Referenti stiintifici:

Prof.univ.dr.ing.Paulica RAILEANU

Prof.univ.dr.ing.Nicolae Vladimir VLAD

Grafica si tehnoredactare computerizata:

Ing.Gabriela COCANDA

Ing.Claudiu COCANDA

Coperta:

Ing.Gabriela COCANDA

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

BOBOC, VASILE

Terasamente rutiere / Vasile Boboc, Horia Zarojanu

- Iai : Editura Societii Academice "Matei-

Teiu Botez", 2004

Bibliogr.

ISBN 973-7962-41-9

I. Zarojanu, Horia

625.7

PrefaPrezentul manual Terasamente rutiere - corespunde programei analitice a disciplinei de profil din cadrul planului de nvmnt al sectiei CFDP Facultatea de Construci siInstalatii Iai, asigurndu-se corelarea cu disciplinele de Geotehnic/Fundaii si Tehnologia lucrrilor de drumuri.

Capitolul 10 a fost inclus innd seama de rolurile ndeplinite, modul de alctuire i etapele de dimensionare care difereniaz stratul de form de straturile componente ale suprastructurii rutiere.

Manualul este util i specialitilor rutieri n activitatea de proiectare.

Autorii mulumesc domnilor prof.univ.dr.ing. Paulic Rileanu i prof.univ.dr.ing. Nicolae Vladimir Vlad pentru recenzarea lucrrii.

Autorii.CAPITOLUL 1:

PMNTURI PENTRU TERASAMENTE RUTIERE

1.1. GENERALITI

Prin terasamente rutiere se ineleg lucrrile de construcii, constnd din spturi i umpluturi de pmnt/agregate naturale, prin care se modific suprafaa terenului natural, pentru a permite executarea suprastructurii drumului, cu respectarea elementelor geometrice proiectate.

Terenul pe care se execut terasamentele este considerat teren de fundare, iar pmntul i agregatele naturale folosite sunt denumite materiale pentru terasamente. In continuare, att pentru pmnturi, ct i pentru agregatele naturale se va folosi denumirea generic de pmnturi.

Calitatea unui terasament este definit de stabilitatea si rezistena in timp, sub aciunea factorilor climatici i a traficului rutier.

1.2. Caracteristicile pmnturilor folosite n terasamentele rutiereLa elaborarea proiectelor i la execuia terasamentelor, rolul studiilor geotehnice este esenial, pentru a permite limitarea micrii terasamentelor i adoptarea, dup caz, a soluiilor de ameliorare a caracteristicilor fizico-mecanice ale pmnturilor.

Caracteristicile fizico-mecanice ale pmnturilor folosite la realizarea terasamentelor determin forma profilului transversal, sistemul de colectare i evacuare a apelor de suprafa/adncime, precum i alegerea utilajelor i a metodelor de execuie.

Pentru cunoaterea comportrii pmnturilor din terasamentele rutiere trebuie parcurse 3 etape i anume:

1. Identificarea geotehnic, care permite corelarea comportrii previzibile a pmntului studiat cu comportarea, general cunoscut, a unei categorii de pmnturi. Aceast etap se bazeaz pe clasificarea pmnturilor n funcie de anumite criterii.

2. Studiul caracteristicilor de stare: pentru fiecare categorie de pmnturi, parametrii de comportare sunt specifici i este necesar raportarea la valori de referin, n ceea ce privete modul de comportare n raport cu apa.

3. Evaluarea capacitii portante, prin ncercri convenionale.

1.2.1. Clasificarea pmnturilor din punct de vedere

geotehnic

Din punct de vedere geotehnic deosebim:

a. roci compacte, care pentru a putea fi utilizate necesit o prealabil dislocare; pot fi:

stncoase;

semistncoase.

b. roci dezagregate:

pmnturi necoezive (pietroase/nisipoase);

pmnturi coezive.

1.2.1.1. Clasificarea pmnturilor n funcie de

granulozitate

Granulozitatea reprezint repartiia procentual a particulelor de pmnt, dup mrimea lor. Fraciunile granulometrice ale pmnturilor sunt grupe de fragmente solide avnd dimensiunile cuprinse n intervale determinate. Denumirea fraciunilor i limitele intervalelor sunt prezentate n tabelul 1.1.

Granulozitatea unui pmnt trebuie cunoscut n urmtoarele scopuri:

clasificarea pmntului;

stabilirea gradului de sensibilitate la nghe;

adoptarea materialelor folosite ca filtru pentru protectia mpotriva eroziunii interne;

stabilizarea mecanic.Tabelul 1.1. Fraciunile granulometrice

Denumirea fraciunilorDimensiuni limit ale particulelor

n mm.

Argil< 0,005

Praf0,005 ... 0,05

Nisip0,05 ..... 2,00

Pietri2,00 ....20,00

Balast0,05 ....20,00

Bolovni20,00...200

Blocuri> 200

In funcie de fraciunile: argil, praf, nisip i de indicele de plasticitate Ip, normele romneti, pentru dimensionarea structurilor rutiere, clasific pmnturile ce se folosesc n terasamente, n 5 tipuri, conform tabelului 1.2.:

Tabelul 1.2. Tipurile de pmnt pe baza clasificrii pmnturilor

Categoria

Pmntu-luiTip

P-mntClasificarea

pmnturilor

conf. STAS 1243Ip%Compozitie granulometric

Argil

%Praf

%Nisip

%

necoeziveP1pietri cu

nisipsub 10cu/fr fraciuni sub

0,5 mm

P210 - 20cu fraciuni sub 0,5 mm

coeziveP3nisip prfos,

nisip argilos0 - 200 - 300 - 5035 -100

P4praf,praf nisipos, praf

argilos, praf

argilos-nisipos0 - 250 - 3035 1000 50

P5argil, argil

prfoas, argil nisipoas,

argil prfoas-

nisipoaspeste

1530 1000 - 700 - 70

1.2.1.2. Clasificarea pmnturilor funcie de valoarea

indicelui de grup ( Ig)

Indicele de grup exprim calitatea pmnturilor pentru terasamente, n funcie de granulozitatea i de plasticitatea acestora. Valoarea indicelui de grup ( Ig) este dat de relaia:

Ig = 0,2.a + 0,005.a.c. + 0,01.b.d. (1.1)

unde:

a= coeficient determinat cu relaia:

a= P74 ( 35

(1.2)

P74 = procentul de material care trece prin sita cu diametrul

ochiului de 74 (m:

( dac P74 este < 35, atunci a = 0;

( dac P74 este > 75, atunci a = 40.

b = coeficient determinat cu relaia:

b = P74 ( 15 (1.3)

( dac P74 este < 15, atunci b = 0;

( dac P74 este > 55, atunci b = 40.

c = coeficient determinat cu relaia:

c = WL ( 40 (1.4)

n care WL = limita superioar de plasticitate (%):

( dac WL este < 40, atunci c = 0;

( dac WL este > 60, atunci c = 20.

d = coeficient determinat cu relaia:

d = Ip ( 10 (1.5)

n care:

Ip = indicele de plasticitate ( % );

( dac Ip este < 10, atunci d = 0;

( dac Ip este > 30, atunci d = 20.

Indicele de grup asigur o clasificare global a pmnturilor, fr a fi necesare ncercri de laborator suplimentare celor curente (granulozitate, limite de plasticitate).

Valoarea indicelui de grup ( Ig ) se mai poate determina folosind diagramele din Fig.1.1.

Fig.1.1.

Din diagrama din Fig.1.1.a. se determin valoarea A corespunztoare valorilor P74 i WL, iar din diagrama din Fig.1.1.b. se determin valoarea B corespunztoare valorilor P74 i Ip.

Indicele de grup se obine cu relaia:

Ig = A + B (1.6)

Valoarea indicelui obinut din diagram se rotunjete la numrul ntreg cel mai apropiat.

Valoarea maxima a Ig este 20. In tabelul 1.3. se prezint categorisirea global a pmnturilor folosite la lucrri de terasamente rutiere.

Tabelul 1.3. Categorisirea pmnturilor pe baza valorii IgTipul pmntuluiIgCategorisire

Nisip fin, nisip0Ig=0...1, pmnt bun

Ig=2...4, pmnt acceptabil

Nisip prfos, nisip argilos

Balast prfos, balast argilos0...4

Pmnturi prfoase

8...12Ig=5...9, pmnt ru

Ig=10...20, pmnt foarte ru

Pmnturi argiloase16...20

Prin spare, pmntul se nfoiaz, porozitatea crete i greutatea volumic scade. Volumul rezultat prin spare (Vs) se obine cu relatia:

(1.7)unde:

V0 = volumul in sptur;

1/m = indicele de nfoiere (cnd se exprim n procente se numete coeficient de nfoiere).

Sub aciunea agenilor atmosferici i a greutii proprii, pmnturile se taseaz, reducndu-se porozitatea i crescnd greutatea volumic. Aceasta este o compactare natural, care se desfoar timp ndelungat, este neuniform i nu poate fi acceptat pentru un ritm normal de execuie al terasamentelor. Din aceast cauz se recurge la compactarea artificial a terasamentelor.

Intre gradul de compactare natural al pmntului i cel obinut dup tasare rmne, de regul, o diferen care poart numele de nfoiere remanent.

In tabelul 1.4 se prezint valorile informative pentru coeficientul de nfoiere iniial i remanent a diferitelor tipuri de pmnturi.

Tabelul 1.4. Coeficieni de nfoiere

Tip pmntCoeficient de nfoiere (%)

iniial (fi)remanent (ft)

nisip10 - 151 1,5

pietri15 201,5 2,0

argil30 - 356 7

marn35 407 8

roci compacte moi30 - 408 15

roci compacte tari40 6525 - 40

La rocile dezagregate valorile fi i (fi ft) sporesc o dat cu compactitatea i coninutul n fraciune argil. La rocile compacte tasarea este mai redus rezultnd rambleuri cu stabilitate mai mare.

De nfoierea remanent se ine seama la fixarea dimensiunilor iniiale ale rambleurilor.

1.2.1.3. Caracteristici fizico-mecanice ale pmnturilor

In cazul pmnturilor necoezive un element important al granulozitii, este reprezentat de procentul de particule fine sub 80 (m (f80). Dac aceast fraciune granulometric, f80, este sub 5 %, pmnturile necoezive sunt practic insensibile la ap, iar proprietile lor depind de urmtoarele caracteristici:

Coeficientul de neuniformitate:

Un = d60/d10 (1.8)

n care:

d60 i d10 sunt diametrele corespunztoare procentelor de 60 % i respectiv 10 % de pe curba granulometric.

d10 este denumit diametru eficace deoarece se consider c un pmnt, avnd numai particule egale cu acest diametru, are, din punct de vedere hidraulic, aceeai comportare ca pmntul real cu o granulozitate n care 10 % din volum are acelai diametru.

In funcie de valoarea coeficientului Un pmnturile se clasific conform tabelului 1.5.

Tabelul 1.5. Clasificarea pmnturilor necoezive

Pmnturi necoezive Un

- cu granulozitate foarte uniform < 5

- cu granulozitate uniform 5... 15

- cu granulozitate neuniform > 15

Pentru pmnturile cu Un 6, iar pentru pietri

Un > 4.

Pentru desfurarea circulaiei de antier, n bune condiii, se recomanda Un>8.

Coeficientul de curbur:

EMBED Equation.3 (1.9)

unde: d30 = diametrul granulelor corespunztor procentului de

30 % de pe curba granulometric;

Un pmnt bun pentru terasamente trebuie s aib CC= 1...3.

Gradul de ndesare (caracterizeaza pmnturile nisipoase):

(1.10)

unde:

e = indicele porilor n stare natural;

e =

(1.11)

Vp = volumul golurilor din pmnt;

Vs = volumul fazei solide din pmnt (scheletului);

emax= indicele porilor care corespunde volumului maxim de goluri (n starea de afnare maxim);

emin= indicele porilor care corespunde volumului minim de goluri (n starea de ndesare maxim).

