de
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
28/140
GENERALITI 21
goluri de 4% pentru mixtura care se proiecteaz: presiunea vertical de
consolidare de 600 kPa, unghiul de rotaie de 1,25o(0,02o) i viteza de rotaie
de 30 rot/min (0,5 rot/min). Tolerana acceptatn ceea ce privete valoarea
unghiului limiteazvariaia procentului de bitum la max. 0,1%.
Dupstabilirea parametrilor de funcionare, n utlimii 10 ani s-au realizat
i studii pentru evaluarea de teren a acestui girocompactor. S-a constatat c
att girocompactorul american SGC ct i cel francez PGC sunt folositoare n
stabilirea reetei mixturilor asfaltice preparate la cald. Astfel, s-a dezvoltat sub
programul SHRP, sistemul de proiectare a reetei mixturii asfaltice Superpave
(Superior Performing Asphalt Pavements).
Cercetrile efectuate n decursul timpului au artat c fiecare mod de
compactare n parte conduce la un anumit tip de structura agregatului i film
de bitum pe agregate.
Metodele Hveem i giratorie de proiectare a mixturilor asfaltice conduc
la realizarea unor densiti mai mari dect cele obinute prin folosirea metodei
Marshall. Aciunea de frmntare simuleaz mai bine orientarea particuleloragregatului, existent n realitate n stratul asfaltic dect o realizeaz
compactarea cu Marshall. Unul din motivele principale ale folosirii
girocompactorului este capacitatea sa de a reproduce densitile mari care se
ntlnesc n stratul asfaltic aternut.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
29/140
CAPITOLUL 222
CAPITOLUL 2
SISTEMUL SUPERPAVE
2.1 CE ESTE SISTEMUL SUPERPAVE
Programul SHRP (Strategic Highway Research Program) iniiat de
Statele Unite ale Americii i desfurat pe o perioadde 6 ani (1987 - 1993)
iniial i apoi pe nc 10 ani (1993 - 2003), a dezvoltat un nou sistem de
analizare a lianilor bituminoi i de proiectare a mixturilor asfaltice preparate
la cald n vederea creterii performanelor drumului. Acest sistem s-a numit
SuperpaveTM
(Superior Performing Asphalt Pavements) i este un sistem cefurnizeaz date pentru specificaii, ncercarea materialelor componente ale
mixturii asfaltice, proiectarea reetei amestecului de agregate, filer i bitum,
ncercarea mixturilor asfaltice i evaluarea performanelor structurii rutiere.
Aceast metod de proiectare este alctuit conform cerinelor de
perfoman dictate de trafic i de mediul nconjurtor (clim) i determin
alegerea i combinarea liantului bituminos, a agregatelor i a oricrui
modificator necesar pentru a realiza nivelul de performancerut pentru drum.
Sistemul Superpave se aplic mixturilor asfaltice preparate la cald cu
bitum modificat sau nemodificat; se poate folosi n cazul straturilor de
suprafa, de legturi de baznoi, ca i n cazul straturilor de ranforsare de
pe drumurile existente.
Obiectivul sistemului Superpave este acela de a defini un amestec
economic de liant bituminos i agregate ce conduce la o mixturasfalticcu:
- suficient liant bituminos pentru durabilitate;
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
30/140
SISTEMUL SUPERPAVE 23
- suficiente goluri n amestecul de agregate minerale i suficient volum
de goluri n mixtura asfaltic;
- suficientlucrabilitate;- caracteristici satisfctoare ale performanei de-a lungul duratei de
viaa drumului.
Performana structurii rutiere este analizat n raport cu deformaiile
permanente, fisurarea din oboseal, fisurarea din temperaturi sczute i
efectele degradrilor din mbtrnire i umiditate.
Conine trei nivele distincte de proiectare, numite nivelul 1, nivelul 2i
nivelul 3. Complexitatea fiecrui nivel este n funcie de importana drumului
ce urmeaza fi construit i crete n mod semnificativ de la nivelul 1 la nivelul
3. Nivelul 3 necesitun numr mare de teste, mai multe probe i mai mult timp
pentru a realiza proiectarea reetei mixturii. Nivelul 3 conine toate proprietile
msurate n nivelul 2, n timp ce nivelul 2 conine toate proprietile msurate
n nivelul 1.
Cele trei nivele de proiectare se aleg n funcie de trafic: pe msurcetraficul crete se trece la un nivel superior de proiectare a reetei mixturii
asfaltice :
- nivelul 1 (trafic sczut) 106osii echivalente
- nivelul 2 (trafic intermediar) 107 osii echivalente
- nivelul 3 (trafic ridicat) > 107 osii echivalente
Osia echivalentn S.U.A. este de 80 kN. Pentru condiiile rii noastre
aceasta se va echivala cu osia de 115 kN, conform normelor n vigoare.
Nivelul 1 se bazeazpe proiectarea volumetrica mixturii asfaltice, n
timp ce nivelele 2 si 3 conin i ncercri specifice pentru determinarea
caracteristicilor mixturii asfaltice, precum :
- ncercare de forfecare repetat
- ncercare de forfecare simpl
- rezistena la ntindere indirect- fluaj i rupere din temperatursczut
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
31/140
CAPITOLUL 224
- reometru pentru grinda ncovoiat
- ncercare hidrostatic
- ncercare uniaxialStructura sistemului de proiectare Superpave este prezentatn figura 2.1:
pro- alegerea alegereaiec- agregatului bitumuluitare
volu- proiectarea volumetrica mixturii ceme- include susceptibilitatea la umiditatetric
pro- msurarea proprietilor materialuluiprie-ti
nivel 2 nivel 1 nivel 3
Estimarea perfor- Estimarea perfor-manei drumului manei drumului
deformaii deformaiime- permanente permanenteca-nice oboseal oboseal
fisurare din fisurare dintemperaturi temperaturi
sczute sczute
con-trol proiectarea finala
amestecului pentru producerede
te- teste de control a mixturiiren prelevatdin teren
Figura 2.1 Structura metodei Superpave
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
32/140
SISTEMUL SUPERPAVE 25
2.2 NIVELUL 1 DE PROIECTARE A MIXTURII ASFALTICE
Nivelul 1 de proiectare a mixturilor asfaltice (pentru trafic sczut),
prezentat n figura 2.2, const n alegerea agregatului i liantului pentru a
stabili granulometria i procentul de bitum care satisfac criteriile specificate
pentru volum de goluri n mixtur, goluri n amestecul de agregate i goluri
umplute cu bitum. Acest nivel se bazeaz pe proiectarea volumetric a
amestecului, lund n considerare i specificaiile pentru liant i agregate.Alegerea finala procentului de bitum este bazatdeci, pe atingerea nivelului
specificat pentru volum de goluri n mixtur, goluri n amestecul de agregate i
goluri umplute cu bitum la trei nivele de compactare: iniial, de proiectare i
maxim.
