Fig. 1 - Sistem rutier si complex rutier: a) repartizarea incarcarilor prin sistemul rutier; b) componentele complexului rutier

Lucrarile de executie ale straturilor rutiere si de amenajare a acostamentelor sunt denumite lucrari de suprastructura.

Aplicarea straturilor rutiere pe partea carosabila, in vederea consolidarii acesteia, presupune, in prealabil, pregatirea patului caii prin care se urmareste, in principal, amenajarea inclinarilor transversale si amenajarea acostamentelor.

În cazul drumurilor forestiere cu doua benzi de circulatie, forma uzuala a patului caii este cea clasica (fig.2), in care, dupa realizarea inclinarilor transversale aratate, acostamentele sunt aplicate, prin inaltarea lor concomitent cu straturile ce se aplica.

Fig. 2 - Forma clasica a patului caii: a) cuveta sapata; b) acostamente aplicate

În cazul drumurilor cu o singura banda de circulatie, formele constructive uzuale ale patului caii se prezinta in fig. 3.

Fig. 3 - Formele constructive uzuale ale patului caii in cazul drumurilor forestiere cu o singura banda de circulatie

Ele se preteaza bine unei executii mecanizate si au urmatoarea aplicabilitate:

- profilul cu doua pante de 3-5% (fig.3a) este indicat in cazul unor sisteme rutiere formate din mai multe straturi, incadrate de acostamente, precum si in cazul unor sisteme rutiere reduse, neincastrate (fara acostamente). Înclinarea transversala a patului corespunde inclinarii transversale a imbracamintii drumului, astfel ca sistemul rutier are o grosime uniforma pe toata latimea partii carosabile sau a platformei;

- profilul cu doua pante de 8-10% (fig.3b) este recomandat in cazul unor sisteme rutiere de grosime mica, eventual alcatuite numai dintr-un singur strat cand, prin forma sa constructiva,contribuie la obtinerea unui spor de grosime (de circa 7 cm) a sistemului rutier in cele doua zone de rulare a rotilor; inclinarea transversala a imbracamintii fiind de 3-5%, stratul rutier de fundatie nu are o grosime uniforma pe toata latimea partii carosabile. Executia acostamentelor este obligatorie;

- profilul cu panta unica (fig.3c) este propriu curbelor convertite sau suprainaltate, precum si unor drumuri de versant, amplasate in zone accidentate, cand, pentru siguranta circulatiei, inclinarea se da spre versant chiar si in aliniamente; acostamentele se executa sau nu, in functie de tipul si grosimea sistemului rutier.

Acostamentele drumurilor forestiere, atunci cand se executa (sisteme rutiere incastrate), sunt aplicate si se realizeaza din materiale drenante (eventual aceleasi care sunt folosite si la partea carosabila), aceasta pentru a evita executia drenurilor de acostament. Daca acostamentele se executa din pamant, atunci executarea drenurilor de acostament este obligatorie.

2.Clasificarea si alcatuirea sistemelor rutiere

În principiu, se disting doua categorii de sisteme rutiere:

- sisteme rutiere nerigide (suple), alcatuite din materiale granulare, cu sau fara lianti bituminosi (fig.4);

- sisteme rutier rigide, in alcatuirea carora intra cel putin un strat de beton de ciment (fig.5).

   

Fig. 4 - Sistem rutier nerigid Fig. 5 - Sistem rutier rigid

În practica executiei drumurilor forestiere se folosesc, pe scara larga, sistemele rutiere nerigide, adaptate, ca alcatuire, conditiilor traficului rutier forestier. Sistemele rutiere rigide se folosesc numai in cazuri deosebite (drumuri forestiere ce deservesc si alte sectoare de economice sau in conditiile unui trafic intens si greu si in conditii climatice neprielnice(umiditate ridicata).

▲Sistemele rutiere nerigide pot prelua sarcini verticale, dar nu pot prelua eforturi de incovoiere. Eforturile unitare, exceptand sarcina geologica, scad cu adancimea, astfel ca straturile rutiere sunt solicitate in mod diferit, ceea ce permite ca la consolidarea partii carosabile sa se poata folosi materiale granulare diferite, a caror calitate sa descreasca cu adancimea.

Succesiunea si grosimea straturilor, ce intra in alcatuirea unui sistem rutier nerigid, trebuie sa asigure o asemenea scadere a presiunilor unitare incat acestea, la nivelul patului caii, sa fie mai mici decat capacitatea portanta a pamantului din patul caii (principiu folosit la dimensionarea sistemelor rutiere nerigide). În plus fiecare strat rutier sa reziste la eforturile care il solicita.

În cazul drumurilor forestiere, sistemele rutiere nerigide nu cuprind toate straturile din figura 4.; de asemenea se poate intampla sa nu existe o delimitare exacta intre unele straturi.

În mod obisnuit, sistemele rutiere nerigide cu care se consolideaza partea carosabila a drumurilor forestiere au 1-3 straturi rutiere, in functie de intensitatea traficului, calitatea materialelor pietroase folosite si natura pamantului din patul caii (fig.6).

Fig. 6 - Alcatuirea sistemelor rutiere nerigide folosite pe drumuri forestiere

De cele mai multe ori straturile rutiere ale sistemului nerigid se executa din materiale pietroase de diferite calitati si sorturi; pietrele din stratul superior sunt mai rezistente si de dimensiuni mai mici, iar cele din stratul de fundatie sunt mai putin rezistente si de dimensiuni mai mari.

Îmbracamintea reprezinta stratul rutier care preia direct actiunile tangentiale si le transmite pe cele verticale provocate de circulatia vehiculelor si care, in acelasi timp, protejeaza sistemul rutier impotriva actiunii agentilor atmosferici.

În cazul consolidarii partii carosabile printr-un singur strat, acesta trebuie sa serveasca atat ca strat portant - cat si de uzura. În cazul unor sisteme rutiere nerigide, de tip modern, imbracamintea se executa din doua straturi - unul de uzura si celalalt de legatura.

Îmbracamintea drumurilor forestiere se executa din materiale granulare de calitate superioara (materiale pietroase concasate, monogranulare sau poligranulare, ori balast optimal). În cazul drumurilor forestiere modernizate, imbracamintea se executa din materiale granulare aglomerate cu lianti bituminosi (tratament superficial, covor asfaltic).

Materialele granulare folosite in stratul de imbracaminte trebuie sa fie de calitate superioara. Balastul va corespunde regulii granulometrice a lui Talbot (n =0,3/0,4), va avea un indice de plasticitate de 8 . 15% si nu va contine elemente cu dimensiuni mai mari de 70mm. Piatra sparta poligranulara va fi de sortul 0/70 mm. Nu se vor folosi materiale pietroase ovalizate (bolovani, pietrisuri), deoarece nu se inclesteaza prin cilindrare si sunt lipsite si de coeziune.

Fundatia primeste presiunile transmise de stratul de imbracaminte (eventual prin intermediul unui strat de baza in cazul drumurilor cu imbracaminti moderne), le reduce si mai mult si le repartizeaza direct patului caii sau substratului de fundatie, in limitele admise. Ea trebuie sa fie capabila de a reduce sarcinile fara sa se deformeze, degradeze sau strivi.

Se executa din materiale locale concasate sau neconcasate (balast, piatra sparta poligranulara, piatra sparta mare, piatra bruta). În zonele lipsite de materiale pietroase se poate recurge la fundatii din pamant stabilizat, executate sub forma de asize, ale caror calitati (dozaje) descresc de sus in jos.

Balastul folosit in stratul de fundatie va avea o granulometrie corespunzatoare regulii lui Talbot (n =0,4 . 0,6), iar pentru sporirea portantei se recomanda sa i se adauge piatra sparta, in proportie de 30 . 40%. Nu se admit elemente pietroase cu dimensiuni mai mari de 70mm. Grosimea stratului de fundatie din balast va fi de cel mult 30 cm.

Piatra sparta poligranulara, rezulta din concasarea pietrei brute, va fi de sortul 0/90mm (eventual 0/120mm in cazul rocilor slabe).

Piatra sparta mare este de tip monogranular, corespunzator sorturilor 63/90 in cazul rocilor dure si 70/100 ori 80/125 in cazul rocilor slabe (gresii, calcare). În vederea asternerii imbracamintii, stratul de piatra sparta mare se acopera cu un strat de nisip grauntos sau savura.

Piatra bruta provine din derocarile de pe teren sau din cariere (rezultata direct in urma exploziilor) si este un amestec de pietre de diferite dimensiuni, dimensiunea maxima fiind limitata la 150mm sau cel mult 200mm.

Asizele de pamant stabilizat se obtin prin stabilizarea mecanica a pamantului de la partea superioara a terasamentelor si sau prin stabilizare cu lianti. Grosimea unei asize este de 10-15cm.

Pe portiunile unde platforma drumului este sapata in stanca ori rambleurile sunt executate din materiale drenante, cu capacitate portanta corespunzatoare, stratul de fundatie poate lipsi, partea carosabila amenajandu-se numai prin asternerea peste platforma a unui strat de egalizare din piatra sparta (poligranulara sau monogranulara, in functie de tipul de imbracaminte adoptat, pe restul traseului), in grosime de 8 . 10 cm dupa cilindrare.