Valoarea recomandat pentru pmnturi folosite n terasamente este ID ( 0,67.

Capacitatea de ndesare (Ci) exprim potenialul de tasare a nisipurilor:

(1.12)

Cu ct capacitatea de ndesare Ci va fi mai mic, cu att tasrile n exploatare vor fi mai reduse. Se recomand Ci 10 pot fi tratate cu var pentru reducerea plasticittii.

Intruct ntre granulozitate i IP nu este o coresponden univoc, IP depinznd i de activitatea de suprafa a mineralelor constituente, valorile indicate n standardul de profil au caracter orientativ. Se pot reine urmtoarele valori ale IP pentru caracterizarea argilozitii pmntului:

12 = limita superioar a pmnturilor slab argiloase;

25 = limita superioar a pmnturilor mediu argiloase;

40 = limita ntre pmnturile argiloase i foarte argiloase.

La orice pmnt folosit n terasamente rutiere trebuie cunoscut umiditatea i presiunea apei din pori. n terasamente, n marea majoritate a cazurilor, pmntul este nesaturat; presiunea apei din pori, fiind influenat de forele de interaciune dintre ap i scheletul solid, este mai mic dect presiunea atmosferic.

Suciunea reprezint deficitul de presiune n raport cu presiunea atmosferic, care apare n apa din materialele hidrofile nesaturate.

Fenomenele de interaciune sunt de natur capilar la pmnturi necoezive i de adsorbie la argile. Pentru tipuri de pmnturi intermediare suciunea este determinat de ambele fenomene menionate. Suciunea poate fi exprimat fie n cm coloan de ap, h, fie prin indicele sorbional, pF:

pF= log h

(1.14)

1.2.2.2. Echivalentul de nisip (EN)

Deoarece la determinarea limitelor Atterberg pot interveni diferene de ( 2, n cazul pmnturilor cu plasticitate redus (IP 1 0

Un pmnt care se folosete la realizarea terasamentelor trebuie s aib un IC de min.0,5, pe ct posibil, ( 0,75...1,00. Pentru IC 1,3, pmntul este prea uscat.

Dac compactarea este prea pronunat, coninutul de ap se poate reduce, ajungndu-se la limita de contracie; dup compactare pmntul revine la starea de echilibru prin umflare, ceea ce, din punctul de vedere al unui terasament rutier, este la fel de nociv ca i la o tasare ulterioar. Singura soluie de remediere este corectarea valorii indicelui de consisten.

1.2.2.5. Umiditatea optim de compactare

Umiditatea optima de compactare (Wopt Proctor normal; lucru mecanic de compactare: L = 0,6 J/cm3) variaz n limitele din tabelul 1.10. Abaterile admise sunt de 12 procente de umiditate, n cazul pmnturilor necoezive i de 34 procente de umiditate n cazul pmnturilor coezive.

Tabelul 1.10.

Denumirea pmntului

Conform STAS 1243Wopt, %

Pietri4...8

Nisip8...11

Nisip prfos11...14

Nisip argilos13...16

Praf nisipos11...16

Praf, praf argilos nisipos12...16

Praf argilos14...18

Argil prfoas nisipoas16...18

Argil nisipoas14...20

Argil prfoas16...22

Argil16...23

Argil gras20...25

1.2.2.6. Umflarea i contracia pmnturilor coezive

Pmnturile coezive fine, au capacitatea de a se umfla n contact cu apa, proprietate legat de caracterul hidrofil al mineralelor argiloase i de suprafaa lor specific foarte mare, n special de suprafaa intern (interfoliar). Aceast proprietate se apreciaz prin coeficientul de umflare liber, UL :

[ % ] (1.21)

unde:

Vi = volumul probei de pmnt la umiditatea de saturaie;

Vf = volumul probei de pmnt la limita de contracie.

Pentru folosire n terasamente rutiere, se consider bune pmnturile care au UL=0 i mediocre, pmnturile care au

UL< 40 %.

Pmnturile coezive umede au capacitatea de a-i micora volumul prin deshidratare, fenomen ce poart numele de contracie. Contracia este fenomenul invers umflrii i are loc n procesul de evaporare al apei i reducerii umiditii pn la limita de contracie (WS), proces pe parcursul cruia pmntul trece din starea plastic, n starea semisolid i apoi solid (Fig.1.6).

In general limita de contracie este mai mic dect limita de plasticitate, excepie fcnd pmnturile argiloase cu coninut bogat n nisip.

Contractilitatea unui pmnt este caracterizat prin criteriul de plasticitate (Cp) atunci cnd:

Ip CpCp = 0,73 x (WL 20)

(1.22)

Proprietile de umflare i contracie ale pmnturilor impun executarea lucrrilor de protejare a taluzurilor pentru asigurarea unui nivel constant al umiditii.

Fig.1.6. Curba de contracie umiditate

1.2.3. Evaluarea capacitii portante a terasamentelor

Rezistenele mecanice ale pmnturilor, utilizate n terasamentele rutiere, sunt cercetate din punctul de vedere al condiiilor n care apar/se manifest deformaiile (tasri/lunecri). In practic, deformaiile pmntului sub aciunea ncrcrilor se apreciaz pe baza unor parametri stabilii prin diferite metode convenionale.

Parametrii cei mai folosii sunt:

indicele de capacitate portant californian, C.B.R.;

coeficientul patului sau modulul de reacie k;

modulul de deformaie (Ed);

modulul de elasticitate static/dinamic (E).

1.2.3.1. Indicele de capacitate portant californian, CBR (Californian Bearing Ratio)

CBR exprim, n procente, raportul dintre presiunea care produce o anumit ptrundere n materialul studiat i, respectiv, ntr-un material etalon, reprezentat de o piatr spart mrunt (relaia 1.23):

(1.23)

unde:

p este presiunea, necesar materialului studiat, pe suprafaa de ncrcare, transmis printr-un poanson cu diametrul de 4,95 cm, care ptrunde cu o vitez constant v=1,27 mm/min, la adncimea de 2,54 mm, respectiv 5,08 mm, n pmntul studiat ( Fig.1.7.);

p0 este presiunea necesar materialului etalon avnd valorile:

p0= 70,2 daN/cm2, pentru ptrunderea de 2,54 mm;

p = 105,3 daN/cm2, pentru ptrunderea de 5,08 mm.

Fig.1.7.

Se reine, ca valoare CBR, cea mai mare valoare dintre urmtoarele:

(1.24)

(1.25)

Dac compactarea, la partea superioar a probei, nu este corespunztoare, n diagram apare o inflexiune a curbei pmntului studiat ( Fig.1.8). Aceast curb necesit o corecie, care se obine construind tangenta n punctul de inflexiune i prelungind-o pn la intersecia cu axa ordonatelor, care constituie originea pentru pmntul studiat (O).

Curba aferent presiunii p0, fiind curba etalon, nu este afectat.

Fig.1.8.

Proba de pmnt (=15,24 cm, h=18,00 cm), aflat ntr-o form cilindric/metalic, suport o suprasarcin (P=4.53 kgf) care modeleaz efectul presiunii datorat straturilor rutiere (Fig.1.9).

Fig.1.9.

ncercarea pentru determinarea CBR se poate efectua i n situ. Poansonul este aplicat direct asupra pmntului natural cruia i se asigur umiditatea necesar (umiditatea de exploatare prognozat). Pmntul este ncrcat prin intermediul unei plci perforate, care trebuie s aib o greutate comparabil cu a suprastructurii rutiere ce urmeaz a se realiza. Rezultatele ncercrilor prezint dispersii mai mari dect n cazul studiilor de laborator. ncercarea se justific atunci cnd pmntul este neomogen.

Limitele metodei CBR rezult din urmtoarele:

ncercarea se efectueaz doar asupra fraciunii pn la 20 mm; fraciunea mai mare se separ i se nlocuiete cu o cantitate egal din fraciunea 5...20 mm, ceea ce reprezint alterarea granulozitii;

rezultatele care se obin sunt dispersate, fiind necesare cel puin 5 probe pentru a obine o valoare semnificativ;

nisipurile i pmnturile nisipoase nu dau rezultate bune pentru c presiunea din suprasarcin aplicat probei n timpul poansonrii, este prea mic n condiiile absenei coeziunii;

n condiii reale are loc o poansonare, dar nu cu vitez constant, ci avnd o valoare superioar celei considerat n laborator;

deformaiile induse de ncercarea CBR sunt mult superioare celor produse de trafic;

zona de contact a pistoanelor cu proba de pmnt este foarte redus, comparativ cu zona de contact la trecerea autovehiculelor;

CBR nu poate fi corelat cu coeziunea pmntului, care constituie o caracteristic important a pmnturilor plastice.

Pentru stabilirea valorii CBR de calcul pe durata de exploatare, se recomand determinarea curbei CBR complet, care const n efectuarea att a ncercrii CBR, ct i a ncercrii Proctor, cu energii de compactare diferite (curbele 1, 2, 3) corespunznd la 55, 25 i respectiv, 10 lovituri de mai pe strat (Fig.1.10).

Diagrama din Fig.1.10.a. reprezint corelaia dintre valoarea CBR, umiditatea W i energia de compactare.

Diagrama din Fig.1.10.b. este de tip Proctor, pentru cele trei energii de compactare (= greutatea volumic a pmntului n stare uscat).

Diagrama din Fig.1.10.c. este denumit diagrama CBR complet i reprezint corelaia dintre CBR i pentru diverse umiditi W, exprimate n funcie de Wopt.

reprezint greutatea volumic maxim n stare uscat, care poate fi obinut pentru Wopt.

Cunoscndu-se valoarea realizat prin compactare i estimndu-se umiditatea W de exploatare (exprimat n raport cu valoarea Wopt) se obine, n ordonat, valoarea CBR de calcul.

ntruct, cu excepia materialelor care atest caracteristici de drenare corespunztoare, n celelalte cazuri curba CBR dup nghe-dezghe este de regul situat sub curba CBR dup saturare, se recomand luarea n considerare a valorii dup nghe-dezghe.

Imersarea probelor de pmnt se recomand timp de:

4 zile pentru pmnturi cu Ip < 5;

6 zile pentru pmnturi cu Ip > 5;

6 zile pentru regiuni n care media anual de precipitaii depete 600 mm.La ncercarea C.B.R., dup imersare, valoarea C.B.R. este n funcie de umiditatea la compactare (W) i anume:

cu ct W este mai redus, cu att CBR, dup imersare, are o valoare mai mic;

dac W sporete, reducerea valorii CBR, prin imersare, scade pn la anulare.

Conform fig. 1.10.a, curbele CBR, trasate pentru diferite energii de compactare, se intersecteaz, ceea ce conduce ca, la o umiditate mai mare dect cea corespunztoare punctului de intersecie, valorile CBR mai ridicate s se afle pe curba aferent unei energii de compactare mai reduse. Rezult c peste o anumit valoare a energiei de compactare CBR se reduce. De aceea trebuie reinut c energia Proctor modificat nu conduce ntotdeauna la caracteristici mecanice superioare celor obinute pe baza energiei Proctor normal. De exemplu, caracteristicile mecanice necesare n cazul pmnturilor fine pot fi obinute mai uor cu energia Proctor normal.

Uneori, Wopt pentru compactare (pentru obinerea valorii ) este mai mare dect Wopt, care corespunde valorii maxime a CBR. n aceast situaie, valoarea CBR obinut pentru Wopt pentru compactare poate fi substanial inferioar valorii CBR maxim.

Cele de mai sus justific efectuarea ncercrii CBR cu umiditate variabil a pmntului (curba CBR complet).

Fig.1.10.

n tabelul 1.11 (pct. 1.2.3.2) se prezint domeniile de variaie a valorilor CBR pentru unele tipuri de pmnturi clasificate conform Sistemului unificat.