Nivelul iniial de compactare, Nin este cel care corespunde densitii
stratului asfaltic dup traficul iniial - la aternere. Nivelul de proiectare al
compactrii, Npr are valoarea corepunztoare densitii obinut n stratulasfaltic dup compactarea iniial - dup cilindrare. Nivelul maxim de
compactare, Nmax este cel corespunztor densitii anticipate a drumului la
sfritul perioadei de serviciu.
Mixtura asfaltic, coninnd diferite granulometrii ale agregatului i
procente diferite de bitum, va fi compactat, n cadrul proiectrii volumetrice,
cu girocompactorul.
Trebuie specificat faptul c n metoda volumetric Superpave efortul
vertical de compactare a girocompactorului este acelai pentru toate mixturile
iar numrul de rotaii este stabilit astfel nct s furnizeze o densitate care
coincide cu densitatea mixturii aternute pe drum, la sfritul perioadei de
serviciu.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
33/140
CAPITOLUL 226
alegei agregatele innd seama alegei gradul de performande criteriile: al bitumului innd seama de
- granulozitate temperaturile de proiectare- forma granulelor joase i ridicate- coninut de impuriti- particule plate i aciculare
se recomandun eventual testde adsorbie pentru a evaluacompatibiliatea agregat- bitum
propunei 3 sau 4 curbe granulometrice,
determinate de limitele stabilite prin standard
calculai un coninut iniial de bitum pentrufiecare curbgranulometric(cte 2 probe compactatela Nprpentru fiecare curbgranulometric= 6 sau 8 probe)
evaluai curbele granulometrice; alegei curba deproiectare pentru agregat; calculai un procentestimativ de bitum
determinai susceptibilitatea la compactai probele pentruumiditate pentru procentul de patru procente de bitumbitum i granulometria proiectat considerate fade(compactai 6 probe la 7 % volum procentul estimat de bitumde goluri; testai 3 probe uscat i (2 probe compactate pe3 probe umed) procent de bitum =8 probe)
determinai procentul de bitum ce satisfacecriteriile volumetrice la Npr, Nini Nmax
Figura 2.2 Schema Nivelului 1 de proiectare al mixturilor asfaltice
Etapele principale ale nivelului 1 de proiectare (volumetric) sunt:
a) alegerea materialelor:
* alegerea liantului bituminos i a agregatelor ce ndeplinesccerinele mediului i traficului
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
34/140
SISTEMUL SUPERPAVE 27
* determinarea greutii specifice volumetrice a agregatului propus
pentru amestecare i greutatea specifica liantului bituminos.
b) stabilirea curbei granulometrice:* propunerea curbelor granulometrice ale agregatului (de preferat
3 sau mai multe);
* calcularea unui procent de bitum iniial i compactarea a dou
probe pentru fiecare granulometrie n parte;
* alegerea unei structuri de agregat i a procentului de bitum
estimat, pe baza criteriilor ce definesc volumul de goluri n
mixura compactat, golurile n agregatul mineral i golurile
umplute cu bitum, la nivelele de compactare iniial (Nin), de
proiectare (Npr) i maxim (Nmax), msurate sub formde rotaii
aplicate cu girocompactorul.
c) stabilirea procentului de bitum proiectat:
* compactarea a cte douprobe la procentul de bitum estimat i
la procentul de bitum estimat 0,5 % i +1,0 %;* determinarea procentului de bitum proiectat pe baza cerinelor
ce privesc volumul de goluri n mixura compactat, golurile n
agregatul mineral i golurile umplute cu bitum la cele trei nivele
de proiectare, Nin, Npri Nmax;
* determinarea susceptibilitii la umiditate a amestecului final
optim de agregat i bitum la un volum de goluri de 7 %.
Cu toate c nu este posibil estimarea performanelor rutiere ale
nivelului 1 n ceea ce privete deformaiile permanente, fisurarea din oboseal
sau fisurarea din temperaturi sczute fr ncercrile pe mixturi prevzute n
nivelul 2 sau 3, totui nivelul 1 prezint o garanie satisfctoare a
performanei drumului atunci cnd toate criteriile volumetrice sunt ndeplinite.
Girocompactoruleste elementul de bazal nivelului 1 de proiectare. n
plus, acest nivel considerefectele sensibilitii la umiditate i ale mbtrnirii
n stabilirea amestecului final.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
35/140
CAPITOLUL 228
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
Alegerea amestecului de materiale:
Agregatele
Alegerea agregatelor
presupune considerarea mai multor factori ianume: clim, trafic, disponibilitate, cost, rezistenla derapare, sensibilitate la
umiditate, folosirea anterioar a agregatului, deci cunoaterea proprietilor
sale.
Dimensiunea maxima agregatului se alege n funcie de stratul n care
se folosete mixtura ce se proiecteaz(tabelul 2.1).
Tabelul 2.1
Stratul rutier Dimensiunea maximnominala agregatului, mmsuprafa 9,5 - 12,5legtur 25,0 - 37,5
baz 25,0 - 37,5
Curba granulometric se alege n funcie de limitele prevzute i de
zona restrictiv. n tabelele 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 sunt prezentate limitele
pentru curba granulometriciar n tabelul 2.7 sunt prezentate zonele restrictivepentru fiecare tip de agregat.