Substratul de fundatie, care se interpune intre patul caii si stratul de fundatie atunci cand conditiile locale sunt neprielnice (terasamente umede sau argiloase), indeplineste urmatoarele functiuni:

- opreste ascensiunea capilara in cazul existentei unei panze de apa subterana (rol anticapilar);

- impiedica patrunderea de jos in sus a partilor fine prafos-argiloase si a substantelor organice din patul caii in stratul de fundatie (rol izolator si anticontaminator);

- impiedica patrunderea inghetului la nivelul pamantului din patul caii (rol antigel);

- dreneaza, colecteaza si indeparteaza apele meteorice ce se infiltreaza in sistemul rutier, incat sa nu stagneze la nivelul patului (rol drenant);

- repartizeaza mai uniform presiunile pe patul caii si netezeste denivelarile acestuia (rol de omogenizare).

Substratul de fundatie poate lipsi in cazul cand fundatia este realizata din balast cu continut ridicat de nisip.

Uneori, in terenurile umede, mlastinoase, cu terasamente plastice, substratul de fundatie se aseaza pe un strat de forma, alcatuit din materiale putin sensibile la apa sau obtinut prin tratarea stratului superior al terasamentelor cu un liant eficace; el constituie doar o imbunatatire a capacitatii portante a terasamentelor.

În cazul drumurilor forestiere, foarte frecvent stratul de forma se obtine prin asternerea peste terasamente a unui strat de prundis. Acesta contribuie la sporirea capacitatii portante a terasamentelor (creste modulul de deformatie de la nivelul patului caii), dar nu se ia in considerare, ca strat rutier, la dimensionarea sistemului rutier.

Pe tronsoanele umede din regiunile lipsite de materiale pietroase, drumurile provizorii si cele secundare se pot construi, in situatii justificate economic, pe un pat de fascine.

▲ Sistemele rutiere rigide pot prelua eforturi de incovoiere si, in consecinta, repartizeaza sarcinile pe suprafete mult mai mari, conducand la presiuni unitare mici.

Sunt alcatuite, in principiu, din dale de beton de ciment, despartite prin rosturi, care formeaza imbracamintea si o fundatie din balast, ori nisip de 15-30 cm grosime, sau o fundatie de materiale stabilizate cu ciment, in grosime de 10 . 15 cm.

Daca presiunile ce se inregistreaza la nivelul patului caii nu sunt periculoase, fiind mici, in schimb flexiunile la care este supusa dala de beton pot fi periculoase si o dala insuficient de groasa se poate rupe (prevenirea acestui lucru reprezinta si principiul care sta la baza dimensionarii dalelor).

▲Ca linie generala, in constructia drumurilor forestiere, din considerente economice, se urmareste folosirea cat mai larga a materialelor locale (piatra sparta provenite din derocari de pe traseu, balast, pietris, prundis etc.). Lipsa materialelor locale, intr-o anumita zona, determina, de cele mai multe ori, modificarea conceptiei clasice care sta la baza alcatuirii sistemelor rutiere de pe drumurile forestiere si, implicit, modificarea procesului tehnologic de exceptie.

În marea lor majoritate drumurile forestiere sunt drumuri impietruite. Aceasta preferinta a tehnicii rutiere forestiere pentru impietruiri se justifica prin urmatoarele:

- trafic intermitent si redus;

- declivitati mari;

- posibilitatea valorificarii materialelor locale specifice, precum piatra bruta, piatra sparta, bolovani, balast etc., ale caror caracteristici sunt, in general, cunoscute de constructorii forestiere;

- dotarea, firmelor specializate in constructii forestiere, in general, cu utilaje specifice tehnologiei de executie a impietruirilor (autogredere, cilindri compresori, concasoare etc.) si mai putin cu tipurile de utilaje necesare executarii unor imbracaminti moderne;

- existenta, in acest domeniu, a unei traditii si a unei experiente acumulate in decursul anilor;

- posibilitatea unei consolidari treptate si a trecerii la un sistem rutier superior.

Îmbracamintile asfaltice sau din beton de ciment se pot utiliza, cu precadere, in cazul drumurilor forestiere care servesc si alte sectoare ale economiei nationale, precum si a celor care prezinta si o deosebita importanta turistica. De asemenea, problema modernizarii imbracamintii se poate pune si pentru unele drumuri de interes pur forestier, magistrale sau doar principale, pe care intensitatea sporita a traficului, precum si conditiile specifice transportului forestier (autotrenuri de mare tonaj, umiditate ridicata si continua tot timpul anului, banda simpla de circulatie etc.) conduc la o degradare rapida a impietruirii, iar cheltuielile mari de intretinere devin neeconomice.

3. Tipuri de sisteme rutiere intalnite pe drumuri forestiere

Pe drumurile forestiere din tara noastra se intalnesc o multitudine de sisteme rutiere (in general nerigide), cele mai reprezentative dintre acestea fiind redate, pe categorii de drumuri (secundare, principale, magistrale), in figurile 7, 8 si

Fig. 7 - Sisteme rutiere folosite pe drumuri forestiere de tip secundar

Fig. 8 - Sisteme rutiere folosite pe drumuri forestiere de tip principal

Fig. 9 - Sisteme rutiere folosite pe drumuri forestiere de tip magistral

La stabilirea sistemului rutier se au in vedere, in principal urmatoarele elemente:

- categoria drumului (magistral, principal, secundar) si caracterul acestui (definitiv sau provizoriu, cu exploatare permanenta sau cu exploatare sezoniera);

- traficul mediu anual;

- capacitatea portanta a terasamentelor;

- posibilitatea valorificarii materialelor locale;

- posibilitatea extinderii mecanizarii in lucrarile de executie;

- valoarea de investitie si cheltuielile de intretinere si exploatare;

- posibilitatea respectarii principiului ameliorarii progresive prin consolidari succesive (la drumurile forestiere sau la cele pentru alte sectoare economice, unde se prevede, in perspectiva, sporirea intensitatii traficului sau modificarea parametrilor de trafic).

Cercetarile efectuate, in cadrul fostului I.C.P.I.L., au condus la elaborarea mai multor proiecte tip pentru consolidarea partii carosabile a drumurilor forestiere cu trafic redus. Solutiile preconizate sunt prezentate in figura 10, iar domeniile lor de aplicare sunt redate in tabelul 1

Fig. 10 - Sisteme rutiere tip pentru drumuri forestiere cu trafic redus

Tabelul 1

Domenii de aplicare si consumuri pentru sistemele rutiere tipizate

prezentate in figura 1 (dupa I.C.P.I.L)

În cazul volumelor mari de masa lemnoasa ce trebuie transportate intr-un termen scurt (evacuarea doboraturilor de vant, a materialului lemnos din zona lacurilor de acumulare etc.), precum si la drumurile de santier, se pot folosi dale prefabricate din beton armat. Dalele prefabricate pot acoperi intreaga latime a partii carosabile sau numai fasiile de rulare ale rotilor (fig.11).

Fig. 11 - Fasii de rulare consolidate prin dale de beton cu goluri

▲Normativul P.D. 67/80, reactualizat in 1999, prescrie urmatoarele trei tipuri de sisteme rutiere:

- sistemele rutiere tip I, alcatuite din agregate naturale de piatra, indicate pentru zonele unde predomina aceste resurse;

- sistemele rutiere tip II, alcatuite din agregate aluvionare, indicate pentru zonele bogate in asemenea materiale;

- sisteme rutiere tip III, alcatuite combinat din straturi de agregate aluvionare si agregate de piatra, indicate pentru zonele in care exista ambele feluri de materiale.

În normativ sunt prezentate, cu titlu informativ, si diferitele variante constructive, aplicabile la diferite categorii de drumuri, care sunt redate in figurile 12, 13 si 14.

Fig. 12 - Sisteme rutiere pentru drumuri magistrale cu trafic > 50.000t

Fig.13 - Sisteme rutiere pentru drumuri principale cu trafic intre 50.000 si 5.000t

Fig. 14 - Sisteme rutiere pentru drumuri secundare cu trafic sub 5.000t

▲Ca o sinteza la cele aratate mai sus, cu privire la tipizarea sistemelor rutiere folosite pe drumuri forestiere, in figurile 15 si 16 se prezinta propunerile prezentului studiu.

Fig. 15 - Tipuri de sisteme rutiere, alcatuite din materiale granulare, pentru diferite categorii de drumuri forestiere (functie de grosimea fundatiei "h")

Fig. 16 - Tipuri de sisteme rutiere, cu folosirea geosinteticelor

sau a imbracamintilor moderne, pentru drumuri forestiere

Sistemele rutiere propuse contin 17 tipuri de sisteme rutiere, care includ atat tipuri uzuale, respectiv straturi rutiere din materiale granulare, impietruiri simple sau macadamuri obisnuite (tipurile 1 . 10), cat si sisteme rutiere in alcatuirea carora sunt introduse materiale sintetice (tipurile 11 . 13) sau sisteme rutiere cu imbracaminti asfaltice (tipurile 14 . 16). În final (tipul17) se prezinta tipul de sistem rutier rigid.