Pentru limitarea numrului ncercrilor de laborator la determinarea valorii CBR, se recomand folosirea factorului de portan (F), dat de relaia:

(1.26)unde:

Ip i WL sunt determinai pentru mortarul argilos (m), reprezentat de fraciunea granulometric care trece prin sita cu ochiuri de 0,42 mm.

Valoarea maxim a Fm este de 20.

n funcie de proporia reprezentat de mortarul argilos (m), factorul de portan F al pmntului studiat se calculeaz cu relaiile:

pentru: m>75%,

(1.27)

pentru:75%>m>25%, (1.28)

pentru: m CBR.

n ambele cazuri portana este exprimat mai corect pe baza valorii F.

Sectoarele se consider omogene din punct de vedere al portanei patului drumului dac raportul:

(1.30)

nu difer cu mai mult de 10% fa de valoarea medie.

Indicele portant imediat (IPI)CBR determinat fr suprasarcin i fr imersare, pentru proba de pmnt avnd umiditatea natural i fiind compactat la energia Proctor normal, reprezint un parametru pentru caracterizarea strii de umiditate a pmntului folosit n umplutur (rambleu) deoarece reflect condiiile de circulaie create pentru utilajele de compactare.

IPI ne este necesar de determinat pentru pmntul aflat la umiditatea optim de compactare i nu este semnificativ pentru pmntul cu W < Wopt.

In fig.1.11. se prezint corelaia CBR-Ip-Ic (Diagrama Black) care poate fi folosit pentru studii preliminare.

Fig.1.11.

1.2.3.2. Coeficientul patului / modulul de reacie (k)

Coeficientul/modulul k se calculeaz cu relaia:

(daN/cm3) (1.31)

relaia fiind bazat pe ipoteza proporionalitii ntre:

presiunea (p) transmis de o plac rigid de diametrul D;

tasarea pmntului (t) care rezult.

De regul se consider D=75 cm, admindu-se c pentru D75 cm, valoarea coeficientului patului nu variaz cu D.

Se folosesc dou metodologii pentru determinarea valorii k i anume (Fig.1.12.):

Fig.1.12.

Metodologia Westergaard, (a coeficientului patului), care determin k pentru o tasare normat de 1,27 mm, valoare admis c se afl n domeniul deformaiilor elastice:

(daN/cm3) (1.32)

Metodologia francez (a modulului de reacie), care determin k pentru o presiune normat de 0,7 daN/cm2:

(daN/cm3) (1.33)

Dac ncercarea se efectueaz cu plac de diametru D4

CC=1..3

f7428

IP sub (A)*20...

302,8...5,5

Pietri argilos

Balast argilosf74>12IP peste (A)*20...

402,8...8,3

P3NisipCU>6

CC=1..3

f74WL>28

IP sub (A)*10...

202,8...5,5

Nisip argilosf74>12IP > (A)*5...202,8...5,5

P4Praff74>50WL50WL>50

IP sub (A)* 101,4...2,8

Praf argilosf74>50WL50IP 10 101,4...2,8

P5Argil, argil prfoas, argil nisipoas, argil prfoas-nisipoasf74>50WL 20

> 40

Praf, praf nisipos, praf

argilos, praf nisipos-

argilos.P4

Argil nisipoas i prfoas,argil prfoas-

nisipoas, argilP5

In cazul pmnturilor care nu respect toate condiiile din tabel, sensibilitatea la nghe este determinat de coninutul de fraciuni sub 0,002mm (f2).

2.3.1.5. Metoda Centrului de Cercetri Rutiere-Belgia

Metoda se bazeaz pe analiza critic a literaturii tehnice de profil i se poate folosi pentru studii prealabile i, n special, pentru evaluarea msurilor de protecie la nghe-dezghe.

Zonele granulometrice care corespund diverselor categorii de sensibilitate la nghe sunt prezentate n Fig.2.11.

Argilele i prafurile care au WL>50 sunt clasificate drept negelive.

Fig.2.11.

2.3.2. Metode directe

2.3.2.1. Metoda Laboratorului Central de Poduri i osele-Frana

Proba de pmnt este ncercat n regim termic staionar (se menine la suprafaa probei o temperatur negativ constant). Alimentarea cu ap este asigurat pe la baza probei.

In funcie de valoarea raportului (fig. 2.12) clasificarea gelivitii este prezentat n tabelul 2.13.

Fig.2.12.

Tabelul 2.13.

Clasa de sensibilitate la nghe

a pmntuluih/

insensibil

puin sensibil cu sensibilitatea mijlocie foarte sensibil foarte geliv0,05

0,20

0,40

0,80

>0,80

2.3.2.2. Metoda STAS 1709-90

Probele de pmnt sunt meninute timp de 7 zile n condiii care modeleaz situaia real: temperatur de -8oC la suprafaa probei, temperatur pozitiv i alimentare cu ap, la partea inferioar a probei.

Sensibilitatea la nghe se stabilete pe baza coeficientului de umflare la nghe (CU) i a indicelui de consisten (IC) dup dezghe (tabelul 2.14.).

( % ) (2.10)

unde:

(h = sporul de nlime a probei de pmnt datorit ngheului (cm);

z = adncimea de ptrundere a ngheului n proba de pmnt (cm).

Incercarea direct se aplic pentru pmnturi tip P3, precum i pentru celelalte tipuri de pmnturi, cnd criteriul granulometric nu conduce la rezultate concludente.

Tabelul 2.14.

Gradul de sensibilitate la

nghe a pmnturilorCoeficientul de

umflare, Cu (%)IC dup nghe

Insensibile sub 2 peste 0,75

Sensibile 2...8 0,50... 0,75

Foarte sensibile peste 8 sub 0,50

2.4. ADNCIMEA DE NGHE

2.4.1. Generaliti

Adncimea de nghe poate rezulta prin msurtori directe sau poate fi calculat. Staiile metereologice msoar temperatura pmntului omogen meninut n condiii naturale (cu protecia stratului de zpad).

In condiiile climatice din Romania, adncimile maxime anuale variaz ntre 0,60 i 1,10 m, cu excepia zonelor din delta i blile Dunrii i a celor aflate la altitudine mai mare de 1000 m, pentru care sunt necesare studii locale.

Adncimile reale de nghe au valori mai mici dect adncimea de ptrundere a izotermei de 0OC, pentru c apa din pmnt are un punct de nghe mai mic dect 0OC, datorit coninutului de sruri i presiunii la care se gsete.

In complexul rutier, deoarece att pmntul din pat, ct i materialele din straturile rutiere, sunt supuse procesului de compactare suplimentar, i modific proprietile termice (prin eliminarea parial a aerului) i adncimea de nghe are o valoare mai mare dect a pmntului natural.

Stabilirea adncimii de ptrundere a ngheului se poate face prin msurtori directe (cu termometre, termocuple, termistori, criometre bazate pe efectul creterii volumului apei n timpul ngheului, indicatoare bazate pe schimbarea culorii n timpul ngheului) sau se poate calcula.

2.4.2. Metode de calcul a adncimii de nghe

Metodele se bazeaz pe dou ipoteze de calcul:

a. gradient de temperatur constant ntre suprafaa terenului i baza zonei ngheate;

b. gradientul de temperatur real al zonei ngheate.

2.4.2.1. Formula Stefan

In ipoteza a, admitnd c aportul de calorii, datorat solidificrii apei, este mult mai mare dect al apei nengheate, se poate scrie ecuaia de continuitate:

(2.11)

Integrnd, rezult:

(2.12)

de unde:

(2.13)

unde:

, reprezint indicele de nghe. I se determin integrnd temperaturile negative la suprafaa terenului; se exprim n OC x zile (Fig.2.13);

h = adncimea de nghe;

k = conductibilitatea termic a mediului ngheat;

L = cldura latent volumic (cantitatea de cldur degajat n timpul ngheului din unitatea de volum de pmnt, cantitate care provine din ap);

TO = temperatura la suprafaa pmntului;

gradientul de temperatur constant;

cantitatea de cldur dat de nghearea apei pe nlimea dx.

Fig.2.13.

2.4.2.2. Formula Berggren

In ipoteza b, pentru calculul adncimii de nghe se folosete formula Berggren:

(2.14)

n care: ( este un coeficient de corecie care depinde de doi parametri:

(2.15)

(2.16)

n care:

c = cldura volumic a zonei ngheate, (reprezint cantitatea de cldur necesar pentru ridicarea, cu un grad, a temperaturii unitii de volum);

T1 = temperatura medie anual la suprafaa terenului.

Valoarea ( se obine din diagrama fig.2.14.

Relaiile Stefan (2.13) i Berggren (2.14) sunt valabile dac sunt ndeplinite simultan urmtoarele condiii:

temperatura trebuie considerat la suprafaa terenului i nu n aer;

zona ngheat trebuie s constitue un mediu omogen;

izotermele s fie plane n vecintatea zonei studiate.

2.4.2.3. Formula Berggren modificat

In cazul complexelor rutiere, condiiile menionate anterior nu sunt ndeplinite (datorit neomogenitii complexului rutier i efectului de ecran termic al depozitelor de zpad laterale cii). Formula Berggren modificat permite luarea n calcul a caracteristicilor diverselor straturi componente:

(2.17)

n care:

m = coeficient n funcie de unitatea de msur;

Fig.2.14

Multistratul reprezentat de complexul rutier se nlocuiete printr-un monostrat echivalent, la care raportul L/k este dat de relaia:

EMBED Equation.3

(2.18)n care:

h = h1 + h2 +... hn;

h1, h2,...hn-1 = grosimile primelor n-1 straturi ngheate;

hn = grosimea pe care se produce ngheul n stratul n.

Folosind formula Stefan sau Berggren se calculeaz o adncime de nghe iniial i prin iteraii succesive se obine, n final, valoarea h.

Pentru calculul parametrului ( (relaia 2.15) se folosesc valorile medii ponderate:

(2.19)

(2.20)

2.4.2.4. Calculul adncimii de nghe conform STAS 1709-90

Capacitatea de transmitere a cldurii, de ctre straturile rutiere, se stabilete prin coeficienii de echivalare - Ct specifici fiecrui material rutier.

Coeficienii Ct sunt subunitari pentru majoritatea materialelor rutiere. Valorile Ct 1,0 corespund pentru:

pmnt insensibil la nghe (servete ca element de referin) i nisip: Ct = 1,0:

agregate naturale stabilizate cu zgur granulat de furnal (Ct = 1,10) sau cu cenu de termocentral (Ct = 1,05).

In tabelul 2.15 se prezint valorile Ct pentru diverse materiale rutiere.

Tabelul 2.15Materialul din stratul rutierCt

Beton de ciment

Beton asfaltic (strat de uzur)

Beton asfaltic (strat de legtur)

Pavaje din piatr

Mixtur asfaltic (strat de baz)

Macadam, piatr spart

Agregate naturale stabilizate cu ciment

Balast/piatr spart, amestec optimal

Balast (n funcie de fraciunea 0...7,1 mm)0,45

0,50

0,60

0,55

0,50

0,75

0,65

0,70

0,80...0,90

Schema de calcul este prezentat n Fig.2.15.

Fig.2.15.

Succesiunea operaiilor este urmtoarea:

1. Se stabilete adncimea de ptrundere a ngheului (Z) n pmnt omogen, reprentat de pmntul de fundare:

(2.21)

unde:

A = parametru n funcie de tipul climatic (I...III), tipul pmntului (P2...P5) i condiiile hidrologice (favorabile/mediocre, defavorabile).

Se folosesc, conform tabelului 2.16., curbele din figura 2.15., obinndu-se valoarea Z cu o precizie de 2,5 cm.

Tabelul 2.16.

Tip climaticCondiii hidrologiceTipul de pmnt

P2P3P4P5

1)2)3)4)5)6)7)

Numrul curbei din diagram

Ifavorabile1234679

mediocre12347810

nefavorabile

IIfavorabile1234679

mediocre12357810

nefavorabile

IIIfavorabile1345679

mediocre13467810

nefavorabile

1)= Pietri cu nisip; 2)=Nisip prfos; 3)=Nisip argilos; 4)= Praf, praf nisipos, praf argilos, praf nisipos-argilos; 5)= Argil prfoas, argil nisipoas, argil prfoas-nisipoas; 6)= Argil; 7)= Argil gras.