Tabelul 2.2
limite (treceri, %)Dimensiunea sitei
minimum maximum75 m 0 62.36 mm 15 41
25.0 mm - 90dimens. max nominal(37.5 mm) 90 100
dimens. maxim(50.0 mm) 100 -
Tabelul 2.3
limite (treceri, %)Dimensiunea sitei
minimum maximum75 m 1 72.36 mm 19 45
19.0 mm - 90dimens. max nominal(25.0 mm) 90 100
dimens. maxim(37.5 mm) 100 -
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
36/140
SISTEMUL SUPERPAVE 29
Tabelul 2.4
limite (treceri, %)Dimensiunea sitei
minimum maximum75 m 2 82.36 mm 23 49
12.5 mm - 90dimens. max nominal(19.0 mm) 90 100
dimens. maxim(25.0 mm) 100 -
Tabelul 2.5
limite (treceri, %)Dimensiunea sitei
minimum maximum75 m 2 102.36 mm 28 589.5 mm - 90
dimens. max nominal(12.5 mm) 90 100dimens. maxim(19.0 mm) 100 -
Tabelul 2.6
limite (treceri, %)Dimensiunea sitei
minimum maximum75 m 2 102.36 mm 32 674.75 mm - 90
dimens. max nominal(9.5 mm) 90 100dimens. maxim(12.5 mm) 100 -
Tabelul 2.7
Dimensiu-nea siteipentru
zonarestrictiv
Limitele minime i maxime pentru urmtoarea dimensiunemaximnominal(treceri, % min./max.)
37.5mm 25.0mm 19.0mm 12.5mm 9.5mm4.75 mm 34.7/34.7 39.5/39.5 - - -2.36 mm 23.3/27.3 26.8/30.8 34.6/34.6 39.1/39.1 47.2/47.21.18 mm 15.5/21.5 18.1/24.1 22.3/28.3 25.6/31.6 31.6/37.6600 m 11.7/15.7 13.6/17.6 16.7/20.7 19.1/23.1 23.5/27.5300 m 10.0/10.0 11.4/11.4 13.7/13.7 15.5/15.5 18.7/18.7
Aceastzonrestrictiveste folositde SUPERPAVE pentru a preveniprocentul mare de nisip fin raportat la cantitatea de nisip total din amestecul de
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
37/140
CAPITOLUL 230
agregate i de asemenea pentru a evita linia de densitate maxim care nu
furnizeazun volum de goluri adecvat n agregat. Astfel, va rezulta un schelet
mineral puternic ce sporete rezistena la deformaii permanente idurabilitatea, datoritunui volum de goluri potrivit.
n figura 2.3 sunt reprezentate limitele i zona restrictiv n cazul unui
agregat ce are dimensiunea maximnominalde 12,5 mm.
Limite le i zon a rest ric t iv pentru dimens iunea m axim n ominal
1 2 , 5 m m
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
dimen s iunea s i t e i
treceri,%
zona restrictiva
linia de densitate maxima
dimensiuneamaximadimensiunea maxima nominala
75m 2,36mm 9,5mm 12,5mm 19,0mm
Figura 2.3 Reprezentarea limitelor SHRP i a zonei restrictive
Se recomandca la alctuirea scheletului mineral, curba granulometric
s se deplaseze spre limitele inferioare, sub zona restrictiv atunci cnd
traficul crete.
Curbele granulometrice ce se situeazfie sub zona restrictiv, fie peste
aceastzon, dar se afln interiorul limitelor, vor conduce la un amestec de
agregate potrivit pentru o mixtur acceptabil n sistemul de proiectare
Superpave.
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
38/140
SISTEMUL SUPERPAVE 31
Superpave impune restricii i n ceea ce privete:
- gradul de spargere al agregatului grosier (procent din greutatea
agregatului cu particule mai mari de 4,75 mm, cu una sau mai multe feeconcasate);
- gradul de spargere al agregatului fin (procent al volumului de
goluri prezent n agregatul ce trece prin sita de 2,36 mm);
- duritatea sau rezistena L.A. (procent de material pierdut din
agregatul amestecat, n timpul ncercrii Los Angeles);
- soliditatea (procent al degradrii agregatului amestecat, n timpul
testului de soliditate cu sodiu sau magneziu);
- materialele nocive (procent n greutate a impuritilor nedorite
precum: crbune, lemn, argilistoasmoale, micn agregatul amestecat);
- coninutul de argilsau echivalentul de nisip (msura cantitii
de material argilos prezent n partea de agregat ce trece pe sita de 4,75 mm);
- particule subiri, alungite (particulele agregatului grosier - 4,75
mm ce au raportul dintre dimensiunea maximi minimmai mare de 5);- proporia de praf (raportul dintre procentul n greutate a
agregatului ce trece pe sita de 75 m i coninutul efectiv de bitum exprimat
ca procent n greutate din mixtur).
Liantul bituminos
n Superpave lianii se noteazprin PGx-y, unde:
PG este gradul de performanal bitumului
x este temperatura ridicatde proiectare a drumului
y este temperatura sczutde proiectare a drumului
Superpave a stabilit specificaii pentru bitum aplicabile deopotriv
lianilor modificai i celor nemodificai (vezi ANEXA 1). Specificaiile se
bazeazpe rigiditatea liantului mbtrnit, considernd o anumitcombinaie a
ncrcrii din trafic i condiii nconjurtoare. Astfel, bitumul este mprit pe
grade care se difereniaz n funcie de temperaturile drumului care permitliantului s poat fi ales n raport cu o anumit combinaie a temperaturilor
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
39/140
CAPITOLUL 232
ridicate i sczute ale drumului. Condiiile de ncrcare prevzute n cazul
temperaturilor ridicate sunt: viteza vehiculului = 100 km/h i volumul de trafic 1 x 108
70 - 8065 - 7865 - 7565 - 75
Girocompactorul(figura 2.7)
Nivelul 1 de proiectare a mixturilor asfaltice necesit compactarea
probelor cu girocompactorul. Metoda de compactare giratorie se considerc
produce probe compactate, reprezentative pentru materialul aternut i
compactat. n timp ce se aplic un efort vertical de compactare, o aciune
giratorie genereaz eforturi de forfecare orizontale n material, simulnd
aciunea unui cilindru compresor.