În carul sistemelor rutiere tip,unele straturi au dimensiunile adoptate constructiv (de regula stratul de imbracaminte si substratul de fundatie), iar unul din straturi (stratul de fundatie) se dimensioneaza. Modulul de deformatie de la nivelul patului caii, corespunzator naturii pamantului din terasamente (P₁ . P₅) poate capata diferite valori, ca si modulul de deformatie necesar. În acest mod nu s-a mai facut o diferentiere a sistemelor rutiere tipizate pe categorii de drumuri, urmand ca acest lucru sa rezulte din calculele de dimensionare facute in functie de solicitarea traficului (E_nec).

În prezentul studiu se face si o dimensionare, a sistemelor rutiere tip propuse, in functie de solicitarile traficului si portanta pamantului din patul caii.

4. Dimensionarea sistemelor rutiere

4.1.Dimensionarea sistemelor rutiere nerigide

▲Sistemele rutiere nerigide reprezinta solutia obisnuita la consolidarea partii carosabile a drumurilor forestiere. Comportarea acestora, in timpul exploatarii, este influentata de trafic, de conditiile geotehnice, hidrologice si climatice ale regiunii, de caracteristicile materialelor folosite etc. Tinand seama de multitudinea factorilor ce intervin, dimensionarea acestor sisteme rutiere, pentru a corespunde solicitarilor la care sunt supuse, este dificila, constituind, si in prezent, o reala preocupare pentru specialisti. În consecinta tehnica rutiera actuala nu dispune inca de o metoda de calcul unanim acceptata, care sa reflecte just starea de eforturi si de deformatii din cuprinsul sistemelor rutiere si sa fie suficient de operanta.

Metodele de dimensionare existente por fi grupate in: empirice, semiempirice si teoretice.

Metodele empirice folosesc formule de calcul care se bazeaza numai pe observatii asupra comportarii drumurilor aflate sub circulatie sau pe date statistice. Din categoria acestora fac parte: metode C.B.R. (Californian Bearing Ratio), cunoscuta la noi sub denumirea de metoda I.C.P. (indicele de capacitate portanta), precum si o serie de metode derivate din programul experimental de mari dimensiuni A.A.S.H.O.

Metode semiempirice se bazeaza pe ipoteze teoretice de calcul, corectate insa cu rezultatele unor incercari experimentale. Din aceasta categorie fac parte: metode deformatiei critice si metoda deflexiunilor limita. Prima are in vedere modulii de deformatie ai straturilor rutiere, iar cea de-a doua se bazeaza pe moduli de elasticitate.

La noi in tara a fost elaborata o metoda analitica de dimensionare a sistemelor rutiere nerigide, folosita la drumurile publice si cunoscuta sub denumirea de metoda osiei standard (o.s. 115 kN).

Osia standard de 115 kN prezinta urmatoarele caracteristici:

sarcina pe rotile duble . . . . . . . . . . . . . . . . . .57,5 kN;

presiunea de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,625MPa;

raza suprafetei circulare echivalente

suprafetei de contact pneu-drum . . . . . . . . . . . . . .0,171m;

Metoda se bazeaza pe moduli de elasticitate, evalueaza traficul de calcul in milioane de osii standard (m.o.s.) si se aplica la drumurile publice cu imbracaminti asfaltice, din clasele tehnice I, II si III si trafic intens.

Pentru calculul deformatiilor specifice, in diferitele sisteme rutiere nerigide, sub solicitarea statica a semiosiei standard de 57,5kN, exista elaborat programul CALDERON si suportul fizic al acestuia (pe discheta), care face parte integranta din "Normativul pentru dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare a sistemelor rutiere suple si semirigide ".

Mentionam ca drumurile forestiere, fiind drumuri de exploatare, sunt incadrate in clasa tehnica V si deci nu sunt supuse prevederilor metodei osiei standard.

Metode teoretice, numite si rationale, prezinta mai putin interes practic, ele servind mai mult la interpretarea stiintifica a rezultatelor unor programe experimentale de mari dimensiuni. Mai cunoscute sunt metoda Jeufbroy - Bachelez si metoda Kriviski.

Dintre metodele enumerate s-a afirmat, in decursul timpului, la dimensionarea sistemelor rutiere nerigide, folosite pe drumuri forestiere (drumuri cu particularitati bine definite, care au fost precizate in capitolele anterioare), metoda deformatiei critice, care poate fi considerata drept metoda care corespunde cel mai bine modului de alcatuire a sistemelor rutiere practicate la consolidarea partii carosabile a drumurilor forestiere, precum si caracteristicilor traficului rutier forestier.

▲Metoda deformatiei critice tine seama, mai mult decat alte metode de calcul, de modul real in care se produc deformarea si cedarea sistemului rutier sub trafic.

Aplicarea ei presupune doua etape si anume:

. stabilirea traficului de calcul;

. dimensionarea propriu zisa a tipului de sistem rutier adoptat.

. Stabilirea traficului de calcul

Factorul hotarator in dimensionarea unui sistem rutier oarecare este intensitatea traficului. Acesta, in cazul drumurilor forestiere,se determina in functie de cantitatea de material lemnos ce se transporta pe drumul considerat,durata perioadei de transport si capacitatea vehiculelor de transport .De asemenea se tine seama si de deplasarile necesare activitatii de gospodarire a padurii (cultura, paza, protectie etc.).

Întrucat circulatia pe drumurile forestiere se desfasoara cu diferite tipuri de autovehicule, care solicita in mod diferit sistemul rutier, este necesar, pentru stabilirea traficului de calcul, transformarea intensitatii traficului real, efectuat cu diferite vehicule fizice,in trafic cu vehicule etalon. Astfel, intensitatea traficului de calcul se exprima prin numarul de vehicule etalon ce trec printr-o sectiune de drum, in ambele sensuri, in timp de 24 ore.

În tara noastra, pentru dimensionarea sistemelor rutiere, se ia in considerare,drept vehicul etalon, un vehicul conventional A13 cu urmatoarele caracteristici:

sarcina pe osia din spate . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 kN;

presiunea specifica (p) transmisa pe roata imbracamintii drumului . ..0,5MPa;

diametrul suprafetei de contact (D) dintre roata si imbracaminte . . 340mm;

Echivalarea traficului real in trafic cu vehicule etalon se face in baza principiului ca doua traficuri sunt echivalente daca produc, asupra aceluiasi complex rutier, aceeasi tasare. Astfel,un trafic de caracteristici p_i ,D_i , N_i , in care p_i si D_i sunt caracteristicile contactului dintre roata si drum, iar N_i - intensitatea traficului, poate fi echivalat cu un alt trafic de caracteristici p,D si N cu ajutorul relatiei:

(1)

in care coeficientul de transformare η este dat de raportul

, (2)

Fig. 17 - Abaca pentru echivalarea intensitatii traficului

cu diferite tipuri de autovehicule

În cazul vehiculului etalon A 13, . În cazul autotrenurilor forestiere neincarcate caracteristica , iar in cazul celor incarcate este egala cu circa 205 la autotrenul de 12t si cu 210 . 220 la autotrenul cu sarcina utila de 25t. Pentru nevoi practice, abaca din figura 17 permite echivalarea intensitatii traficului cu diferite tipuri de autovehicule fizice, in trafic cu autovehicule etalon.

Pentru un trafic variat, in componenta caruia intra diferite tipuri de vehicule, calculele de echivalare se fac pentru fiecare tip in parte, in functie de caracteristicile acestuia si numarul de treceri (N_i).Prin cumularea rezultatelor se obtine traficul de calcul.

În cazul studiului s-a determinat si caracteristice a autotrenului Renault incarcat, respectiv ; ;.

Studiile intreprinse in domeniul echivalarii autovehiculelor au aratat ca:

- o pondere deosebita la stabilirea traficului de calcul revine vehiculelor grele: spre exemplu 20 de treceri cu autotrenul de mare tonaj 19 ATF-25, din care jumatate "in gol" si jumatate "in plin",echivaleaza cu 35 treceri de vehicule etalon, iar 200 de treceri, in aceleasi conditii, echivaleaza cu 580 treceri de vehicule etalon;

- vehicule usoare, pentru care produsul pot fi neglijate;

- pentru vehicule cu osii duble se poate considera o singura osie, avand produsul majorat cu 15%.

Tabelul 2

Echivalarea traficului real cu autovehicule Renault - Kerax cu autovehicule etalon A13 si modulul de deformatie necesar pentru diferite intensitati de trafic

În tabelul 2.se prezinta echivalarea traficului cu autotrenul Renault Kerax (incarcat) in trafic cu vehicule A 13.

. Efectuarea calculelor de dimensionare

Prescriptiile de proiectare si standardele de la noi prevad, pentru dimensionarea sistemelor rutiere nerigide, metoda deformatiei critice.