I = indicele de nghe (0Cxzile). In funcie de tipul sistemului rutier i de clasa de trafic se consider (conform tabelului 2.17.):

Tabel 2.17.

Indicele de ngheTipul structurii rutiereClasa de trafic

rigidindiferent

supl/semirigidgreu/foarte greu

mediu...foarte uor

Fig.2.16.

= valoarea maxim a indicelui de nghe ntr-o perioad de 30 ani;

= media aritmetic a valorilor indicelui de nghe din cele mai aspre trei ierni dintr-o perioad de 30 ani;

= media aritmetic a valorilor indicelui de nghe din cele mai aspre cinci ierni din perioada de 30 ani.

Valorile I se determin pe baza izoliniilor din hrile aferente. Pentru zone de munte se adopt valorile I de la staiile meteorologice cele mai apropiate. In tabelul 2.18. se exemplific valorile I pentru unele staii meteorologice.

Tabelul 2.18

Localitatea

(0Cxzile)

Braov

Cmpulung Moldovenesc

Intorstura Buzului

Miercurea Ciuc

Iai700

741

786

1030

669629

720

717

944

649573

689

661

913

611

2. Se calculeaz grosimea echivalent (He) a structurii rutiere din punct de vedere al capacitii de transmitere a cldurii (He reprezint grosimea stratului de pmnt cu aceeai capacitate, de transmitere a cldurii, ca a straturilor componente ale structurii rutiere de grosime total ):

EMBED Equation.3

(2.22)

unde:

hi = grosimea stratului rutier i, n cm;

cti = coeficientul de echivalare al stratului i.

3. Se calculeaz sporul de adcime (Z) determinat de capacitatea sistemului rutier de transmitere a cldurii:

(2.23)

4. Adncimea de nghe n complexul rutier (ZCR) se obine cu relaia:

(2.24)

Verificarea rezistenei structurii rutiere la aciunea nghe-dezgheului

Verificarea rezistenei structurii rutiere la aciunea nghe-dezgheului este necesar n cazurile prezentate n Fig.2.17.

Structura rutier se consider rezistent la nghe-dezghe, dac gradul de asigurare la ptrunderea ngheului (k):

(2.25)

are cel puin valoarea normat n funcie de:

gradul de sensibilitate la nghe al pmntului;

tipul pmntului (P2...P5);

tipul climatic (I...III);

tipul structurii rutiere (supl, semirigid, rigid);

condiiile hidrologice, iar n cazul structurilor rutiere suple i n funcie de grosimea straturilor bituminoase -hSB (hSB sub 15 cm; egal sau mai mare de 15 cm).

Pentru structuri rutiere semirigide se ine seama att de alctuirea stratului din materiale stabilizate, ct i de etapa de execuie (drum nou sau modernizare drum existent i, respectiv, ntreinerea drumurilor existente).

Valorile k normate sunt prezentate n tabelul 2.19.

Tabelul 2.19.

Grad

Sensi-bilitate la ngheTip

pmntTip

cli-ma-ticTipul structurii rutiere

SuplSemirigidRigid

hSB

15cmstabilizare cu liani

Hidrau-liciPuzzola-nici

Gradul de asigurare la ptrunderea ngheului - k

SensibilP2,P3I,II,III0,400,450,35*)0,40**)0,45*)0,50**)0,25

Foarte sensibil

P3I,II,III0,450,500,40*)0,45**)0,50*)0,55**)0,30

P4I0,45

II0,55

III0,45

P5I0,50

II0,55

III0,45

*) la drumuri noi/modernizarea drumurilor existente.

**) la ntreinerea drumurilor existente.

Pentru condiii hidrologice favorabile, n cazul c (fig.2.17) valorile k se reduc cu 10%.

Pentru condiii hidrologice defavorabile, n cazurile f i g (fig.2.17) valorile k se sporesc cu 10%.

Dac gradul de asigurare la ptrunderea ngheului (k) are valori mai mici dect cele prezentate mai sus, se prevd msuri de prevenire i remediere a degradrilor din nghe-dezghe:

a) Msuri care acioneaz asupra factorului hidrologic, avnd drept scop realizarea unor condiii hidrologice favorabile ale complexului rutier:

executarea terasamentelor n rambleu, pentru ca N.A.S. s se afle sub adncimea critic i sub adncimea de nghe n complexul rutier;

coborrea N.A.S. prin drenuri de adncime;

prevederea lucrrilor de colectare/evacuare a apelor superficiale;

impermeabilizarea acostamentelor, anurilor, rigolelor;

interceptarea infiltraiilor de ap din amonte prin drenuri longitudinale, pe sectoarele de debleu sau profil mixt;

impermeabilizarea taluzului drumului n lungul unui curs de ap.

b) Msuri necesare cnd nu se poate aciona asupra condiiilor hidrologice, pentru realizarea gradului de asigurare k:

ngroarea stratului inferior de fundaie din balast sau prevederea unui strat anticapilar i drenant;

prevederea, la partea superioar a terasamentelor, a unui strat de form alctuit din materiale rezistente la nghe-dezghe;

prevederea, la partea inferioar a structurii rutiere, a unui strat termoizolant.

c) Msuri recomandate cnd se poate aciona eficient asupra factorilor determinani ai condiiilor hidrologice, dar criteriul h hcritic nu poate fi ndeplinit:

adoptarea unei structuri rutiere rigide sau semirigide;

prevederea unui strat de form din pmnt stabilizat cu var;

prevederea unui strat izolant din geotextile.

Gradul de sensibilitate al pmntului Condiii hidrologice

FavorabileMediocre si defavorabile

abcdefg

ZiNAS

NAS12 m;

rambleuri realizate din argil i argil gras, cu Ip>35, pentru orice nlime;

rambleuri situate pe sectoare supuse inundaiilor sau n zone n care apa stagneaz;

debleuri realizate din pmnturi obinuite, cu adncimea h>12 m;

debleuri n terenuri cu straturi alternante;

debleuri n condiii hidrologice defavorabile (zone umede cu infiltraii, zone cu bltiri);

terasamente executate pe terenuri cu panta mai mare de 1/3, pe terenuri instabile sau executate prin mijloace speciale ( hidromecanizare, cu explozivi etc.)

Elementele profilurilor transversale sunt: platforma, taluzurile, bermele, elementele de colectare i evacuare a apelor superficiale, treptele de nfrire, camerele (gropile) de mprumut i depozitele de pmnt. Limea platformei drumului se stabilete n funcie de clasa tehnic i relief, fiind cuprins ntre 26,0 m pentru autostrzi n regiuni de es i deal, pn la 5,0 m pentru drumuri comunale i vicinale, cu o singur band de circulaie (tabelul 3.1.).

Tabelul 3.1. Limile platformelor drumurilor n aliniamente

Clasa tehnicCategoria drumului din punct de vedere funcionalLimea platformeiObservaii

IAutostrzi (profil 2x2 benzi de circulaie)

26,00In regiuni de es i deal

23,50In regiuni de munte

IIDrumuri expres19,004 benzi de circulaie

Drumuri naionale europene (E)

Drumuri naionale europene17,00

Drumuri naionale principale

IIIDrumuri expres12,002 benzi de circulaie

Drumuri naionale europene

Drumuri naionale europene( 10,00*)

Drumuri naionale principale9,00

Drumuri naionale secundare

Drumuri judeene

IV, VDrumuri naionale secundare8,002 benzi de circulaie

Drumuri judeene**)

Drumuri comunale**)

Drumuri comunale**)7,00

Drumuri vicinale**)

Drumuri comunale5,00O band de circulaie

Drumuri vicinale

*) Se prevd i platforme de staionare, din loc n loc

**) Categorii de drumuri la care parapetele se pot amplasa i n cadrul limii acostamentelor

3.2. RAMBLEURI

Rambleurile sunt umpluturi executate pe suprafaa terenului natural fiind destinate susinerii suprastructurii cii.

Pmntul pentru umplutur este transportat din sectoarele n care se execut spturi sau din camere de mprumut, ceea ce asigur cunoaterea caracteristicilor geotehnice i, deci, posibilitatea selectrii pmntului folosit i luarea msurilor necesare unei execuii corespunztoare.

Rambleurile pot fi clasificate, n raport cu nlimea lor, n urmtoarele categorii:

rambleuri mici, cu nlimea pn la 2,0 m, executate, n general, cu pmntul extras din camere laterale de mprumut;

rambleuri nalte, cu nlimea ntre 2,0 i 1012 m, executate, de regul, cu pmnt adus din gropi de mprumut amplasate n afara zonei drumului;

rambleuri foarte nalte, cu nlimea mai mare de 1012 m, pentru care sunt necesare proiecte individuale.

Dac la execuie nu se poate asigura un grad corespunztor de compactare, trebuie s se prevad, de la nceput, o supralrgire i o supranlare a platformei, pentru a ine seama de tasrile ulterioare ce se vor produce (Fig.3.1.).

Supralrgirile (b i supranlrile (h, ale rambleurilor insuficient compactate, se stabilesc pe baz de valori experimentale i sunt n funcie de tipul pmntului:

pentru pmnturi argiloase (b(1,5(h;

pentru pmnturi nisipoase (b Wn4...68...10

W = Wn6...810...12

W < Wn8...1012...14

Pmnturi nisipoaseW > Wn2...33...5

W = Wn3...55...8

W < Wn5...88...10

Roci dure2...32...3

Roci alterate15...2015...20

3.2.1. Inlimea rambleurilor

La stabilirea nlimii rambleurilor se recomand urmtoarele dimensiuni minime pentru ca pmntul din patul drumului s nu fie influenat de umiditatea datorat apelor mari sau a celor provenite din ascensiune capilar:

n regiuni uscate, unde apele se scurg uor i unde nu exist posibilitatea ascensiunii apelor subterane prin capilaritate, i pmntul este permeabil, nlimea rambleului se poate reduce la 20...30 cm; de regul rambleurile cu nlime mai mic de 5060 cm se prevd cu anuri laterale pentru scurgerea apelor superficiale (fig. 3.2);

pentru drumuri de clas tehnic superioar se recomand nlimi de rambleu de minim 0,70...1,50 m, ceea ce asigur adaptarea traseului la denivelrile semnificative ale terenului i nu la cele locale; aceast soluie asigur i evacuarea apelor din corpul drumului;

n vecintatea lucrrilor de art i n zonele inundabile, cota platformei terasamentelor va depi cu minim 0,50 m cota apelor extraordinare (N.A.E.), sporit cu valoarea remuului i cu nlimea valurilor.

In figura 3.3, H are valori minime ntre 2,0 i 8,0 m n funcie de tipul pmntului.

Fig. 3.2.

n general se recomand, n funcie de durata de staionare a apelor (sub sau peste 20 zile), soluiile din fig. 3.3.a i respectiv, fig. 3.3.b. (pentru profiluri transversale de terasamente amplasate n albii majore).

Fig.3.3.

3.2.2. Inclinarea taluzurilor rambleurilor

Taluzurile rambleurilor aezate pe terenuri de fundaie cu capacitate portant corespunztoare, se prevd cu nclinare de 1:1,5 pn la nlimile maxime (msurate pe vertical) prezentate n tabelul 3.3.

Tabelul 3.3.

Natura materialelor din rambleunlimea maxim (m)

Argile prfoase i nisipoase 6,0

Nisipuri argiloase i prafuri argiloase 7,0

Nisipuri 8,0

Pietriuri sau balasturi 10,0

Pentru rambleuri cu nlimi mai mari dect cele din tabelul 3.3., dar pn la o nlime maxim de 12,0 m., nclinarea taluzurilor, pe nlimile menionate n tabel, socotite de la nivelul platformei, va fi de 1:1,5, iar pe restul nlimii pn la baza rambleului, nclinarea va fi de 1:2 (Fig.3.4.).