Compactarea giratorie poate fi folositpentru:
- realizarea probelor pentru ncercri;- determinarea densitii reale atinse a mixturii aternute pe drum;
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
46/140
SISTEMUL SUPERPAVE 39
- determinarea compactitii mixturii.
tablou de control i
element ce msoar colectare a datelornlimea
600 kPa
ciocanul
tipar
1.25o
bazrotativ
30 rotaii/min
Figura 2.7 Girocompactorul
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
47/140
CAPITOLUL 240
Girocompactorul poate realiza probe cilindrice cu diametrul de 100 mm
sau 150 mm iar nlimea de pn la aproximativ 150 mm, combinnd
presiunea de consolidare verticalcu efortul de frmntare giratoriu. Probelesunt compactate pentru a simula densitatea, orientarea agregatului i
caracteristicile structurale obinute n realitate pe drum.
Girocompactorul opereaz sub controlul unui computer printr-o unitate
de interfa. n momentul n care proba a fost fixat n aparat i s-a nceput
compactarea, procesul de compactare va fi controlat prin intermediul software-
ului, nregistrndu-se continuu numrul de rotaii i se va calcula densitatea
mixturii n orice moment. Pe ecranul calculatorului va aprea relaia dintre
logaritmul numrului de giraii i densitatea amestecului. Numrul de rotaii
este strns legat de nivelele de trafic. Acest lucru apare datorit faptului c
densitatea unui strat asfaltic sub trafic crete liniar cu logaritmul numrului de
treceri ale traficului pncnd acesta atinge densitatea sa final.
Caracteristicile girocompactorului Superpave sunt urmtoarele:
- unghiul de giraie de 1,25 0,02 grade;- viteza de 30 rotaii / minut;
- presiune verticaln timpul rotaiei de 600 kPa;
- capacitatea de a produce probe cu dimensiunile 150 x 150 mm.
Pe scurt, metoda de confecionare a probelor constn urmtoarele:
- se preparn laborator o mixturasfaltic(se calculeazcantitatea de
mixturrezultatastfel nct nlimea probei compactate srezulte minimum
50 1 mm 2,1 kg mixtur; pentru o nlime de 115 mm sunt necesare 5
kg de mixtur); (temperatura de malaxare este temperatura la care bitumul
nembtrnit are o vscozitate cinematicde 170
20 mm2/s 0,17 0,02
PA s);
- se mbtrnete scurt durat mixtura n etuv (4 ore la 135o -
procedeu ce simuleaz mbtrnirea din timpul fabricaiei i construciei).
Aceast mbtrnire n etuv simuleaz mbtrnirea mixturilor asfaltice ntimpul operaiilor de punere n oper;
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
48/140
SISTEMUL SUPERPAVE 41
- se aduce la temperatura potrivit compactrii (temperatura la care
bitumul nembtrnit are o vscozitate cinematicde 280 30 mm2/s 0,28
0,02 PA s);
- mixtura se pune n tiparul nclzit n trei straturi;
- se plaseaztiparul n dispozitivul de compactare i se aplicpresiunea
de 600 kPa prin intermediul ciocanului vertical; se aplic nclinarea de 1,25o
ansamblului tiparului;
- se nregistreaz nlimea probei dup fiecare rotaie. nlimea este
folositpentru a calcula volumul probei, iar greutatea mixturii i volumul probei
sunt folosite pentru a estima densitatea probei;
- cnd compactarea s-a ncheiat, proba se decofreazimediat i, dup
rcire, se determindensitatea aparenta probei.
Densitatea probei (exprimatca procent din greutatea specificmaxim
teoretic) se stabilete n trei puncte de-a lungul curbei de densificare (figura
2.8).
76.0078.0080.0082.0084.0086.0088.0090.0092.0094.0096.0098.00
100.00
1 10 100 1000
n u m r g irai i
greutatespecificteoretic
maxim,
%
15 0
Nin Npr Nmax
Figura 2.8 Curba de densificare
n nivelul 1 de proiectare, curba granulometricoptima agregatului i
procentul de bitum optim sunt determinate pentru a obine o curb de
densificare care trece prin 96 % din greutatea specific teoreticmaxim la
numrul de rotaii proiectat (Npr); astfel, se alege procentul de bitum la 4 %volum de goluri la Npr. Valoarea Nprfolositn proiectarea mixturii este aleas
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
49/140
CAPITOLUL 242
din tabelul 2.10; este determinatn funcie de nivelul traficului presupus a fi
pe drumul ce urmeaza se construi i temperatura maxima aerului n 7 zile
consecutive, n zona drumului.
Tabelul 2.10
Temperatura maxima aerului n 7 zile (OC)< 39 39 - 41 41 - 43 43 - 45Trafic
Nin Npr Nmax Nin Npr Nmax Nin Npr Nmax Nin Npr Nmax< 3 x 105 7 68 104 7 74 114 7 78 121 7 82 127< 1 x 106 7 76 117 7 83 129 7 88 138 8 93 146< 3 x 106 7 86 134 8 95 150 8 100 158 8 105 167< 1 x 107 8 96 152 8 106 169 8 113 181 9 119 192< 3 x 107 8 109 174 9 121 195 9 128 208 9 135 220
< 1 x 10
8
9 126 204 9 139 228 9 146 240 10 153 253> 1 x 108 9 143 235 10 158 262 10 165 275 10 172 288
La numrul maxim de rotaii (Nmax) mixtura asfaltictrebuie srealizeze
mai puin de 98% din greutatea specificmaxim teoreticsau un volum de
goluri mai mare de 2 %. Valoarea Nmax folosit n proiectarea mixturii este
prezentatn tabelul 2.10 i este determinatdin ecuaia:
log Nmax= 1,10 log Npr (2.9)
La numrul iniial de rotaii (Nin) mixtura asfaltic trebuie s realizeze
89% din greutatea specific maxim teoretic sau mai puin. Valoarea Nin
folosit n metoda de proiectare este prezentat n tabelul 2.10 i este
determinatdin ecuaia:
log Nin= 0,45 log Npr (2.10)
Aceste cerine pentru nivelele de densitate ale compactrii sunt
prezentate n tabelul 2.11.