Conform acestei metode, dimensionarea sistemelor rutiere se face in functie de modulul de deformatie E al complexului rutier. Valoarea modului de deformatie E se stabileste tinand seama de caracteristicile traficului de calcul si astfel incat solicitarile circulatiei sa nu produca deformatii care sa depaseasca o anumita valoare limita l, care reprezinta deformatia maxima la care inca nu se produc fisuri. Pentru a tine seama ca sarcina transmisa prin roata nu este concentrata, ci repartizata pe suprafata cercului de contact, in calcule se introduce, in locul deformatiei admise l, deformatia relativa critica λ:

, (3)

unde D este diametrul cercului de contact dintre roata si cale. Marimea deformatiei relative critice depinde de tipul sistemului rutier si de imbracaminte,valorile uzuale fiind redate in tabelul 3.

Caracteristicile traficului se exprima prin presiunile unitare pe suprafata de contact (p), diametrul cercului de contact (D) si printr-un factor de trafic F, prin care se tine seama de efectul repetarii sarcinilor, precum si de efectul dinamic al sarcinilor mobile. Întrucat calculul sistemelor rutiere nerigide se face luand in considerare incarcarea data de vehiculul etalon A13,se adopta p=0,5MPa si D=340mm. Factorul de trafic este dat de relatia:

, (4)

in care N este intensitatea traficului de calcul (in numar de vehicule etalon), iar γ un coeficient care tine seama de probabilitatea trecerii incarcaturii pe aceeasi urma (pentru o singura banda de circulatie γ=2, iar pentru doua benzi γ=1).

Tabelul 3

Valori ale deformatiei relative admisibile si ale coeficientului de siguranta

Pentru ca un complex rutier nerigid sa reziste unui trafic dat,trebuie ca modulul de deformatie echivalent al complexului rutier sa fie mai mare decat modulul de deformatie necesar:

E_eq ≥ E_nec , (5)

Modulul de deformatie necesar, care trebuie sa se asigure unui complex rutier pentru ca deformatiile inregistrate sa nu depaseasca valorile admise, se determina cu relatia:

, (6)

in care este un coeficient de siguranta pentru neuniformitatea conditiilor de lucru a complexului rutier (tabelul 3). Modulele de deformatie necesare, corespunzatoare diferitelor intensitati de trafic sunt redate in tabelul 2.,odata cu echivalarea traficului real in trafic cu vehicule etalon A13.

Se recomanda ca valoarea modulului de deformatie necesar sa nu fie sub valorile minime din tabelul 4.

Tabelul 4

Valori minime ale modulului de deformatie necesar

Modulul de deformatie echivalent al unui complex rutier reprezinta modulul de deformatie al unui mediu omogen, fictiv, de grosime nedefinita, care, sub actiunea traficului, capata aceeasi deformatie ca si complexul rutier real. Marimea sa depinde de capacitatea portanta a straturilor rutiere si a pamantului din patul caii, definita prin modulul lor de deformatie liniara. Valorile de calcul ale modulelor de deformatie liniara se prezinta in tabelele 5 ,6, 7si 8. La stabilirea modulului de deformatie a pamanturilor se tine seama de zonarea climatica a teritoriului Romaniei (fig.18), de tipul de pamant (tabel 9) si de regimul hidrologic local (tabelul10).

Tabelul 5

Valori de calcul ale modulelor de deformatie pentru straturi rutiere

Tabelul 6

Valorile de calcul ale modulului de deformatie pentru balasturi

Fig. 18 - Zonarea climatica a teritoriului Romaniei

Tabelul 7

Valorile de calcul ale modulului de deformatie

pentru nisipuri, in MPa

Tabelul 8

Valorile de calcul ale modulelor de deformatie (MPa) pentru

tipurile de pamant de fundatie

Tabelul 9

Tipuri de pamant pentru stabilirea valorilor de calcul ale modulului de deformatie

Tabelul 10

Conditii de umezire a pamantului din patul caii

▲Determinarea modulului de deformatie echivalent pentru un complex rutier din mai multe straturi se face prin echivalari succesive ale straturilor componente ale acestuia, din aproape in aproape, cu sisteme bistrat, alcatuite conform schemei din figura 1 Astfel, un strat superior cu un modul de deformatie liniara E₁ si de grosime h si un strat inferior cu un modul de deformatie liniara E₀ si de grosime nedefinita pot fi caracterizate printr-un modul de deformatie E_eq, echivalent complexului E₁-E₂. Calculele pot fi conduse in baza unor relatii de echivalenta sau mai simplu, asa cum se procedeaza de fapt in practica, folosindu-se abaca din figura 20 cu ajutorul careia se poate determina oricare din parametrii E_eq,E₀ sau h (parametrul D corespunde vehiculului etalon), daca valoarea celorlalti este cunoscuta.

Fig.19- Sistem bistrat

Fig. 20 - Abaca pentru dimensionarea sistemelor rutiere nerigide

În cazul unui sistem rutier cu mai multe straturi calculele se conduc din aproape in aproape, de jos in sus sau de sus in jos, luandu-se in considerare permanent cate o pereche de straturi suprapuse,chiar daca acestea sunt echivalente si nu reale.

Corespunzator celor aratate, calculele de dimensionare se fac in doua etape:

a) tinand seama de caracteristicile traficului prevazut, se calculeaza, cu ajutorul relatiei (6), modulul de deformatie necesar;

b) luand in considerare modulele de deformatie liniara ale straturilor rutier si al pamantului din patul caii, se stabilesc cateva variante de sisteme rutiere, care sa conduca la un modul de deformatie echivalent cel putin egal cu modulul de deformatie necesar. Adoptarea uneia sau alteia dintre variante se face in baza considerentelor tehnico-economice.

Pentru utilizarea cat mai rationala a materialelor, precum si pentru evitarea cedarilor locale din interiorul unor straturi, se recomanda, la alcatuirea variantelor, ca raportul dintre modulele de deformatie liniara a doua straturi suprapuse (exclusiv terenul de fundatie) sa nu depaseasca 2,5 - in cazul adoptarii la straturile superioare a grosimilor constructive minime admise si 3,5 - in celelalte cazuri.

În mod obisnuit,imbracamintea si substratul de fundatie (daca exista) primesc dimensiuni constructive,dimensionandu-se doar stratul de fundatie.

▲Exemplu de dimensionare a unui sistem rutier nerigid dupa metoda deformatiei critice.

Se considera un drum forestier cu banda simpla amplasat in zona climatica I, cu regim hidrologic mediocru,natura pamantului din terasamente fiind de tipul P₃.

Traficul rutier real, cu autovehicule avand caracteristica , este de 30 treceri / 24 ore.

Transformarea traficului real in trafic cu vehicule etalon A13 ():

; N_i=30 treceri /24 ore

N ≈ 72 treceri A13 / 24 ore

(a se vedea si tabelul 2)

Alcatuirea sistemului rutier si calculul modulului de deformatie necesar

În figura se prezinta alcatuirea sistemului rutier (imbracaminte, strat de fundatie,substrat de fundatie), cu modulele de deformatie ale materialelor prevazute,(a se vedea tabelele 5 si 6), inclusiv modulul de deformatie de la nivelul patului caii (tabelul 8).

;

Se adopta urmatoarele elemente de calcul:

p = 5 daN/cm² = 0,5 MPa - caracteristica vehiculului A13;

imbracaminte semipermanenta (din tabelul 3);

μ = 1,10 - din tabelul 3;

- drum cu banda simpla de circulatie;

N - numar vehicule etalon.

;

Dimensionarea sistemului rutier

Faza I -a: Se considera sistemul bistrat alcatuit din substratul de balast si pamantul din terasamente. Se determina modulul de deformatie echivalent.

;

;

D = 34cm pentru autovehiculul etalon A13.

Se extrage din nomograma redata in figura 20:

;

Faza a II-a : Se considera sistemul bistrat alcatuit din imbracamintea de macadam si ansamblul de straturi piatra Rassel-balast-pamant. Se determina modulul echivalent de deformatie corespunzator ansamblului de straturi (E₀).

;

;

Se extrage din nomograma:

;

Faza a III-a: Se considera sistemul bistrat alcatuit din stratul de fundatie Rassel si ansamblul balast +patul caii cu modul echivalent 16MPa (stabilit in faza I-a).Modulul echivalent al sistemului (modul necesar) este cel stabilit in faza a II-a. SE determina grosimea fundatiei.   

;

;

Se extrage din nomograma:

;

În consecinta se va adopta o fundatie de 21 cm, dimensiune care corespunde si constructiv sortului 60/90mm.

▲Dimensionarea sistemului rutier nerigid, dupa metoda deformatiei critice - procedeul analitic.

Procedeul analitic utilizeaza aceeasi schema de calcul a sistemului bistrat, care a fost prezentata in figura 19, facand apel la urmatoarele relatii de echivalenta:

, (7)

, (8)

in care parametrii folositi au semnificatiile prezentate anterior. Parametrul "n" este dat de relatia:

, (9)

Cu ajutorul relatiilor 7 si 8 se poate determina oricare din parametrii E_eq, E_0, E₁ sau h (D corespunde vehiculului etalon), daca valoarea celorlalti parametri este cunoscuta.