Fig.3.4.

Dac nlimea rambleurilor este mai mare de 12,0 m, nclinarea unic a taluzului se poate nlocui prin introducerea de berme (Fig.3.5.).

Fig.3.5.

Unele norme, ca de exemplu cele italiene, prevd realizarea unor berme de 0,75 m lime la nlimi de (5...10)m funcie de tipul pmntului, cu variaia nclinrii taluzului conform (Fig.3.6.).

Fig.3.6.

Dac nlimea rambleului este mai mare de 12,0 m, precum i pentru rambleurile situate n albii majore ale rurilor, bli (unde terenul de fundaie este alctuit din particule fine i foarte fine), nclinarea taluzurilor se determin pe baza unui calcul de stabilitate, cu asigurarea unui coeficient de stabilitate de 1,3...1,5 (n funcie de importana drumului).

Pentru calculul stabilitii este suficient folosirea metodelor bazate pe suprafee de rupere circular-cilindrice. Trebuie ns avut n vedere c pmntul din rambleu este remaniat i nu pot fi luate n considerare valorile caracteristicilor pmntului din groapa de mprumut sau debleul din care provine, deoarece acestea sunt determinate pe probe netulburate, care includ i coeziunea structural, care se pierde la operaiile de spare, aternere i cilindrare.

Taluzurile rambleurilor aezate pe terenuri de fundaie cu capacitate portant redus, vor avea nclinarea de 1:1,5 pn la nlimile maxime (hmax) pe vertical date n tabelul 3.4., n funcie de caracteristicile fizico-mecanice ale terenului de fundaie.

La rambleurile mai nalte dect cele prezentate n tabelul 3.4., nclinarea taluzurilor se determin pe baza unui calcul de stabilitate, cu un coeficient de stabilitate de 1,3...1,5 (n funcie de importana drumului).

La rambleurile de mic nlime, care se realizeaz prin deplasarea lateral a pmnturilor din camere de mprumut, taluzul se poate executa cu nclinarea de 1:3...1:5, pentru a ine seama de condiiile de lucru ale utilajelor specifice (screpere, buldozere). n general, sporul de volum de terasamente este compensat prin economia realizat prin execuia mecanizat i gradul de stabilitate obinut.

n cazul rambleurilor executate din blocuri de piatr, nclinarea taluzului este de 1:1,25...1:0,75, n funcie de mrimea, forma i modul de aezare al blocurilor.

Tabelul 3.4.

Panta tere-

nului

de

fun-

daie Caracteristicile terenului de fundaie

Unghiul de frecare intern ( n grade )

50 100 150

Coeziunea (KPa)

30 60 10 30 60 10 30 60 80

nlimea maxim a rambleului ( hmax ) (m)

0 3,0 4,0 3,0 5,0 6,0 4,0 6,0 8,010,0

1:10 2,0 3,0 2,0 4,0 5,0 3,0 5,0 6,0 7,0

1:5 1,0 2,0 1,0 2,0 3,0 2,0 3,0 4,0 5,0

1:3 - - - 1,0 2,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Unele norme tehnice prevd, pentru zone de es, nclinri de 1/4...1/6, ceea ce asigur:

creterea stabilitii terasamentului;

condiii pentru dezvoltarea vegetaiei pe taluzuri;

siguran sporit la ieirea accidental a vehiculelor de pe platforma drumului.

Racordarea cu terenul de fundare n soluiile:

pant lin, pe primul metru nlime de rambleu;

racordare cu arc de cerc cu raz n funcie de nclinarea

taluzului

contribuie n msur nsemnat la reducerea tensiunilor n terenul de fundare.

n fig. 3.7. se prezint soluii prevzute de normele tehnice germane, iar n fig. 3.8. prevederile normelor romneti pentru autostrzi.

Fig. 3.7

3.2.3. Modul de amenajare a bazei rambleurilor

Modul de amenajare depinde de nclinarea terenului natural i de caracteristicile pmntului de la baza rambleului. Dac nclinarea transversal este mic (pn la 1:5), pentru construirea rambleului este necesar ndeprtarea pmntului vegetal. Pentru rambleuri cu nlimea sub 1,0 m, stratul de pmnt vegetal se ndeprteaz pe o grosime de minim 20 cm.

Pentru rambleuri cu nlimea mai mic de 2,0 m, trebuie scoase i rdcinile arborilor. Pentru rambleuri cu nlime mai mare de 2,0 m, buturugile pot fi retezate de la cel mult 0,1 m de la suprafaa terenului.

Dac rambleurile se execut pe terenuri uscate, la care nu se manifest ascensiune capilar, scurgerea apelor superficiale este asigurat i panta terenului natural este mai mic de 1:10, stratul vegetal trebuie ndeprtat numai pentru nlimi de rambleu mai mici de 0,50 m.

Fig.3.8.

Pentru nclinri transversale ale terenului natural, cuprinse ntre 1:5 i 1:3, dup ndeprtarea stratului vegetal, se amenajeaz trepte de nfrire ( Fig.3.9.), care vor avea limea de cel puin 1,0 m i o nclinare de 24 % spre aval, pentru asigurarea scurgerii apelor.

In cazul terenurilor necoezive (pietriuri, nisipuri, balasturi), deoarece treptele de nfrire nu se menin, amenajarea terenului de la baza rambleului se va face prin scarificare, realizat, la limit, cu utilaje agricole.

Unele norme, ca de exemplu cele italiene, impun realizarea treptelor de nfrire pentru nclinri ale terenului natural mai mari de 12%. Treptele de nfrire se realizeaz practic perpendiculare pe direcia de cea mai mare pant, astfel rezultnd trepte de nfrire longitudinale, transversale sau chiar nclinate fa de axa drumului.

Fig.3.9.

Dac se execut trepte de nfrire n terenuri omogene folosind mijloace mecanizate, se justific adoptarea limii treptelor de nfrire n funcie de caracteristicile utilajului de lucru; de exemplu: limea unei trepte egal cu lungimea lamei buldozerului.

nclinarea treptelor de nfrire poate ajunge la 4...5 % i se poate da spre aval, atunci cnd exist pericolul infiltrrii apelor provenite din precipitaii, pn la nivelul treptei de nfrire. Dac pmntul folosit n rambleu are permeabilitate redus, sau cnd condiii de stratificaie o impun, se poate alege soluia cu trepte de nfrire n contrapant (spre amonte) n limitele a 4...5 %, obinndu-se mrirea stabilitii terasamentului. In acest caz trebuie folosite drenuri, la nivelul treptelor de nfrire, care s colecteze i s conduc apa infiltrat, n lungul terasamentului, fie evacund-o fie descrcnd-o ntr-un dren transversal.

Cnd nclinarea transversal a terenului natural este mai mare dect 1:3, nu sunt suficiente numai trepte de nfrire, ci trebuie luate i alte msuri suplimentare de protecie contra alunecrii, i anume:

lucrri cu caracter continuu (mpingerea pmntului se transmite la lucrare pe toat suprafaa de contact, deasupra planului de alunecare): ziduri de sprijin, perei mulai, perei din palplane, perei din coloane joantive, pmnt armat.

lucrri parial continue (suprafaa de contact dintre lucrare i teren este mai mic dect suprafaa prin care terenul din amonte de lucrare transmite presiunea n aval, ceea ce asigur numai descrcarea parial a terenului din amonte): ranfori la anumite distane, realizai din piloi, coloane /chesoane /barete i din elemente de continuizare de tipul fiilor sau bolilor;

lucrri discontinue (alctuite din ranfori izolai) se bazeaz pe efectul de bolt pentru descrcarea terenului din amonte.

n cazul nclinrilor mari ale versanilor i a platformelor de mare lime (drumuri de clas tehnic I i II) se poate recurge la platforme separate/ denivelate pentru fiecare cale, soluie care reduce substanial volumul de terasamente.

3.2.4. Gropi (camere) de mprumut laterale

Pmntul necesar executrii rambleului se poate extrage din gropi (camere) de mprumut.

Gropile de mprumut laterale drumului se amenajeaz i pentru asigurarea colectrii i evacurii apelor de pe rambleu.

Se pot amplasa pe o parte sau pe ambele pri ale drumului, ultima soluie evitnd dimensiuni prea mari pentru gropile de mprumut.

n regiuni de deal i de munte la stabilirea amplasamentului gropilor de mprumut trebuie s se in seama de asigurarea stabilitii versanilor.

In regiuni de es adncimea camerelor de mprumut se limiteaz la 1,0 m, datorit N.A.S. care, de regul, este apropiat de nivelul terenului natural. n toate cazurile gropile de mprumut laterale se prevd cu o form ct mai regulat, pentru asigurarea aspectului estetic al drumului. In zonele agricole, gropile de mprumut se amenajeaz pentru a putea fi redate circuitului agricol i de aceea pmntul vegetal extras se depoziteaz separat i se folosete ulterior pentru mbrcarea taluzurilor i fundului camerei de mprumut. Panta longitudinal a camerei de mprumut se recomand s fie aceeai cu a terenului natural, dar cel puin 0,2...0,3 % pentru evitarea nmolirii i cel mult 0,8 %, pentru evitarea erodrii pmntului de la fundul gropii. Atunci cnd aceast valoare este depit, camerele de mprumut se execut pe tronsoane, dnd fundului camerei panta maxim de 0,8 %, iar diferena se rectig prin trepte de 0,25...0,50 m nlime realizate din piatr sau beton i protejate prin pavare pe cte 2,03,0 m att n aval ct i n amonte (Fig.3.10.).

n fig. 3.11 sunt prezentate valori recomandate pentru nclinarea taluzului, limea banchetei i a gropii de mprumut, amplasamentul anului suplimentar.

Fig.3.10.

Fig.3.11.

n albiile majore ale rurilor, amplasarea gropilor de mprumut trebuie evitat; cnd amplasarea este necesar, se realizeaz groapa de mprumut n aval, asigurndu-se o banchet de cel puin 4 m lime. Dac n lungul terasamentului exist i un curent de ap, se prevd i pinteni de pmnt, la intervale de 50...70 m, avnd o lime de cca. 3 m i o lungime cu 1...2 m mai mic dect limea camerei de mprumut (Fig.3.12.).

Fig.3.12.

Pentru limitarea volumului obinut din camere de mprumut se poate folosi pmntul rezultat din deschiderea debleurilor (fig.3.25.) i din spturile necesare pentru asigurarea vizibilitii.

3.2.5. anuri de gard pentru rambleuri

anurile de gard se prevd n cazul amplasrii rambleurilor pe versani cu pant mai mare de 1:10 (Fig.3.13.) Gradul de asigurare a anului de gard este de cel puin 0,25 m. Dup caz se recurge la pereerea anurilor de gard, condiie obligatorie n cazul pmnturilor necoezive.

Fig.3.13

n fig. 3.14 se prezint cazul gropii de mprumut amplasat n amonte dar care, neasigurnd debitul de ap rezultat de pe versant, este completat cu un an de gard.

Fig. 3.14

n cazul amenajrii pmnturilor lessoide se recomand realizarea anurilor de gard prin udare i compactare i nu prin spare.

3.2.6. Inzpezirea drumurilor n rambleu

Rambleurile a cror nlime este mai mic de 0,60 m, cele pentru care nlimea lor este mai mic dect nlimea medie multianual a stratului de zpad (hz) i cele care au o nlime mai mare de 12,0 m (fig. 3.15) sunt nzpezibile.

Fig. 3.15

Pentru evitarea nzpezirii rambleurilor, se iau urmtoarele msuri:

linii de aprare realizate din panouri parazpezi confecionate din lemn, metal sau material plastic;

perdele de plantaii;

construcii speciale contra avalanelor (de exemplu semituneluri).