Tabelul 2.11
Nivel decompactare
Densitatea necesar( % din greutatea specificmaximteoretic)
Nin Cin< 89Npr Cpr= 96
Nmax Cmax< 98
Densitatea calculat n orice moment al procesului de compactare, din
greutatea probei i nlimea sa este numit densitatea necorectat (Cux).
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
50/140
SISTEMUL SUPERPAVE 43
Densitatea necorectat la x rotaii este calculat ca procent din greutatea
specificmaximteoretica mixturii rutiere prin ecuaia:
mm
mxw
mx
ux GVd
WC /)(100= (2.11)
unde Vmxeste volumul mixturii asfaltice la x rotaii, n mm3:
4
2
x
mx
hdV
=
Wmx- greutatea mixturii asfaltice la x rotaii, n g;
Gmm- greutatea specificmaximteoretica mixturii asfaltice;
d - diametrul interior al tiparului, n mm;
hx- nlimea probei, n mm;
dw- densitatea apei la temperatura la care se msoarGmm, n g/mm3.
La sfritul procesului de compactare se determingreutatea specific
volumetrica probei compactate. Greutatea specificvolumetriceste folosit
pentru a corecta densitatea necorectatCuxprin ecuaia:
wmx
mmmbux
xdW
VGCC = (2.12)
unde Cx este densitatea corectat exprimat ca procent din greutatea
specificmaximteoretic;
Vmm- volumul mixturii calculat la numrul maxim de rotaii;
Wmx- greutatea mixturii la x rotaii, n g;
dw- densitatea apei la temperatura la care se msoarGmm, n g/mm3.
Densitatea corectateste reprezentatn raport cu logaritmul numrului
de rotaii. n figura 2.9 sunt prezentate curbe tipice de densificare. Curbelereprezint mixturi cu aceeai structur de agregate. Se observ c dac
procentul de bitum crete, curba de densificare se deplaseaz paralel spre
partea superioar.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
51/140
CAPITOLUL 244
Figura 2.9 Curbe de densificare pentru diferite procente de bitum
Stabilirea granulometriei optime a agregatului
n prima etap se stabilete efectul structurii agregatului asupra
proprietilor volumetrice, mai ales VMA. Amestecul de agregate pentru
mixturtrebuie:
- saibun procent adecvat de VMAla Npri sconducla 4 % goluri
n mixtura compactat
- sndeplineasccerinele legate de densitate la Nin
- sndeplineasccerinele legate de densitate la Nmax
n aceast etap se propun cteva curbe granulometrice i se
calculeazun procent iniial de bitum (estimativ). Se prepar mixturpentrufiecare amestec i se confecioneazprobe cilindrice la girocompactor la Nmax.
Se stabilesc cubele de densificare i proprietile volumetrice la Npr, apoi se
alege curba granulometricoptimastfel nct sse ndeplineasccerinele
pentru densitate la Nini Nmax.
Calculul procentului iniial de bitumpresupune urmtorii pai:
* se determin greutatea specific volumetric i aparent pentru
fiecare fraciune de agregat n parte;
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
52/140
SISTEMUL SUPERPAVE 45
* se calculeaz greutatea specific volumetric i/sau aparent, G a
fiecrei granulometrii:
N
N
N
G
P
G
P
G
P
PPPG
+++
+++=...
...
2
2
1
1
21 (2.13)
unde: G = greutatea specificvolumetric/ aparenta agregatului
P1, P2, PN= fraciunile agregatului, (%), raportate la masa agregatului
G1, G2, GN= greutatea specificvolumetricsau aparenta fraciunilor
* se determingreutatea specificefectiva agregatului pentru fiecare
granulometrie:(2.14))*8.0 sbsasbse GGGG +=
unde: Gse= greutatea specificefectiva agregatului
Gsb= greutatea specificvolumetrica agregatului
Gsa= greutatea specificaparenta agregatului
* se determinprocentul volumului de bitum absorbit de agregat (Vba):
)11
(sesb
sba GGWV =
(2.15)
unde: Ws= procentul de agregatului:
se
s
b
b
ass
G
P
G
P
VPW
+
=
)1( (2.16)
unde: Pb= procentul de bitum, presupus 0,05
Ps= procentul de agregate, presupus 0,95
Gb= greutatea specifica bitumului, determinatsau presupus1,02Va = volumul de goluri n mixtur, fixat la 4%
* se determin procentul efectiv de bitum Vbe din ecuaia empiric de
regresie:
(2.17))log()0675.0(176.0 nbe SV =
unde: Vbe= procentul efectiv de bitum
Sn= dimensiunea maximnominala agregatului, n mm
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
53/140
CAPITOLUL 246
* se calculeazprocentul iniial de bitum (Pbi), exprimat n procente i
raportat la mixtur:
sbabeb
babebbi
WVVG
VVGP
+++=
))((
)( (2.18)
unde: Gb= greutatea specifica bitumului, determinatsau presupus1,02
Ws= procentul de agregat
Cerinele acestei etape sunt curpinse n tabelul 2.12.