4.2. Dimensionarea sistemelor rutiere rigide

Materialul reprezentativ al sistemelor rutiere rigide este betonul de ciment, turnat in placi (dale) dreptunghiulare, separate intre ele prin rosturi transversale si longitudinale.

Calculul grosimii dalelor se bazeaza pe ipoteza placilor elastice, rezemate continuu pe un mediu liniar deformabil, supuse la incovoiere.

Se cunosc mai multe metode de calcul a solicitarilor placii sub incarcari utile si anume:

- metoda Westergaard, care admite in studiul placii ipoteze de rezemare Winkler si stabileste relatia de calcul in functie de coeficientul patului caii;

- matoda Hoog, care considera terenul de fundatie pe care se aseaza placa ca un mediu liniar deformabil caracterizat, prin modulul sau de elasticitate si coeficientul Poisson;

- metoda Pikett si Ray bazata pe suprafetele de influenta ale momentelor incovoietoare si sagetilor in dala din beton de ciment sub o incarcare situata la mijlocul, marginea sau coltul dalei;

- metoda Ivanov, care transforma relatiile stabilite de Westergaard, prin inlocuirea coeficientului patului cu modulul de deformatie liniara al pamantului de fundatie; se iau in considerare toate cele trei cazuri de aplicare a incarcarii in centrul dalei,la marginea dalei si in coltul dalei.

- metoda Sehter, care se foloseste, de regula, la studiul eforturilor ce iau nastere in dala de beton sub actiunea unor incarcari concentrate (cilindri compresori, trailere etc.).

Avand in vedere ca, in cazul drumurilor forestiere,adoptarea unor sisteme rigide reprezinta o solutie ce se intalneste foarte rar consideram ca cea mai indicata este metoda Ivanov, pentru care exista suficiente informatii in literatura romaneasca de specialitate si care a stat chiar la baza unor normative privind dimensionarea grosimii dalelor de beton de ciment, elaborate pentru drumuri publice.

▲Metoda ia in considerare, la dimensionarea dalelor, urmatorii factori: incarcarea maxima pe roata, actiunea dinamica a incarcarilor, suprapunerea efectelor din trafic si din temperatura, fenomenul de oboseala al betonului.

Calculul grosimii dalei de beton se efectueaza considerand ca incarcarea se aplica in trei puncte: pe centru, pe colt si pe marginea libera a dalei, folosind relatia:

[cm] (10)

in care : α este un coeficient care depinde de pozitia incarcarii, de raportul h/R ( unde R este raza cercului de contact dintre roata si drum ) si de raportul E_b/ E₀, respectiv dintre modulul de elasticitate al betonului si modulul de deformatie al mediului liniar deformabil pe care reazema dala; ψ- coeficientul de impact) 1,2 pentru vehiculul A13); P - incarcarea maxima pe roata, N; - rezistenta betonului la incovoiere, dupa 28 zile, N/mm²; n - coeficient de siguranta, care tine seama de fenomenul de oboseala la care este supusa dala si depinde de intensitatea circulatiei.

Factorii de trafic (intensitatea circulatiei, raza cercului de contact dintre roata si drum,incarcarea maxima pe roata), necesari aplicarii relatiei (10),corespund traficului de calcul in vehicule etalon A13. Marimea coeficientului de siguranta n este data in tabelul 11, iar valorile parametrilor si E_b se prezinta in tabelul 12. Valorile coeficientului α, pentru cele trei pozitii, sunt redate in tabelul 13.

Tabelul 11

Valorile coeficientului de siguranta

Tabelul 12

Caracteristicile betonului de ciment

Modulul de deformatie (E₀, in N/mm²) al mediului liniar deformabil pe care se reazema dale de beton se stabileste, cu abaca din figura 20, ca un modul echivalent, in functie de caracteristicile pamantului de fundatie si ale materialului utilizat in stratul de fundatie, ale caror module de deformatie se majoreaza de trei ori, pentru a tine seama de efectul de repartizare a incarcarilor prin dala de beton, iar diametrul cercului de contact (D) se considera 75cm. Grosimea stratului de fundatie se adopta dupa criterii constructive.

În cazul in care se procedeaza la ranforsarea cu dale de beton de ciment a unui sistem rutier nerigid, care nu mai corespunde solicitarilor traficului si a carui capacitate portanta se verifica prin masuratori de deflexiuni cu deflectometrul, modulul de deformatie echivalent al complexului rutier existent se poate inlocui cu modulul de elasticitate al complexului rutier, calculat cu relatia:

[N/mm²] (11)

in care:p si D sunt caracteristicile contactului dintre roata si drum (p.D = 170 pentru vehiculul etalon) d_c este deformatia elastica caracteristica a sectorului de drum ce urmeaza sa fie ranforsat,mm; μ - coeficientul lui Poisson (0,30).

Dimensionarea dalei de beton prin relatia (10) se face prin incercari (aproximatii succesive). Se alege o valoare initiala pentru α si se calculeaza h. Se cauta apoi in tabelul 13 daca valoarea lui α, corespunzatoare lui h rezultat din calcul, este apropiata de cea luata initial. Operatia se repeta pana cand diferenta dintre α gasit in tabel si α ales initial este neglijabila. Dintre cele trei valori ale grosimii dalei obtinute in centru (h₁), la margine (h₂) si pe colt (h₃), valorile h₂ si h₃ rezulta intotdeauna mai mari,grosimea h₂ fiind in general determinanta. Grosimea minima admisa este de 17cm.

Tabelul 13

Valorile coeficientului α

În practica se obisnuieste sa se mareasca cu 1 cm grosimea dalelor rezultata din calcule, pentru a se tine seama de uzura imbracamintii in timpul exploatarii si eventualele neregularitati ale fundatiei.

Grosimea dalelor se stabileste pentru incarcarea pe centru, dupa care se prevede ingrosarea necesara a marginilor. În mod frecvent ingrosarea dalelor la margine se inlocuieste cu introducerea unor armaturi asezate in lungul marginii si la colturi [ ].

Pentru drumuri cu trafic de calcul de peste 300 vehicule etalon A13, grosimea dalei de beton, stabilita conform celor aratate mai sus, se verifica la actiunea simultana a incarcarilor din trafic si a eforturilor produse de diferentele de temperatura dintre fetele superioara si inferioara ale dalei. Verificarea se face in conformitate cu prevederile din instructiunile PD 177-76 si PD 124-84 .

▲Metoda aproximatiilor succesive,bazata pe tabelele prezentate anterior,este in general laborioasa. Din analiza acestora rezulta ca, teoretic, grosimea dalei poate fi cuprinsa intre 0,5R si 2,0R, respectiv intre 8,5 si 34cm (vehiculul etalon A13), in functie de calitatea betonului si modulul de deformatie echivalent al stratului suport. Tinand seama de marimile parametrului "α" inscris in tabele, grosimea dalei variaza intre 10 si 25 cm.

La drumurile forestiere se va tine seama de urmatoarele:

- imbracamintile din beton de ciment pot fi executate intr-un singur strat sau in doua straturi;

- grosimea minima a dalei, executata intr-un singur strat este de 17 cm;

- dalele executate in doua straturi pot avea o grosime de 18 . 20cm, din care 6 cm grosimea stratului de uzura si 12 . 14 cm grosimea stratului de rezistenta;

- in statele din Europa Centrala, dupa unele afirmatii din literatura, s-au executat,la drumuri forestiere, imbracaminti rigide din dale de beton de ciment in grosime totala de 14 . 16 cm, din care 4 . 5 cm grosimea stratului superior si 8 . 11 cm grosimea stratului inferior;

- fiind o imbracaminte scumpa se va studia si posibilitatea betonarii prin dale prefabricate cu goluri, implantate intr-un strat de balast, doar a fasiilor de rulare a rotilor;

in acest caz se recomanda urmatoarele dimensiuni ale dalelor:12,5 cm grosime,1 . 1,20m lungime si 0,60 . 0,80 cm latime.

În cazul drumurilor forestiere ce servesc si alte sectoare economice si solicita imbracaminti rigide se va tine seama de prevederile reglementarilor pentru drumuri publice.

5 Dimensionarea sistemelor rutiere tip

Sistemele rutiere tip, recomandate pentru drumuri forestiere, au fost prezentate in figurile 15 si 16; dintre acestea tipurile 1 . 16 sunt de tip nerigid, iar tipul17 este de tip rigid.

Dimensionarea sistemelor rutiere nerigide s-a facut dupa metoda deformatiilor critice, atat cu folosirea nomogramei (fig. 21 . 26), cat si prin calculul analitic (tabelul 14).