Ordinea n care trebuie luate msurile de prevenire este urmtoarea:

pentru rambleuri, cu nlimea mai mic de 0,60 m i respectiv hz;

rambleuri cu nlimea mai mare de 12 m;

Zonele cele mai expuse nzpezirilor sunt poriunile de drum n curb.

Rambleurile cu nlimea cuprins ntre 0,60 i 12,0 m nu sunt nzpezibile.

Recomandri privind execuia rambleurilor

Tipuri/caracteristici de pmnturi care nu pot fi folosite la umiditatea natural (w), sunt prezentate n tabelul 3.5.a, (Conform normelor tehnice franceze).

Reducerea umiditii naturale (w) este un proces de durat, de ordinul sptmnilor (a)/lunilor (b), necesitnd fie depozitare intermediar (provizorie) fie drenaj prealabil.

Tabelul 3.5.a

Tipul pmntu-luiCaracteristiciNecesar pentru folosire

f80

-%-f2-%-IamIPICENIPiw/wopt

Praf, loess, nisip fin 2,5 12 3 1,25reducere w (b)

2,5 6>12 25 0,9 2 1,3-

> 1,46 8>25 40 0,8 1 1,4-

> 1,3< 0,7-

Nisip slab argilos 12>70>0,2 35 41,25reducere w (a)

0,2>25 7 1,25reducere w (a)

12< 0,8 4 1,3reducere w

> 1,33

81,1

< 1,25N

>8

250,9

12 25> 0,9

1,05>P

51,1

1,05

1,2>5

150,9

1,2

1,40,7

6 8>25 40>0,8

1,0>1

31,2

1,0

1,15>3

100,9

1,15

1,30,7

70>0,2 35>4

81,1

< 1,25N

0,9

7

151,1

< 1,25N

0,9

12

300,9

12>0,8

1,0>4

101,1

1,0

1,2>10

250,9

1,2

1,30,7

1:5) i absenei treptelor de nfrire;

Fig.4.10.

alunecarea taluzului din aval datorit execuiei rambleului pe un strat de pmnt moale (de exemplu argil moale) situat, la rndul su, pe un strat de pmnt relativ rigid (de exemplu argil tare) (fig. 4.10)

Fig.4.11.

n fig. 4.12. se prezint o soluie de remediere a unei asemenea alunecri.

Fig.4.12.

deplasarea ntregului rambleu, executat pe un strat de pmnt necoeziv, deplasare datorat aciunii apei subterane

Fig.4.13.

alunecare datorat sporirii presiunii apei infiltrate n stratul permeabil (fig. 4.14).

Fig.4.14.

alunecare datorat aciunii curentului de ap prezent n lungul taluzului de rambleu (fig.4.15.a) inclusiv n cazul scderii brute a nivelului apei (fig. 4.15.b)

Fig.4.15.

Exemple de execuie defectuoas a rambleurilor (fig.4.16, 4.17, 4.19):

n profilul din fig. 4.16, umplutura s-a realizat n straturi nclinate i prin aternerea, n ordine greit, a pmnturilor (coezive, necoezive).

Fig.4.16.

Soluiile din figura fig.4.17 nu sunt admise ntruct, datorit permeabilitilor diferite ale pmnturilor folosite, este posibil stagnarea apei n corpul rambleului (a pmnturi permeabile, b pmnturi impermeabile).

Fig.4.17.n fig. 4.18 se prezint soluii recomandate pentru realizarea rambleurilor din pmnturi permeabile (a) ct i impermeabile (b).

Fig. 4.18

Dac pmntul permeabil este aezat deasupra unui strat mai puin permeabil/impermeabil, suprafaa acestuia din urm trebuie s fie convex, pentru a evita obinerea unei suprafee concave n timpul execuiei/exploatrii rambleului.

n fig. 4.19, pentru sporirea limii rambleului (dictat de exemplu de trecerea drumului la o clas tehnic superioar), nu s-au executat trepte de nfrire.

Fig. 4.19

n fig. 4.20 este prezentat ranforsarea unui rambleu prin armarea cu geosintetice, n variantele: (a) armare general, (b) armare sub taluz (soluie recomandat n cazul platformelor rutiere de mare lime, la drumuri de clasele tehnice I si II) i (c) armare la baz.

Fig. 4.20

4.5.3. Alunecarea taluzurilor de debleu

Alunecarea poate apare att la taluzurile nalte, ct i la cele limitate ca nlime.

Cauza principal a alunecrilor o constituie necorelarea pantei taluzului cu regimul hidrologic local. Intervalul de timp dintre realizarea unui debleu i stabilirea condiiilor hidrologice, care corespund alunecrii, este foarte variabil, de la cteva luni pn la civa ani (cazul cel mai frecvent).

Soluiile de prevenire/remediere a alunecrilor constau n:

nclinri mai line ale taluzurilor;

drenaje de diverse tipuri: mti drenante, tranee drenante, drenuri orizontale/ n sistem mixt.

n figurile 4.214.25 se exemplific alunecri de taluzuri de debleu i anume:

taluz cu nclinare prea mare (1:m > 1:n):

Fig. 4.21

infiltrarea apelor de suprafa prin anul de gard neprotejat (fig.4.22)

Fig. 4.22

amplasarea cavalierului fr respectarea distanei minime, fa de muchia taluzului debleului, n funcie de consistena pmntului (fig. 4.23)

Fig. 4.23

secionarea pnzei de ap subteran (fig. 2.24)

Fig. 4.24

secionarea unor straturi de pmnturi impermeabile (fig. 4.25.a) sau permeabile (fig. 4.25.b)

Fig. 4.25

Pentru asigurarea stabilitii taluzului de debleu se poate aciona asupra taluzului versantului aferent, prin aa numita soluie geometric (fig.4.26):

a excavarea la partea superioar a versantului;

b rectificarea/corecia nclinrii versantului;

c realizarea unei berme;

d ndeprtarea total a materialului pn la peretele de stnc;

e soluie intermediar, prin realizarea unei berme.

Fig. 4.26

4.6. EROZIUNI (splri i afuieri)

Se datoreaz aciunii apei i anume:

la splri se degradeaz suprafaa taluzului (fig. 4.27.(a));

la afuieri se erodeaz terenul de la baza taluzului (fig. 4.27.(b)).

Degradrile care rezult se constituie n zone de iniiere a suprafeelor de alunecare.

Fig. 4.27

4.7. STABILITATEA RAMBLEURILOR

4.7.1. Metode de calcul

Metodele de calcul pentru stabilitatea rambleurilor se bazeaz pe dou ipoteze:

Alunecarea se produce n acelai timp n lungul ntregii suprafee de alunecare.

Rezistena pmnturilor n momentul ruperii este aceeai n lungul ntregii suprafee de alunecare.

In realitate, alunecarea n pmnturi omogene se produce n mod treptat, ncepnd din apropierea piciorului taluzului, n punctul n care raportul (/( atinge o valoare critic (( - efortul unitar tangenial; ( - efortul unitar normal). Dac (ef > (adm, au loc alunecri locale, cu distrugerea legturilor dintre particulele de pmnt, iar ncrcarea, care revenea iniial acestei zone de pmnt, se transmite parial la zonele vecine, care sunt nc stabile.

Treptat, cedarea plastic se extinde i cuprinde o parte din viitoarea suprafa de alunecare, iar atunci cnd partea nc stabil a suprafeei nu mai poate prelua ncrcarea suplimentar, se produce ruperea casant.

Stabilitatea rambleurilor va fi asigurat numai dac n fiecare punct (adm nu este depit.

4.7.2. Influena factorilor climatici asupra comportrii n timp a pmnturilor din terasamente

Pierderea stabilitii unui rambleu se produce, n general, prin alunecare n terenul de baz, la adncimea de 4,0...6,0 m.

Alunecrile se produc, de regul, n perioada ploilor abundente, cnd umiditatea crete foarte mult, n zona de la piciorul taluzului i n terenul de fundare. n aceast zon apare, datorit alternanei uscare-umezire, o reea de fisuri, care favorizeaz circulaia apei, ceea ce conduce la reducerea rezistenei pmntului.

Prin creterea umiditii pmnturilor argiloase, coeziunea poate s se reduc foarte mult, datorit micorrii forelor moleculare (ca urmare a sporirii grosimii peliculelor de ap n jurul particulelor de pmnt).

Corelaia coeziune umiditate este acceptat conform relaiei Maslov:

(4.1)

Fenomenele reologice la pmnturi se concretizeaz prin:

curgerea lent a pmnturilor n timp;

reducerea rezistenelor n timp, datorit deformrii pmnturilor.

n cazul pmnturilor coezive, sub aciunea ncrcrilor de lung durat, rezistena pmnturilor se reduce cu att mai mult cu ct ncrcrile acioneaz timp mai ndelungat.

Variaia rezistenei n timp se datoreaz dependenei intensitii legturilor, dintre particulele argiloase, att de distana dintre particule ct i de poziia lor relativ.

n procesul de deformare, unele legturi dintre particule se rup n timp ce apar legturi noi. Pentru refacerea legturilor ar fi necesar meninerea argilei n aceeai stare de deformaie; creterea continu a deformaiei conduce la scderea treptat a rezistenei pmntului.

Legturile dintre particule se mpart n:

legturi casante, care determin deformaiile elastice i care se rup la o anumit limit a deformaiilor;

legturi vscoase, care confer argilei proprieti de curgere.In funcie de efortul unitar tangeial ((), deformaiile de curgere pot fi:

amortizate, dac viteza final de deformare este nul;

neamortizate, cnd viteza de deformare este fie constant fie chiar cresctoare n timp.

n general se admite c eforturile de tiere care nu depesc 30% din rezistena la tiere a pmnturilor, asigur comportarea corespunztoare de lung durat.

4.8. STABILITATEA DEBLEURILOR

4.8.1. In cazul pmnturilor necoezive (c=0), coeficientul de siguran (n) este dat de relaia:

(4.2)

unde:

= unghiul de frecare intern;

= unghiul taluzului cu orizontala.

4.8.2. In cazul pmnturilor coezive, coeficientul de siguran (n) este dat de relaia:

(4.3)

unde:

EMBED Equation.3

(4.4)

= unghiul de frecare intern;

c = coeziunea;

= efortul unitar normal.

Succesiunea operaiilor:

Pentru diferite adncimi, h1...hn, crora le corespund eforturile unitare normale 1...n se determin valorile 1...n;

Se adopt valoarea coeficientului de siguran ni, dup caz o valoare unic sau valori distincte pentru straturile i;

Se calculeaz unghiul i necesar pentru fiecare strat i:

(4.5)

Dei are un caracter convenional prin alegerea arbitrar a adncimilor hi, metoda a fost suficient verificat n practic.

4.9. PROIECTAREA I PROTECIA ANTISEISMIC A TERASAMENTELOR

4.9.1. Cutremurele de pmnt pot afecta integritatea terasamentelor rutiere, datorit caracterului dezordonat/violent al micrii scoarei terestre, manifestat prin variaia rapid, n timp, a direciei i intensitii micrii.

Caietele de sarcini pentru terasamente rutiere n zone seismice de grad 79 trebuie s se refere la proiectarea geometric, materialele folosite, tehnologiile de execuie, consolidarea, dup caz, a terenului de fundaie.

4.9.2. Degradri ale terasamentelor rutiere produse de seisme

4.9.2.1. Amploarea i gravitatea degradrilor sunt n funcie de:

intensitatea cutremurului (parametru calitativ, pentru caracterizarea violenei unei micri seismice, prin comparaia cu efectele descrise de o scar de referin normalizat); nlimea rambleurilor/adncimea debleurilor;

nclinarea taluzurilor ranbleurilor/debleurilor;

caracteristicile pmntului din terasament;

caracteristicile terenului de fundaie:

n zonele de depuneri aluvionare neconsolidate, structura afnat a pmntului contribuie la amplificarea micrilor seismice;

pmnturile nisipoase fine, cu umiditi mari sau pmnturile coezive (nisipuri prfoase, nisipuri argiloase, nisipuri prfoase-argiloase), sensibile la vibraii, pot ajunge n stare de semilichefiere n timpul unui seism (prin sporirea presiunii interstiiale i reducerea rezistenei la frecare).