Tabelul 2.12
Proprieti volumetrice Criterii Superpave
Vala Npr 4 %VMA la Npr conform tabelului 2.8
Cin
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
54/140
SISTEMUL SUPERPAVE 47
Numrul de rotaii corespunztor compactrii se alege n funcie de
traficul preconizat (tabelul 2.10). Probele de mixturasfalticse compacteaz
la Nmaxi se determingreutatea specificmaximteoretic (Gmm) a mixturiinecompactate.
Pentru fiecare procent de bitum rezult curba de densificare i se
determindensitatea corectata probei, Cin, Cpr, Cmax, corespunztor celor trei
nivele de rotaii: Nin, Npr, Nmax.
Se determin Va, VMAi VFA la Npr, (cu relaiile (2.6), (2.7) i (2.8)),
ceea ce necesitcalculul greutii specifice aparenta mixturii compactate la
Nprn funcie de densitate i greutatea specificmaximteoretic:
(2.19)))(( mmprmb GCG =
unde: Gmb= greutatea specificaparenta mixturii compactate
Cpr= densitatea probei compactate la Npr
Gmm= greutatea specificmaximteoretic
Programul Superpave furnizeazgraficele Va, VMA, VFA n funcie de
procentul de bitum (figura 2.10).
121314151617
4 4.5 5 5.5 6 6.5
procentul de bitum, %
VMA,
%
02468
1012
4 4.5 5 5.5 6 6.5
procentul de bitum, %
volumuldegoluri,
%
3040
5060
7080
4 4.5 5 5.5 6 6.5
procentul de bitum, %
VFA,
%
2250
2300
2350
2400
2450
4 4.5 5 5.5 6 6.5
procentul de bitum, %
densitatea,
kg/m3
Figura 2.10 Grafice obinute cu programul Superpave
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
55/140
CAPITOLUL 248
Prin interpolare graficse determinprocentul proiectat de bitum pentru
care Va= 4% i se verificvalorile VMA i VFA pentru procentul proiectat de
bitum conform criteriilor Superpave. n final se verificdensitile Cini Cmaxpentru procentul proiectat de bitum, conform tabelului 2.11.
Determinarea susceptibilitii la umiditate
Se compacteaz6 probe de mixturasfalticcu reeta optimrezultat
din etapele anterioare, la un numr de rotaii ales astfel nct s rezulte un
volum de goluri de 7%. Se ncearcprobele uscat i umed i se calculeaz
raportul rezistenelor la compresiune care trebuie sfie mai mare de 80%.
2.3 NIVELUL 2 I 3 DE PROIECTARE A MIXTURII ASFALTICE
Nivelul 2 de proiectare (pentru trafic intermediar) se bazeaz pe
mixtura proiectatn nivelul 1 i implicncercri din care rezultproprietile
fundamentale ale materialului i care estimeazperformana structurii rutiere.
Nivelul 2 de proiectare, prezentat n figura 2.11, se realizeazn situaia
n care mixtura rezultat din nivelul 1, fr msurtori ale proprietilor
mecanice, nu este consideratsigurdin punct de vedere al comportrii ei n
raport cu degradrile ce se pot produce pe teren.
Pentru comportarea la deformaii permanente a mixturilor asfaltice
(tabelul 2.13) se efectueazpe acestea, la temperatura efectivde apariie a
ornierajului (Tef(def.per.)), urmtoarele ncercri: forfecare simpl la nlime
constant, forfecare repetat pentru un raport al eforturilor constant (se
realizeazpentru a ne asigura cnu vor aprea n perioada de serviciu, prea
devreme deformaii permanente excesiv de mari), analiz de frecven la
nlime constant.
Pentru comportarea la oboseala mixturilor asfaltice (tabelul 2.13) se
efectueaz pe acestea, la temperatura efectiv de apariie a fisurrilor dinoboseal(Tef(obos.)), urmtoarele ncercri: analizde frecvenla nlime
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
56/140
SISTEMUL SUPERPAVE 49
nu este n regul
O.K.
se efectueazproiectarea
volumetric(Nivelul 1)
se aleg trei procente de bitum(proiectat, sczut i ridicat) ce conducla un volum de goluri n mixturde 3,
4, 6% la numrul de rotaii Npr
se confecioneazprobe compactate la7% volum de goluri pentru procentul de
bitum sczut, proiectat i ridicat(4 probe/procent de bitum x 3 procente= 12 probe)
se confecioneaz2 probe cuprocentul ridicat de bitum i secompacteazla 3% volum degoluri la numrul de rotaii Npr
se determincomportarea la fluaj,pe zona de cedare din ncercarea la
forfecare repetatla un raport aleforturilor constant, la Tc
se confecioneazprobe compactate la 7% volum degoluri pentru procentul de bitum sczut, proiectat i ridicat
(3 probe/procent de bitum x 3 procente = 9 probe)
pentru fiecare procent de bitumse determinproprietile
materialului ce caracterizeazcomportarea la deformaiipermanente i fisurare din
oboseal:- forfecare simplla nlime
constant- analizde frecven
la temperatura efectiv(2 probe/procent de bitum x 3
procente = 6 probe
pentru fiecare procent de bitum sedeterminrezistena la ntindere
indirectla temperatura efectiv(2probe/procent de bitum x 3
procente = 6 probe
pentru fiecare procent de bitumse determinfisurarea din
temperatursczutpentrudurata de viaproiectat
pentru fiecare procent de bitum sedetermindeformaia permanenti fisurarea din obosealpentru
durata de viaproiectat
se determinprocentul optim debitum sau se reia proiectarea lui,
daceste necesar
pentru fiecare procent de bitum sedeterminfluajul din ntindere
indirectla 0, -10 i -20o
C i rezistenala ntindere indirectla -10oC(3 probe/procent de bitum x 3
procente = 9 probe
Tc= temperatura critic>Tef
Figura 2.11 Schema Nivelului 2 de proiectare a mixturilor asfaltice
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
57/140
CAPITOLUL 250
constant, forfecare simpl la nlime constant i rezisten la ntindere
indirect.