Fig.21- Dimensionarea sistemelor rutiere tip (1-2) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo-analitic

Fig.22 - Dimensionarea sistemelor rutiere tip (3 . 5) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo analitic

Fig.23 - Dimensionarea sistemelor rutiere tip (6 . 8) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo -analitic

Fig. 24. - Dimensionarea sistemelor rutiere tip (9 . 11) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo-analitic

Fig. 25 - Dimensionarea sistemelor rutiere tip (12 . 14) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo-analitic

Fig.26 - Dimensionarea sistemelor rutiere tip (15-16) dupa metoda deformatiei critice-procedeul grafo -analitic

La dimensionare s-au luat in considerare diferite ipoteze privind modulul de deformatie al pamantului din patul caii, respectiv 15-12-8-5-4-MPa, precum si modulul de deformatie necesar,respectiv 20-25-30-35-40-45-50 MPa. În cazul calcului analitic

s-au luat in considerare o gama mai larga de module de deformatie, pentru pamanturile P₁ . P_5.

În general, cu exceptia consolidarii partii carosabile printr-un singur strat-portant si de uzura (tipurile1 si2), in celelalte cazuri s-au adoptat dimensiuni constructive pentru imbracaminte si substratul de fundatie (acolo unde a fost prevazut),dimensionandu-se numai grosimea fundatiei.

Modulele de deformatie ale straturilor rutiere, care au intrat in componenta sistemului rutier,s-au preluat din literatura de specialitate, in functie de natura materialului.

În cazul folosirii geosinteticelor s-a luat in considerare influenta acestora asupra straturilor rutiere invecinate, deci implicit si asupra sistemului rutier, asa cum a rezultat aceasta din lucrarile de cercetare stiintifica [ ]. Astfel,in cazul introducerii unei geogrile (element de ranforsare) intre fundatie si patul caii (tipul 11) s-a considerat ca grosimea stratului de fundatie, rezultata din calcule, poate fi redusa cu 35%, datorita efectului de ranforsare al geogrilei. În cazul introducerii unui geotextil la nivelul patului caii (tipurile 12 si 13), s-a apreciat ca prezenta acestuia, datorita efectului sau drenant si anticontaminator, sporeste modulul de deformatie de la nivelul patului caii cu 20 . 25%.

Sistemele rutiere tip 14,15 si 16 au in vedere drumurile forestiere cu imbracaminti moderne. S-a considerat ca dintre diferitele tipuri de imbracaminti moderne nerigide se pot utiliza, la drumurile forestiere, macadamul asfaltic (de preferinta penetrat) si tratamentele superficiale. Celelalte tipuri necesita un efort financiar prea mare si o dotare de care firmele constructoare rareori dispun.

Se atrage atentia ca la tipul 14, unde tratamentul superficial este asezat pe un strat de balast stabilizat cu ciment,acrosarea tratamentului superficial de stratul stabilizat trebuie facuta prin intermediul unui clutaj, deoarece tratamentul superficial foloseste un liant plastic (bitum), iar stratul suport un liant rigid (cimentul).În cazul in care stratul suport se stabilizeaza cu bitum, executarea clutajului nu mai este necesara. De asemenea trebuie avut in vedere ca tratamentele superficiale simple nu dau rezultate in cazul drumurilor forestiere, deoarece traficul de intensitate relativ redusa nu asigura asfaltizarea, care se realizeaza numai prin circulatie. De aceea sunt necesare, de obicei,tratamente superficiale duble. Se mentioneaza ca tratamentul superficial nu se ia in considerare la dimensionare.

Din analiza datelor inscrise in tabelele din figurile 21 . 24 au rezultat urmatoarele:

- in cazul terasamentelor cu un modul de deformatie ridicat (12 . 15MPa) si a unor module de deformatie necesare relativ reduse (20 . 25MPa) apar,frecvent, linii in loc de cifre, ceea ce semnifica faptul ca la tipul de sistem rutier respectiv stratul care se

dimensioneaza (fundatia) poate sa lipseasca;

- in cazul terasamentelor cu un modul de deformatie scazut (4 . 5MPa) si a unor module de deformatie necesare ridicate (40 . 50MPa),de asemenea nu apar dimensiunile, deoarece grosimile rezultate au fost exagerate, fiind astfel neeconomice;in asemenea situatii fie ca se prevede un strat de forma,care sa sporeasca portanta terasamentelor (creste modulul de deformatie de la nivelul patului caii), fie ca se apeleaza la un alt tip de sistem rutier, mai rezistent la solicitari;

- dimensiunile rezultate din calcule sunt,mai mult sau mai putin teoretice, deoarece nu tin seama de dimensiunile sortului de piatra folosit in stratul de fundatie; de aceea la aplicarea lor in practica trebuie realizata o concordanta intre dimensiunea rezultata din calcule si grosimea posibila de realizat cu sortul de piatra sparta monogranulara prescris (spre exemplu pentru un sort oarecare cu dimensiunile d /D, dimensiunile constructive posibile sunt: d+D, d+D+d, d+D+D etc.). Aceasta problema nu se pune in cazul balastului (sort 0 / 70 sau 20 / 70mm)si nici a pietrei sparte poligranulare (sort 0 / 70 pentru imbracaminte,respectiv 0 / 90 mm pentru stratul de fundatie).

În ceea ce priveste sistemul rutier rigid (tip 17), aici, in cazul drumurilor de interes pur forestier,se vor adopta dale intr-un singur strat, in grosime de 17 . 18cm, sau dale in doua straturi, in grosime de 20 . 22 cm, in functie de conditiile locale (caracteristicile traficului rutier,modulul de deformatie echivalent de la nivelul stratului suport,calitatea betonului de ciment s.a).

Dimensiunile mentionate corespund solicitarilor ce actioneaza in centrul dalei si de aceea la margini si la colturi trebuie luate masuri corespunzatoare, Astfel pentru o dala de 18 cm grosime se ingroasa marginile cu 5 cm. Aceasta ingrosare poate fi inlocuita prin introducerea unor armaturi de-a lungul marginilor.

▲Dupa cum s-a aratat, dimensionarile redate in figurile 21 . 24 au avut la baza nomograma din figura 20. Avand in vedere ca precizia citirilor pe nomograma este relativ redusa (chiar daca se folosesc nomograme de format mare-A₃), calculele au fost repetate si prin determinarea unui algoritm si folosirea calculatorului. În acest mod au fost verificate toate tipurile propuse de sisteme rutiere nerigide, rezultatele fiind redate in tabelul 14.

Tabelul 14

Dimensionarea sistemelor rutiere tip dupa metoda deformatiei critice, procedeul analitic

Din compararea acestor valori cu cele obtinute, prin folosirea nomogramei, se constata, in primul rand , ca prin folosirea calculatorului pot fi luate in considerare ipoteze mai numeroase, deoarece folosindu-se algoritmul relatiilor de baza, calculele sunt mult mai rapide; in al doilea rand rezulta ca apar diferente intre cele doua categorii de valori,obtinute cu nomograma, respectiv la calculator. Cu mici exceptii diferentele sunt nesemnificative, fiind sub precizia posibilitatilor de executie mecanizata.

▲Studiu privind influenta majorarii modulului de deformatie necesar (E_nec) asupra sistemului rutier.

Institutul National al Lemnului a elaborat un studiu comparativ cu privire la influenta majorarii E_nec asupra grosimii sistemului rutier si a volumului de materiale . Se reda acest studiu.

Actiunea de dotare a fondului forestier cu instalatii de transport in etapa actuala si de perspectiva este orientata spre extinderea si indesirea retelei de drumuri de exploatare de importanta secundara, care formeaza de regula ramificatii si prelungiri ale vailor principale de transport.

Ponderea actuala a acestor drumuri se ridica la 90% din totalul retelei de drumuri forestiere de aproximativ 32000km.

Modalitatea de alcatuire si dimensionare a sistemelor rutiere pentru drumurile forestiere, se cere solutionata atat sub raportul asigurarii portantei minime necesare in corelatie cu parametrii de trafic si factorii naturali, cat si din punct de vedere al economicitatii lucrarilor.

Sistemele rutiere ce se utilizeaza la executia unui drum pot prezenta diferite moduri de alcatuire dupa natura materialelor folosite,grosimea si succesiunea staturilor componente,fiecare dintre variantele posibile avand obligatia sa satisfaca cerintele de portanta si viabilitate.

Caracteristicile de exploatare si conditiile de executie ale drumurilor forestiere reclama solutii de realizare a partii carosabile, intrucatva deosebite fata de cele ale drumurilor din alte domenii sub urmatoarele aspecte:

- dimensionarea constructiva a sistemelor rutiere sa fie realizata diferentiat in raport cu caracteristicile fizice ale materialelor locale ce se folosesc, natura terenului si conditiile hidro-climatice, prevenindu-se supra si sub dimensionarile;

- alcatuirea structurilor rutiere sa se bazeze pe inlocuirea unor agregate traditionale si sa fie corelata cu posibilitatile folosirii materialelor pietroase in stare naturala sau rezultata din preluari primare;

- agregatele naturale necesare sa poata fi extrase cu mijloace proprii din sursele existente in zona, fara sa comporte operatii costisitoare in procesul de extractie - manipulare sau un volum sporit de prelucrari;

- necesitatea acordarii unei pauze tehnologice intre executia infrastructurii si realizarea sistemului rutier, in scopul tasarii terasamentelor sub influenta factorilor naturali.

În conditiile extinderii transportului cu convoi compus din autotractor si remorca, cu capacitati de transport de 30-40t este necesara o fundamentare mai adanca a dimensionarii sistemului rutier.