4.9.2.2. Incepnd cu seisme de grad de intensitate 7 se pot nregistra:

deteriorarea zonelor de racordare a terasamentelor cu lucrrile de art (podee, poduri);

degradri sau chiar cedri ale zidurilor de sprijin (n special a celor realizate din zidrie uscat);

alunecri la suprafaa taluzurilor; fisuri longitudinale n apropierea crestei taluzului de rambleu;

tasri inegale ale rambleurilor datorit neomogenitii/ caracteristicilor materialelor folosite (n primul rand a gradului de compactare);

alunecri/prbuiri ale rambleurilor datorate cedrii terenului de fundaie;

pierderea stabilitii taluzurilor datorit pantelor prea mari; trebuie inut seama de dificultatea asigurrii gradului de compactare, n apropierea taluzurilor rambleurilor;

deformaii/crpturi/alunecri locale n zonele adiacente drumurilor.

4.9.2.3. Msuri de protecie antiseismic a terasamentelor rutiere:

Evitarea, la alegerea traseului, a zonelor care prezint risc de alunecare (ebulmente active sau stabilizate temporar etc);

Proiectarea profilurilor transversale prin:

limitarea nlimii rambleurilor/adncimii debleurilor la 15 m n zone seismice de grad 8 i la 12 m n zone seismice de grad 9; condiia devine obligatorie n cazul terenurilor de fundaie cu grad de compactare limitat;

prevederea de banchete/contrabanchete de 1,503,00 m lime la fiecare 5,06,0 m nlime/adncime de taluz;

diminuarea pantelor taluzurilor de rambleu/debleu i racordarea pantelor successive/la nivelul terenului natural;

n tabelul 4.1 sunt prezentate pantele maxime admise la rambleuri/debleuri mai mari de 4 m nlime/adncime, pentru gradele seismice 79, comparativ cu cazul curent, reprezentat de pante de taluz n zone seismice pn la gradul 6;

n tabelul 4.2 sunt prezentate pantele maxime admise la taluzurile sferturilor de con ale lucrrilor de art;

evitarea profilurilor transversale mixte; trecerea de la debleu la rambleu reprezint zona critic;

protejarea taluzurilor, cel puin prin brazde/nierbare;

trepte de nfrire pentru nclinri ale terenului natural mai mari de 12%, orientate normal pe linia de cea mai mare pant a terenului natural; asigurarea evacurii apelor de infiltraie;

la o nclinare a versantului de 1:21:1, terasamentul trebuie nlocuit prin lucrare de art n lungul drumului;

asigurarea rezistenei terenului de fundaie (prin drenaje, consolidare, nlocuire cu material granular etc.);

prevederea lucrrilor de sprijinire pentru pante mai mari de 1:3 ale terenului natural, cu asigurarea colectrii/evacurii apei din terasament.

Referitor la materialele folosite in rambleuri:

folosirea, pe ct posibil, a materialelor granulare cu granulozitate care s asigure un grad de compactare ridicat;

evitarea umpluturilor din pmnturi nisipoase, n special a nisipurilor fine;

o msur cu character general este asanarea zonei prin reele de drenuri.

Tabelul 4.1.

Gradul de intensitate seismicPanta taluzului

61:1,251:1,501:2,001:2,50

791:1,501:1,751:2,251:2,50

Tabelul 4.2.

Gradul de intensitate seismicPanta taluzului

61:1,251:1,501:1,75

791:1,501:1,751:2,00

4.9.4. Intensitatea aciunii seismice (S) se calculeaz cu relaia (4.6.):

(4.6)

unde:

( = coeficient de reducere a efectelor aciunilor seismice (( = 0,30);

G = fora gravitaional a masivului de pmnt considerat;

kS= coeficient seismic corespunztor gradului de protecie antiseismic conform tabelului 4.3.

Tabel 4.3.

Gradul de protecie

seismic77,588,59

Valoarea coeficientului KS0,120,160,200,260,32

Pentru terasament amplasat pe teren nclinat fora seismic se consider c acioneaz n plan orizontal, pe direcia transversal cii.

Cnd terasamentul este amplasat pe un teren orizontal, se consider c fora seismic acioneaz n plan vertical.

La verificarea stabilitii terasamentelor pe suprafee (plane curbe preexistente) forele seismice se consider aplicate n centrele de greutate ale volumelor elementare de pmnt.

La verificarea stabilitii taluzurilor, atunci cnd se iau n considerare i aciunile seismice, considerndu-se c direcia orizontal este cea mai defavorabil, rezultanta se determin cu relaia:

(4.7)

n care:

S = fora seismic;

G = greutatea masivului de pmnt.

Unghiul de nclinare, al forei F, cu verticala, se calculeaz cu relaia:

(4.8)

In locul forelor gravitaionale G, n calcul se introduce rezultanta F, determinat cu relaia (4.7), care acioneaz dup o direcie nclinat cu unghiul ( fa de vertical. Coeficientul minim de stabilitate se adopt de 1,10...1,15.

n studiile efectuate pentru autostrada Nord Sud (TEM) se admite, pentru o perioad de revenire de 200 ani urmtoarea clasificare, pentru posibilitatea ca viitoarele cutremure s produc instabilitatea mediului geotehnic.

Tabelul 4.4.

Ks < 0,15Posibilitate redus de a produce instabilitate

Ks = 0,150.30Exist posibilitate de a produce instabilitate

Ks > 0,30Posibilitate ridicat de a produce instabilitate

Pentru zonarea geotehnic, n cadrul TEM au fost propuse urmtoarele criterii (tabelul 4.5.);

Tabelul 4.5.Zone n care, n general, nu exist condiii din punct de vedere geotehnic pentru degradri n urma cutremurelor de pmnt. Eventualele degradri au caracter limitat.Mediul geotehnic este alctuit din roci sedimentare vechi (n etapa de litificaie transformare n roci coerente/compactarea sedimentelor fie prin simpla legtur fizic fie printr-un liant chimic) i roci stncoase.

Zone n care, n general, exist asemenea condiii.

Sunt posibile: prbuiri/alunecri de roci stncoase i alunecri n cazul rocilor sedimentare.Mediul geotehnic este alctuit din roci sedimentare vechi i roci stncoase, dar cu frecvente suprafee fisurate i roci de mic rezisten.

Zone n care, n general, exist asemenea condiii.

Sunt posibile: alunecri de teren, instabilitatea taluzurilor, densificri, semilichefieri, etc.Mediul geotehnic este alctuit din sedimente recente.

CAPITOLUL 5

COLECTAREA I EVACUAREA

APELOR DE SUPRAFA

5.1. GENERALITI

Zona drumului, mpreun cu terasamentele i celelalte construcii aferente, sunt expuse aciunii permanente a apelor de suprafa. Pentru protejarea terasamentelor este necesar ca apele s fie colectate la o anumit distan de terasamente i evacuate n depresiuni sau n albiile cursurilor de ap.

Pentru colectarea apelor de suprafa se execut anuri sau rigole laterale, anuri de gard, rigole de acostament, casiuri, canale de evacuare, bazine de evaporare, puuri absorbante i, eventual, se folosesc camerele de mprumut laterale.

Pentru ca elementele de colectare-evacuare a apelor de suprafa s funcioneze corespunztor trebuie ndeplinite urmtoarele condiii:

a. nclinarea fundului anului/rigolei (panta longitudinal) trebuie s fie ct mai mare, dar fr a depi viteza de antrenare (v), definit ca viteza peste care ncepe erodarea pmntului. Viteza de antrenare se poate estima cu relaia:

(5.1)

unde:

k = coeficient care depinde de tipul pmntului (tabelul 5.1.):

Q = debitul apei (m3);

R = raza hidraulic a seciunii anului (m).

Tabelul 5.1

Tipul pmntuluiK

Nisipuri mijlocii0,45

Nisipuri prfoase0,53

Pmnturi prfoase0,620,68

Argile0,750,85

Pentru anuri i rigole neprotejate panta maxim admis (pentru regim de scurgere nepermanent), precum i viteza admis sunt prezentate n tabelul 5.2. Tabelul 5.2.

Tipul pmntuluiViteza medie admisibil

m/sPanta (%) de la care ncepe

erodarea

I.Pmnturi cu maximum 10% piatr

1.nisip prfos, nisip argilos, praf nisipos, praf argilos

2.idem (pct. 1) compacte

3.argile nisipoase/ prfoase

4. pmnturi argiloase0,20,6

0,51,0

1,01,4

1,41,81-2

2-3

3-4

3-4

IIPmnturi cu 1050 % piatr:

5.nisip prfos, nisip argilos, praf nisipos, praf argilos

6.idem (pct. 5) compacte

7.argile nisipoase

8. pmnturi argiloase0,40,75

0,751,4

1,41,8

1,82,22-3

3-4

3-4

4-5

IIIPmnturi cu peste 50% piatr

9. pietri/piatr spart 240 mm

10 pietri/piatr spart 4060 mm

11. pietri/piatr spart 60120 mm

12. bolovani 100250 mm

13. blocuri peste 250 mm1,2

2,0

2,5

3,0

4,03

4

5

5

5

IVTerenuri stncoase:

14. stnc slab

15. stnc tare5,0

10,0-

-

Pentru anuri i rigole protejate/consolidate, pantele maxime admise sunt prezentate n tabelul 5.3, iar vitezele medii admisibile n tabelul 5.4.

Tabelul 5.3.

Nr. crt.Felul protejrii

Panta max.

admis (%)

1Pereu uscat din piatr brut negeliv, rostuit5

2Pereu din dale de beton simplu C6/7,5(Bc7,5), pe pat de nisip de maximum 5,0 cm grosime10

3Pereu zidit din piatr brut negeliv cu mortar de ciment sau pereu din dale de beton simplu C12/15(Bc15) pe pat de beton clasa C4/5(Bc5)15

4Casiuri pe taluzuri nalte, din pereu zidit de piatr brut cu mortar de ciment pe pat de beton clasa C4/5(Bc5)67

Pantele maxime admise se consider pentru regim de scurgere nepermanent.

Tabelul 5.4.Nr. crt.Tipul de consolidareViteze medii admisibile (m/s) pentru adncime an de (m)

0,40,60,81,0

1Brazde simple1,751,902,002,102,20

2Brazde suprapuse2,152,352,502,602,80

3Pereu simplu din piatr brut2,502,702,853,003,25

4Pereu dublu din piatr brut3,103,253,503,704,00

5Anrocamente 1620 cm2,352,602,702,853,00

6Anrocamente din bolovani mari2,502,702,853,003,25

7Pereu din piatr slab, cu mortar de ciment5,005,405,806,006,50

8Pereu din piatr tare, cu mortar de ciment10,011,012,014,018,0

9Pereu din dale de beton simplu C 6,0/7,5(Bc7,5)6,607,307,608,008,50

10Pereu din dale de beton simplu C 8/10(Bc10)7,408,158,509,009,50

b. Pentru evitarea mpotmolirii, viteza apei prin an/rigol trebuie s depeasc viteza de sedimentare, care se determin cu relaiile:

(5.2)

(5.3)

n care:

a, a1 = coeficieni care depind de mrimea particulelor care

se sedimenteaz (tabelul 5.5);

h = nlimea apei n an/rigol (m);

R = raza hidraulic (m).

Tabelul 5.5.