Estimarea fisurrilor din temperaturi sczute a mixturilor asfaltice(tabelul 2.13) se bazeazpe urmtoarele ncercri efectuate pe mixturi: fluaj
din ntindere indirectla 0oC, -10oC, -20oC, rezistendin ntindere indirectla
-10oC i reometrul cu grindncovoiatefectuat pe bitum.
Tabelul 2.13
ncercri pentrudeformaii permanente
ncercri pentru fisuraredin oboseal
ncercri pentru fisuraredin temperaturi sczute
Forfecare repetatpentruun raport constant aleforturilor (fluaj pe zona de
cedare), la Tc
Forfecare simpllanlime constant, la Tef
Fluaj din ntindereindirectla
0oC, -10oC, -20oC
Forfecare simpllanlime constant, la Tef
Analizde frecvenla Tef
Rezistena din ntindereindirectla -10oC
Analizde frecvenla Tef
Rezistena din ntindereindirectla Tef
Rigiditatea la ncovoiere(S) i panta (m) a
bitumului din reometru cugrinda ncovoiat
Temperatura efectiv (Tef) se calculeaz n funcie de temperaturile
existente n structura rutier. Temperatura efectiv pentru deformaii
permanente, Tef(def.per.) este temperatura care produce degradri de tip
ornieraj similare celor realizate in situ n decursul anului. Temperatura efectiv
pentru fisurarea din oboseal, Tef(obos.) este temperatura care produce o
degradare din obosealechivalentcelei realizat in situ n decursul anului.
Aceste doutemperaturi sunt calculate de programul Superpave n funcie detemperatura medie anuala aerului din zona n care se executdrumul, de
grosimea stratului i de fiabilitatea aleasde utilizator.
Se observ din tabelul 2.13 c fluajul pe zona de cedare este tratat
separat de Superpave, ca degradare din deformaii permanente. Zona de
cedare apare atunci cnd o mixturasfalticse compacteazla un volum de
goluri foarte sczut, mai mic cu aproximativ 2 - 3 %. n aceste condiii mixtura
va manifesta curgere plasticdupnumai cteva aplicri ale ncrcrii (figura2.12). ncercarea se realizeaz prin forfecare repetat (vezi tabelul 2.13), la
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
58/140
SISTEMUL SUPERPAVE 51
temperatura critic(Tc) care este calculatde programul Superpave n funcie
de Tef(def.per.) i numrul de rotaii proiectat, Npr.
log (deformaia plastic)
zona liniara
deformaiilor permanente zona de cedare
log(numr de aplicri ale ncrcrii)
Figura 2.12 Zona de cedare n cazul fluajului
Tabelul 2.14 prezint numrul de probe compactate la girocompactor
necesare a se realiza pentru efectuarea ncercrilor din tabelul 2.13.
Tabelul 2.14
Temperatura de ncercare (o
C)ncercri-20 -10 0
Tef(def.perm.)
Tef(obos.)
Forfecare repetatpentru unraport constant al eforturilor
(fluaj pe zona de cedare)- - - 2 (la Tc) -
Forfecare simplla nlimeconstant
- - - 2* 2*
Analizde frecvenla nlimeconstant
- - - 2* 2*
Rezistenla ntindere indirect
(viteza de ncrcare = 50mm/min)
- - - - 2
Fluaj din ntindere indirect 3* 3* 3* - -Rezistenla ntindere indirect
(viteza de ncrcare = 12.5mm/min)
- 3* - - -
* se realizeazpe aceleai probe
Nivelul 3 de proiectare a mixturilor asfaltice (pentru trafic mare),
prezentat n figura 2.13, este similar nivelului 2 de proiectare; se obin nsmaimulte rezultate care ajutla definirea comportrii mixturii asfaltice.
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
59/140
CAPITOLUL 252
nu este n regul
O.K.
se efectueazproiectarea
volumetric(Nivelul 1)
se aleg trei procente de bitum(proiectat, sczut i ridicat) ce conducla un volum de goluri n mixturde 3,
4, 6% la numrul de rotaii Npr
se confecioneazprobe compactate la7% volum de goluri pentru procentul de
bitum sczut, proiectat i ridicat(10 probe/procent de bitum x 3procente = 30 probe)
se confecioneaz2 probe cuprocentul ridicat de bitum i secompacteazla 3% volum degoluri la numrul de rotaii Npr
se determincomportarea la fluaj,pe zona de cedare din ncercarea la
forfecare repetatla un raport aleforturilor constant, la Tc
se confecioneazprobe compactate la 7% volum degoluri pentru procentul de bitum sczut, proiectat i ridicat
(9 probe/procent de bitum x 3 procente = 27 probe)
pentru fiecare procent de bitumse determinproprietile
materialului ce caracterizeazcomportarea la deformaiipermanente i fisurare din
oboseal:- forfecare simplla nlime
constant- analizde frecven- deformaie uniaxial
- ncercare hidrostaticla temperatura efectiv
(4 probe/procent de bitum x 3procente = 12 probe
pentru fiecare procent de bitum sedeterminrezistena la ntindere
indirectla -10, 4, 20oC(6 probe/procent de bitum x 3
procente = 18 probe
pentru fiecare procent de bitumse determinfisurarea din
temperatursczutpentrudurata de viaproiectat
pentru fiecare procent de bitum sedetermindeformaia permanenti fisurarea din obosealpentru
durata de viaproiectat
se determinprocentul optim debitum sau se reia proiectarea lui,
daceste necesar
pentru fiecare procent de bitum sedeterminfluajul i rezistena din
ntindere indirectla 0, -10 i -20o
C(9 probe/procent de bitum x 3procente = 27 probe
Tc= temperatura critic>Tef
Figura 2.13 Schema Nivelului 3 de proiectare a mixturilor asfaltice
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
60/140
SISTEMUL SUPERPAVE 53
Fade nivelul 2 de proiectare, n nivelul 3 de proiectare se realizeaz
n plus dou ncercri: ncercarea volumetric (hidrostatic) i ncercarea de
deformaie specific uniaxial, care caracterizeaz comportarea neliniarelastic a scheletului de agregate. Celelalte ncercri (forfecare simpl la
nlime constant, forfecare repetatpentru un raport constant al eforturilor,
fluaj din ntindere indirect, rezisten din ntindere indirect i analiz de
frecven la nlime constant) se realizeaz ntocmai ca n nivelul 2 de
proiectare.