În constructia drumurilor forestiere,marea majoritate a sistemelor rutiere adoptate pentru consolidarea partii carosabile sunt de tip nerigid, realizate din agregate naturale de piatra, agregate aluvionale sau mixte.

În conditiile trecerii la transportul cu autovehicule de mare tonaj (30-40t) de tip RENAULT KERAX450, s-a determinat valoarea modulului de deformatie echivalent necesar (E_nec), pornind de la caracteristica p D = 198,77, sarcina pe roata de 5350kg, diferite valori ale traficului global si diferitele categorii de imbracaminti.

Pentru a face un studiu complet asupra majorarii volumului sistemului rutier in urma modificarii modulului de deformatie minim necesar (E_nec), au fost luate in studiu trei drumuri forestiere amplasate in zone diferite, astfel:

1.Drum forestier GALAOAIA MICA prelungire (L=2,6km) din U.P. III- Ocolul Silvic RASTOLNITA- Directia Silvica TÂRGU MURES;

2.Drum forestier CORBU (L=4,0km) din U.P.II- Ocolul Silvic POIENI- Directia Silvica BAIA MARE;

3.Drum forestier PR.MARGINII (L=2,0km) din U.P.II - Ocolul Silvic VASCAU -Directia Silvica ORADEA.

Pentru comparatie au fost studiate doua variante:

V₁ - sistem rutier actual, dimensionat la ATF-20;

V₂ - sistem rutier in perspectiva, dimensionat la RENAULT KERAX 450.

Comparand din punct de vedere dimensional si cantitativ volumele pe kilometru, in cele doua variante, se constata o crestere la fiecare din drumurile luate in studiu, conform tabelului 15 si graficului prezentat in figura 27

Tabelul 15

Rezultatele variantelor de studiu

Fig.27 - Diferentele inregistrate intre cele doua variante studiate,

privind volumele de lucrari

6 Benzile de rulare o posibila solutie a drumurilor forestiere sumar amenajate

6.1. Consideratii generale

În conformitate cu legislatia in vigoare cu privire la conservarea si dezvoltarea fondului forestier,precum si pentru mentinerea echilibrului ecologic al padurii in vederea satisfacerii optime a intereselor silviculturale, respectiv atat a culturii padurilor cat si a exploatarilor forestiere prin aplicarea tratamentului taierilor gradinarite, se preconizeaza dotarea padurilor cu o retea optima de drumuri forestiere, in limitele cantitatilor de masa lemnoasa exploatabila.

Dezvoltarea retelei de drumuri cu suprastructuri usoare in interiorul padurii, in detrimentul drumurilor de colectare pentru tractoare, care la data actuala a ajuns sa brazdeze padurile si sa distruga arborii, va determina accesul mijloacelor de transport cat mai aproape de cioata fara distrugerea arborilor, precum si scurtarea distantelor de colectare.

În prezent actiunea de dotare cu instalatii de transport este orientata spre indesirea retelei de drumuri ca ramificatii si prelungiri cu trafic redus, care conform Legii nr.43/1975 se incadreaza in drumuri de categoria a III-a, destinate sa asigure sporirea gradului de accesibilizare in bazinele forestiere secundare. În consecinta aceste drumuri se vor putea justifica numai in functie de volumele limitate de masa lemnoasa. Cu toate acestea ele au un caracter de drum auto pentru transporturi forestiere. Ele trebuie sa satisfaca conditiile impuse de normele unei circulatii auto a tuturor tipurilor de autovehicule cu care este dotat parcul auto forestier, dar mai ales cele impuse de autotrenul KERAX- 450 care este cel mai gabaritic. În majoritatea cazurilor, aceste drumuri sunt destinate sa asigure sporirea gradului de accesibilitate si se caracterizeaza printr-un trafic mediu anual redus, prezentand trasee cu lungimi mici si elemente geometrice strans dimensionate.

Într-o acceptiune restransa, drumurile ce formeaza clasa de drumuri sumar amenajate sunt considerate, in specificul transportului forestier, acelea pe care volumul anual de transport este de cel mult 500t/an. Desi pe aceste drumuri traficul are o intensitate redusa, la stabilirea sistemelor rutiere trebuie totusi avut in vedere ca circulatia se efectueaza cu aceleasi tipuri de autovehicule, ceea ce obliga la realizarea unei capacitati portante a suprastructurii conform solicitarilor. De asemenea, la alegerea variantei de suprastructura trebuie tinut seama de faptul ca drumurile sumar amenajate au un caracter de permanenta in exploatare si ca practic nu este posibila impunerea unor restrictii de circulatie in perioadele nefavorabile.

Modalitatea de alcatuire si dimensionare a sistemelor rutiere pentru drumurile sumar amenajate se cere solutionata atat sub aspectul portantei minime, in corelatie cu parametrii de trafic si factorii naturali, cat si din punct de vedere al economicitatii.

Sistemele rutiere ce se utilizeaza la executia unui drum pot prezenta diferite moduri de alcatuire, dupa natura materialelor folosite, grosimea si succesiunea straturilor componente, fiecare dintre variantele posibile avand obligatia sa satisfaca cerintele de portanta si viabilitate. Variantele stabilite dupa criterii tehnice pot avea un cost mai ridicat sau mai scazut. În principiu, o structura rutiera se considera economica daca este conceputa in asa fel incat sa asigure rezistenta necesara si sa fie realizabila la un cost minim, in raport cu alte variante posibile.

Adoptarea unor sisteme rutiere cu structuri constructive eficiente prezinta o importanta deosebita, deoarece drumurile sumar amenajate nu justifica costurile de executie mari, ce se realizeaza in prezent, din cauza volumului scazut de masa lemnoasa ce se transporta anual. La stabilirea tipurilor de sisteme rutiere si a variantelor constructive trebuie avute in vedere particularitatile specifice drumurilor forestiere si cateva considerente de ordin tehnico-economic,in legatura cu modul de alcatuire structurala si de dimensionare, incat sa se asigure satisfacerea cerintelor de portanta si economicitate.

Caracteristicile de exploatare si conditiile de executie ale drumurilor forestiere sumar amenajate reclama solutii de realizare, a partii carosabile, intrucatva deosebite fata de cele clasice sub urmatoarele aspecte:

Ø     avandu-se in vedere ca pe drumurile cu banda simpla si latimea partii carosabile de 2,75m, repartizarea transversala a solicitarii sistemului rutier este neuniforma, ramanand pe zona centrala o portiune necirculata de 0,80 -1,20 m, suprastructura clasica continua nu se justifica functional, impunandu-se realizarea benzilor de rulare;

Ø     benzile de rulare trebuie sa aiba o alcatuire simpla si sa fie ieftine, dar in acelasi timp sa satisfaca portanta necesara chiar in situatia unui trafic scazut, conditie care exclude posibilitatea diminuarii elementelor de rezistenta ale structurii sub limita admisa;

Ø     dimensionarea constructiva a benzilor de rulare sa fie facuta diferentiat in raport cu caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor locale ce se folosesc, natura terenului si conditiile hidro-climatice, prevenindu-se supra si subdimensionarea;

Ø     alcatuirea benzilor de rulare sa se bazeze pe inlocuirea unor agregate traditionale si sa fie corelata cu posibilitatile folosirii materialelor pietroase in stare naturala sau rezultate prin prelucrari sumare;

Ø     agregatele naturale necesare sa poata fi extrase cu mijloace proprii din sursele existente in zona, fara sa comporte operatii costisitoare in procesul de extractie-manipulare sau un volum sporit de prelucrari;

Ø     adoptarea solutiei constructive, avand ca utilaj conducator excavatorul de mare capacitate S 1203, ce permite ridicarea gradului de mecanizare;

Ø     necesitatea acordarii unei pauze tehnologice intre executia infrastructurii si realizarea benzilor de rulare, in scopul tasarii terasamentelor sub influenta factorilor naturali.

Economicitatea structurilor rutiere se evalueaza atat prin prisma costului investitiei, cat si sub raportul viabilitatii drumului, intrucat nivelul costului executiei si capacitatea portanta realizata depind de natura si starea in care se gasesc materialele in regiune, precum si de distanta de la sursa pana la lucrare. În zona forestiera de munte se pot extrage materiale pietroase provenite din derocari de pe traseu, grohotisuri, deseuri de cariera, steril din excavatii miniere, piatra din cariere locale etc., precum si agregate grosiere din depozite aluvionare,in timp ce in zona colinara si de dealuri, unde predomina agregatele aluvionare, se pot folosi balastul si prundisul sortat sau nesortat.

Pentru solutionarea problematicii privind realizarea benzilor de rulare, la drumurile cu trafic redus, este necesar sa se adopte benzi de rulare din categoria impietruirilor simple, concepute pe baza utilizarii in exclusivitate a unor prelucrari sumare. În functie de posibilitatile de alcatuire, folosind materialele predominante din regiune, benzile de rulare se diferentiaza in trei tipuri:

Ø     benzi rutiere de tip I, alcatuite din agregate naturale de piatra,indicate pentru zonele in care predomina aceste resurse;

Ø     benzi rutiere de tip II, alcatuite din agregate aluvionare, indicate pentru zonele bogate in asemenea materiale;

Ø     benzi rutiere de tip III, alcatuite combinat prin structuri de agregate aluvionare si agregate de piatra,indicate pentru zonele in care exista ambele feluri de materiale.