Natura depuneriloraa1

Nisip mlos mare0,600,710,650,77

Nisip mlos mijlociu0,540,570,580,64

Nisip mlos mrunt0,390,410,410,45

Nisip foarte fin0,340,370,370,41

Experimental a rezultat c viteza de sedimentare variaz n funcie de natura particulelor de pmnt n suspensie, i anume:

vs < 0,25 m/s pentru particule argiloase;

vs < 0,40,5 m/s pentru particule nisipoase.

c. Dac viteza maxim admisibil este depit se recurge la protecia sau consolidarea pereilor i fundului anului/rigolei, folosind brzduiri simple/suprapuse, pereuri din piatr brut (simple/duble) i din dale de beton. n aceste cazuri, vitezele medii admisibile sunt cu att mai mari cu ct adncimea anului este mai mare.

d. Panta minim a fundului anului/rigolei, atunci cnd acesta nu este protejat, se prevede de 0,5 %, excepional 0,2...0,3 %, iar atunci cnd este protejat va fi de 0,2...0,3 %, excepional 0,1 %. Ori de cte ori este posibil, panta anului se recomand s fie egal cu panta drumului (pentru evitarea sporirii seciunii anului, n lungul drumului).

e. Trecerea de la pante mari la pante mai reduse trebuie s se fac treptat prin valori intermediare ale pantei.

f. Trecerea de la o lime a fundului anului b1 la o lime mai mare b2 (Fig.5.1.) se realizeaz treptat conform relaiei:

(5.4)

Fig.5.1.

g. La schimbri de direcie trebuie s se asigure racordarea cu o raz r, dat de relaiile:

(5.5)

(5.6)

unde:

B = limea medie la partea superioar a anului (m);

v = viteza apei (m/s);

S = suprafaa udat (m2);

R = raza hidraulic (m);

n condiii egale se recomand ca fundul anului s fie ct mai ngust iar nlimea anului s fie ct mai mare.

5.2. CONSTRUCII ANEXE

Construciile anexe pentru colectarea i evacuarea apelor de suprafa sunt:

5.2.1. Rigole i anuri la marginea platformei

Se prevd pe poriunile de drum n debleu, n profil mixt, la nivelul terenului, precum i pentru rambleuri mici (h ( 0,50 m). Dimensiunile i forma rigolelor i anurilor se stabilesc n funcie de relief, debitul i viteza apei, natura terenului, mijloacele de execuie i condiiile de circulaie.

Din motive de siguran mpotriva accidentelor de circulaie, evacuarea apelor n afara zonei drumului se recomand a se face cu ajutorul rigolelor i, numai dac acestea nu pot ndeprta ntregul debit de ap colectat, s se recurg la anuri de form trapezoidal.

Prin rigol se nelege un canal deschis, cu seciune triunghiular sau albiat, cu nlime redus i necarosabil.

Prin an se nelege un canal deschis cu seciune trapezoidal, necarosabil.

5.2.1.1. Rigole la marginea platformei (rigole laterale)

Rigolele pot fi:

cu seciune neprotejat (Fig.5.2.):

Fig.5.2.

cu seciune parial pavat (pe fundul anului)(Fig.5.3.):

Fig.5.3.

cu seciune integral pavat: cu pereu (Fig.5.4) sau cu plci prefabricate din beton simplu;

Fig.5.4.

rigol cu seciune betonat situat la marginea platformei ( Fig.5.5 );

Fig.5.5.

rigol situat n interiorul acostamentului ( Fig.5.6.)

Fig.5.6.

Soluiile din fig. 5.5 i 5.6 sunt dictate de existena, n apropierea cii, a unor construcii sau a unui versant stncos.

La drumuri de mare vitez, dac adncimea rigolei este relativ mare, pentru sigurana circulaiei se recomand nclinri ale taluzului conform fig. 5.7, variantele (a) i (b).

Fig.5.7.

5.2.1.2. anuri la marginea platformei (anuri laterale)

anurile laterale pot fi:

cu seciune neprotejat (Fig.5.8.):

Fig.5.8.

cu seciune parial pavat (pe fundul anului) (Fig.5.9.):

Fig.5.9.

cu seciune integral pavat ( Fig.5.10.a.) sau cu plci prefabricate (Fig.5.10.b.):

Fig.5.10.a.

Fig.5.10.b.

5.2.1.3. anuri ranforsate

anurile ranforsate (fig 5.11) se execut n tronsoane de 3,010,0 m lungime i n funcie de regimul apelor subterane se prevd drenuri n spatele peretelui spre versant.

Fig. 5.11

La drumuri de mare vitez, dac adncimea anului este relativ mare, pentru sigurana circulaiei se recomand nclinri ale taluzurilor conform fig. 5.12., variantele (a) i (b).

Fig. 5.12

La drumuri de culme, anurile laterale (a) se pot evita prin lucrri terasiere (b).

Fig. 5.13

5.2.2. Rigole de acostament

Se folosesc pentru interceptarea apelor meteorice czute pe platforma drumurilor, la rambleuri mari evitndu-se degradarea taluzurilor. Rigolele se execut pe acostamentul din interiorul curbelor convertite sau supranlate (pentru hrambleu ( 3,0 m) i n aliniament (pentru hrambleu ( 5,0 m).( Fig.5.14.). Rigola poate fi pavat cu plci prefabricate din beton simplu.

Rigolele de acostament se descarc pe taluzuri prin casiuri, realizate din prefabricate de beton C12/15 (Bc15).

anul de la baza rambleului, n care se descarc casiurile, este, de regul, de tip consolidat.

Fig.5.14.

5.2.3. Canale de evacuare

Se execut pentru a reduce numrul de podee. Apa din depresiunile mai mici, pe care le nchid terasamentele drumurilor, poate fi evacuat, spre depresiuni apropiate, prin canale de evacuare. Lungimea acestor canale se recomand s nu depeasc 500 m, panta nu trebuie s coboare sub 0,5...0,7 %, iar traseul trebuie ales, pe ct posibil n aliniament, (Fig.5.15.).

La schimbri de direcie se folosesc racordri cu arce de cerc cu raze cuprinse ntre 10 i 12 m; limea la fund va fi mai mare de 0,40 m, iar nlimea minim va fi de 0,50 m.

Fig.5.15.

5.2.4. Alte tipuri de amenajri

Dac panta anului depete valoarea de 4...5 %, consolidrile de tip obinuit nu mai corespund i se recurge la amenajri speciale cum ar fi: praguri, cascade i canale de fug.

5.2.4.1. Pragurile

Pragurile se realizeaz din trepte avnd 810 cm nlime, care amelioreaz panta fundului anului. Deoarece, la trecerea peste praguri, apa se desprinde de fundul anului, att n amonte, ct i n aval, se asigur pereerea pe 0,81,0 m lungime (Fig.5.16.).

Fig.5.16.

5.2.4.2. Cascade i canale de fug

Dac pe sectoarele pe care urmeaz s se execute anuri sau canale de evacuare, rezult pante foarte mari, pentru care nu se pot prevedea consolidri obinuite, se amenajeaz tronsoane cu pante admisibile (de lungimi limitate), iar cderile de nivel se concentreaz n unul sau mai multe seciuni ale anului. In aceste seciuni se prevd cascade (Fig.5.17.) sau canale de fug (la care apa este n contact permanent cu fundul canalului) (Fig.5.18.).

Fig.5.17.

Fig.5.18.

nlimea de cdere, la cascadele anurilor este de 0,500,60 m, iar distana dintre trepte se calculeaz cu relaia (5.7) (Fig.5.19.):

(5.7)

unde: it = panta terenului;

i0 = panta fundului anului;

h = nlimea treptei.

Fig.5.19.

Dac pe un anumit sector se execut n trepte, iar diferena de nivel total este H, folosind schema din Fig.5.19. rezult:

(5.8)

a = d.i0

Numrul de trepte n se obine cu relaia:

(5.9)

unde h ( 0,500,60 m.

La capetele cascadelor i a canalelor de fug sunt necesare disipatoare de energie, pentru amortizarea ocului produs de apa n cdere.

De obicei acestea se realizeaz din saltele de ap i praguri.

Elementele constructive ale unei cascade sunt prezentate n (Fig.5.20.):

Fig.5.20.

Cascadele se prevd cu lime constant a fundului (Fig.5.21.a.), sau cu lime variabil (Fig.5.21.b.): (1) radier de intrare, (2) perete cascad, (3) radier de ieire.

Fig.5.21.

Profilul longitudinal al anului cu cascade, trebuie s se nscrie ct mai bine n configuraia terenului, pentru a evita lucrri mari de spturi i pentru a evita umpluturile.

Canalele de fug au de regul seciune dreptunghiular i sunt alctuite dintr-un canal nclinat, cu pante mari i dintr-un bazin de amortizare. Canalele de fug necesit un volum mai redus de sptur deoarece se nscriu mult mai bine n terenul natural.

Cascadele i canalele de fug se execut din zidrie de piatr brut sau beton.

5.2.5. Bazine sau rezervoare de evaporare

n regiunile de es unde nu este posibil descrcarea apelor din anuri n depresiuni naturale, evacuarea apelor superficiale se poate realiza n bazine sau rezervoare de evaporare (Fig. 5.22).

Fig.5.22.

Condiiile climatice necesare pentru ca soluia s fie posibil, corespund condiiilor favorabile unei evaporri accentuate: precipitaii limitate, temperatur medie anual ridicat i vnturi puternice.

n regiuni cu climat umed i pmnturi impermeabile soluia ar favoriza saturarea pmnturilor.

Bazinele de evaporare sunt excavaii nconjurate de diguri de pmnt. Ca elemente caracteristice se pot meniona:

adncimea bazinului: < 1,5 m (excepional < 2,0 m);

capacitatea unui bazin: ( 200300 mc;

nivelul apei n bazin: ( 0,60 m sub cota marginii platformei drumului.

Calculul bazinelor de evaporare, din punct de vedere al capacitii, se poate face n dou ipoteze:

uscare complet ntre dou averse de ploaie;

se ine seama de acumularea anual de ap, prevznd ca la sfritul verii bazinul s fie uscat.

Capacitatea de evaporare se determin cu relaia (5.10):

(5.10)

unde:

e =capacitatea de evaporare (mm/lun);

d =deficitul de umiditate al aerului (mm coloan de mercur);

(5.11)

i = presiunea maxim a vaporilor de ap la temperatura medie lunar (mm);

w = umiditatea medie lunar (mm);

v = viteza vntului (m/s);

= coeficient n funcie de nlimea (H), deasupra terenului, la care se msoar viteza vntului(v) tabelul 5.6.

Valorile i i w se obin de la staiunile meteorologice.

Tabelul 5.6.

nlimea H

- m -0,31,09,0

0,430,270,14

Suprafaa necesar a bazinului/rezervorului de evaporare (S) se poate stabili cu relaia (5.12):

(m2)

(5.12)

unde:

F = suprafaa bazinului de recepie pentru un singur bazin/rezervor de evaporare (m2);

a = cantitatea de precipitaii atmosferice n timpul sezonului de var cel mai ploios, din cadrul mai multor ani (mm);

h = nlimea bazinului/rezervorului (m);

= coeficient de scurgere, n funcie de tipul/caracteristicile suprafeei de scurgere pn la bazin/rezervor; = 0,30,5.

5.3. DEBITUL DE CALCUL

anurile se proiecteaz pe tronsoane cu lungimi cuprinse ntre 100 i 250 m. Tronsoanele sunt delimitate totodat de punctele n care debitul prezint o variaie brusc.

Pentru calculul anului trebuie stabilit debitul necesar de asigurat i debitul capabil.

Debitul necesar (debitul de calcul), ntr-o anumit seciune a anului, se deduce din debitul total, proporional cu suprafaa de colectare (Fig. 5.23).

Fig. 5.23

(5.13)

unde: St suprafaa total a bazinului de recepie;

Qt debitul total;

QA debitul n seciunea A a anului

5.3.1. Calculul debitului necesar

Se cunosc mai multe metode de calcul i anume.

5.3.1.1. Metoda Vedenisov

Metoda se bazeaz pe o formul semiempiric pentru calculul debitului maxim (Q):

(m3/s)

(5.14)

unde:

c = factor de relief: c=10 pentru relief de es; c=20 pentru rel