Tabelele 2.15 i 2.16 prezint ncercrile i numrul de probe
compactate cu girocmpactorul necesare pentru realizarea nivelului 3.
Tabelul 2.15
ncercri pentrudeformaii permanente
ncercri pentru fisuraredin oboseal
ncercri pentru fisuraredin temperaturi sczute
Forfecare repetatpentruun raport constant al
eforturilorTef (def.perm.)
ncercare volumetric(4, 20, 40oC)
Deformaie uniaxial(4, 20, 40oC)
Forfecare simpllanlime constant
(4, 20, 40oC)Analizde frecven
(4, 20, 40oC)
Analizde frecven(4, 20, 40oC)
Rezistena din ntindereindirect
(50mm/min)(-10, 4, 20oC)
Fluaj din ntindere
indirect(0oC, -10oC, -20oC)
Rezistena din ntindereindirect
(12.5mm/min)(0oC, -10oC, -20oC)
ncercrile prezentate n tabelele 2.13 i 2.15 se efectueat n cazul
proiectrii de structuri rutiere noi. Atunci cnd se dorete proiectarea straturilor
de ranforsare, se execut numai ncercrile referitoare la comportarea la
deformaii permanente.
Toate aceste ncercri prezentate pentru nivelul 2 i 3 de proiectare al
mixturilor asfaltice se execut pe dou aparate dezvoltate de Superpave:
aparatul de forfecare Superpave (SST- Superpave Shear Tester) i aparatul
de ntindere indirect(IDT- Indirect Tensile Tester).
CARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
61/140
CAPITOLUL 254
Tabelul 2.16
Temperatura de ncercare (oC)
ncercri -20 -10 0 4 20 40 Tef(def.perm.)Forfecare repetatpentru
un raport constant aleforturilor (fluaj pe zona de
cedare)
- - - - - - 2
ncercare volumetric - - - 2a 2a 2a -Deformaie uniaxial - - - 2a 2a 2a -Forfecare simpllanlime constant
- - - 2b 2b 2b -
Analizde frecvenla
nlime constant - - - 2
b
2
b
2
b
-Rezistenla ntindere
indirect(viteza dencrcare = 50 mm/min)
- 2 - 2 2 - -
Fluaj din ntindere indirect 3c 3d 3e - - - -Rezistenla ntindere
indirect(viteza dencrcare = 12.5 mm/min)
3c 3d 3e - - - -
ase realizeazpe aceleai probe dse realizeazpe aceleai probebse realizeazpe aceleai probe ese realizeazpe aceleai probe
cse realizeazpe aceleai probe
Aparatul de forfecare Superpave (SST)
Pentru a defini comportarea la deformaii permanente i fisurare din
oboseal, programul Supepave are inclus un model de material care cuprinde
caracterizarea neliniar elastic, vscoelastici plastica mixturii.
Modulul rezilient (comportare elastic) depinde de starea de tensiuni din
material, n cazul comportrii elastice neliniare. Nelniaritatea n comportare
pentru o mixtur asfaltic, provine de la agregatele coninute n material.
Pentru a determina proprietile elastic neliniare i plastice, Superpave
consider ncercrile: volumetric (hidrostatic), deformaie uniaxial,
forfecare simplla nlime constant, analizde frecven, forfecare repetat
pentru un raport constant al eforturilor i forfecare repetat la nlime
constant.
PROIECTAREA MODERNA RETETEI MIXTURII ASFALTICE
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
62/140
SISTEMUL SUPERPAVE 55
ncercarea volumetric (hidrostatic) folosete fretarea (figura 214).
Este realizatla trei temperaturi (vezi tabelul 2.16) i la trei presiuni de fretare
(11= 22= 33): 830 kPa, 690 kPa, 550 kPa.
Presiunea de fretare crete peste aceste valori cu o vitezde 70 kPa/s.
crete efortul de fretare
fretare
Figura 2.14 ncercarea volumetric
Modificarea presiunii de fretare n funcie de timp, n decursul ncercrii
volumetrice la 20oC, este prezentatn figura 2.15.
0
690
0 10 20 30 40 50 60 70 80
timp, s
presiunea
de
fretare,
kP
a
70 kPa/s
10 s
30 s
25 kPa/s
Figura 2.15 Variaia presiunii de fretare n
ncercarea volumetric, T = 20oC
Se msoar:
11= 22= 33, presiunea de fretare, kPa
Po, perimetrul iniial al probei, mm
Pc, perimetrul probei sub fretare, mmCARMEN RCNEL
7/25/2019 Proiectarea Moderna a Retetei de Mixtura Asfaltica
63/140
CAPITOLUL 256
p= Po- Pc, mm
r, raza probei, mm
0= p/ 2r
ncercarea uniaxial folosete fretarea (figura 2.16). Se aplicprobei
un efort axial iar perimetrul su se modific. Se msoarpresiunea de fretare
necesarmeninerii diametrului probei constant. n funcie de temperatura la
care se executncercarea, se aplictrei eforturi axiale:
- 4oC - 655 kPa
- 20oC - 550 kPa
- 40oC - 345 kPa
se aplicun efort axial i un efort de fretare
pentru a menine perimetrul constant
efort axial
fretare
Figura 2.16 ncercarea de deformaie uniaxial
Presiunea de fretare (22 = 33) se aplic cu vitez constant. Proba se
deformeazdin cauza presiunii de fretare iar ncrcarea axial(11) crete pentru
a diminua acest efect i a menine perimetrul probei constant (figura 2.17).
Se nregistreazurmtoarele variabile:
11 ncrcarea axial variabil pentru meninerea perimetrului
constant, kPa