Valorificarea resurselor locale necesita o analiza economica comparativa a diverselor tipuri de alcatuire a benzilor de rulare, ce s-ar putea realiza tinand seama de natura si calitatea materialelor ce se gasesc in apropierea lucrarii.

Pornind de la faptul ca in viitor se vor realiza cu preponderenta drumuri secundare, caracterizate prin trafic redus,putem concluziona ca benzile de rulare realizate din resurse locale, cu o portanta corespunzatoare traficului, pot fi realizate si mentinute in exploatare cu un efort financiar minim.

Pentru realizarea aspectului economic, privind reducerea costurilor de constructie, s-a luat in studiu suprastructura drumului, aceasta fiind singurul element cu valoare mare asupra careia se poate interveni, celelalte categorii de lucrari fiind dependente de natura si conducerea traseului, pentru a caror reducere in executie se actioneaza prin proiectarea cu profesionalism a traseului.

6.2. Tehnologii de executie a benzilor de rulare cu ajutorul excavatorului     S 1203

La drumurile auto cu o singura banda de circulatie si cu latimea partii carosabile redusa (2,75m), suprastructura este solicitata mai frecvent pe zonele laterale, deci pe fasiile de rulare, ceea ce denota ca realizarea sistemului rutier pe toata latimea partii carosabile nu se justifica functional.

Conform Normativului PD 67/80, drumurile de categoria a -III-a au urmatoarele dimensiuni in profil transversal:

- latimea partii carosabile 2,75 m

- latimea acostamentelor 2 x 0,375 m

- platforma 3,50 m

Realizand platforma in varianta benzilor de rulare, (fig.28),dimensiunile trebuie sa fie :

- latimea benzilor de rulare 2 x 1,00 m

- latimea acostamentelor 2 x 0,375 m

- platforma 3,50 m

Latimea platformei de 3,50 m a drumurilor secundare, se adopta numai pana la declivitati maxime de 9%. Pe sectoarele de drum cu declivitati mai mari de 9% se da un spor latimii platformei de 0,5 m, iar partii carosabile de 0,25m pentru siguranta circulatiei. Pornind de la aceste prevederi ale normativului, dimensiunile in profil transversal vor fi urmatoarele:

- latimea benzilor de rulare    2 x 1,125 m

- latimea acostamentelor    2 x 0,50 m

- platforma    4,00 m

Fig. 28 - Amplasarea benzilor de rulare in cadrul profilului transversal

Pornind de la dimensiunile profilului in aliniament, in curbe cu raze mai mici de 100 m se aplica supralargirea benzilor de rulare, pe motiv ca urmele rotilor de la puntea din spate nu se suprapun pe urmele rotilor din fata. Supralargirile benzilor se aplica de fiecare data la interiorul curbei. Supralargirile ce se aplica benzilor de rulare se redau, functie de raza de racordare a curbei, in tabelul 16

Tabelul 16

Supralargirile in cazul benzilor de rulare utilizate

la drumurile sumar amenajate

În curbe, prin profilul transversal tip, cele doua benzi de rulare se adapteaza constructiv si se pozitioneaza fata de ax.

Grosimea benzilor de rulare va trebui sa se determine prin calcul folosindu-se metoda in vigoare pentru dimensionarea sistemelor rutiere.

Structura de alcatuire a benzilor difera de la caz la caz, in functie de materialele minerale cele mai frecvente in zona si cele care comporta costuri mici la transport. Se va prefera realizarea lor din piatra sparta, obtinuta din cariere organizate local, (derocari de pe traseu) si prelucrari sumare cu concasoare mobile.

Benzile de rulare se pun in opera dupa realizarea platformei drumului in forma finala, nivelata si adusa la profilul preconizat - profil in doua pante cu inclinare de 4-5% sau cu raza mica in profil cu panta unica, cu inclinarea de 2 - 4%, maxim 6% in curbele cu raze minime, cu profil transversal suprainaltat.

Dupa ce platforma a fost finisata si adusa la forma finala, se trece la realizarea canalelor in care se vor executa cele doua benzi de rulare. Cele doua canele au latimea de cate 1,00 m fiecare si adancimea conforma grosimii stratului rutier,fiind realizata cu excavatorul cu cupa intoarsa. Acesta se va centra pe axul viitoarei benzi de rulare si va sapa cu cupa intoarsa la o adancime apropiata de grosimea benzii. Pamantul rezultat din saparea benzilor va fi descarcat direct intr-o remorca "gat de lebada" de 4 tone, atasata de un tractor ce se deplaseaza in fata excavatorului pe platforma realizata si compactata a viitorului drum forestier (fig. 29).

Fig. 29 - Excavarea benzilor de rulare si completarea lor cu balast sau piatra sparta

Benzile se vor realiza separat, mai intai prima, apoi cea de a doua banda, aceasta din necesitatea ca excavatorul sa se deplaseze longitudinal, urmarind axa benzii de executie. Frontul de lucru depinde de alternantele traseului intre TFT si stanca,dar nu va depasi 100-300 m, in ideea de a se definitiva benzile pe tronsoane. Saparea se va realiza mecanizat cu excavatorul cu cupa intoarsa in proportie de 70%.Pentru executarea canalelor este indicat sa se foloseasca cupe de capacitate mare 0,85m³,cu latimea de 100 cm, din cele ce echipeaza excavatorul S1203 (fig. 30).

Fig. 30 - Cupa pentru excavarea santurilor benzilor de rulare

Dupa realizarea grosiera a canalelor cu excavatorul urmeaza finisarea lor manuala, acordandu-se atentie finisarii manuale a marginilor fasiilor si a fundului acestora si controlandu-se, din cand in cand, adancimea si latimea fasiei. Sapatura se va realiza, in proportie de 30%,manual.

Dupa excavarea si finisarea canalelor pentru benzi, se va trece la realizarea drenurilor de acostament. Acestea se vor amenaja din 20 in 20 m, alternativ dreapta - stanga. Pentru aceasta operatie excavatorul se va deplasa longitudinal din 20 in 20 m si va sapa cu echipamentul de lucru (cupa intoarsa) in pozitie transversala. Drenurile de acostament vor avea o inclinare de, 4 -5 % spre exterior, pentru a se facilita scurgerea apei din benzile de rulare.

Dupa ce benzile au fost finisate, urmeaza compactarea acestora cu ajutorul senilelor excavatorului care realizeaza o presiune de cca. 0,5 daN/cm². Pe motiv ca excavatorul realizeaza o presiune mai mica decat cilindrul compresor (1 - 1,2daN/cm²) este indicat ca numarul de treceri pe aceeasi suprafata sa fie dublu, pentru a se ajunge la acelasi grad de compactare.

Dupa compactarea canalelor benzilor de rulare, acestea se vor completa cu material pietros. Materialul este adus cu autobasculanta si asternut in benzile de rulare cu ajutorul unui dispozitiv triunghiular montat in partea posterioara a benei. Straturile sistemului rutier al benzilor de rulare se vor asterne si compacta independent.

Dupa asternerea primului strat, acesta se niveleaza cu cupa excavatorului, prin deplasare longitudinala (fig. 31), dupa care urmeaza compactarea prin treceri repetate ale excavatorului pe fiecare din benzi (fig.32).

Fig. 31 - Nivelarea benzilor de rulare cu ajutorul cupei

Excavatorul actioneaza asupra stratului rutier pus in opera prin apasare cu cele doua senile, transmitand pietrei sau balastului, prin intermediul proeminentelor, un efort ridicat si concentrat pe suprafata de contact, actionand asupra stratului de compactat prin apasare, rulare si framantare. Dupa compactare cu excavatorul,straturile raman cu urme pronuntate, situatie ce constituie un avantaj in cazul straturilor suprapuse, prin legarea buna ce o asigura intre ele. La suprafata platformei ramane un strat necompactat de 3 - 4 cm grosime. Compactarea si netezirea ultimului strat se realizeaza prin remorcarea de catre excavator a unui tavalug cu tambure netede. De mentionat ca tavalugul se va folosi numai la ultimul strat al sistemului rutier, fiindca realizand o netezire a acestuia contribuie in acelasi timp, si la inchiderea sa, diminuand patrunderea in sistemul rutier a apei provenite din precipitatii.

Fig. 32 - Compactarea benzilor de rulare prin treceri repetate cu ajutorul senilelor excavatorului S1203

Tehnologia de realizare a benzilor de rulare cu excavatorul hidraulic pe senile nu se aplica in statiile de incrucisare si pe platforma de intoarcere din punctul final al drumului. Pe aceste zone se va realiza un profil transversal cu sistem rutier asternut pe toata latimea partii carosabile si a acostamentelor, renuntandu-se in acest caz la executarea drenurilor de acostament.

O varianta a metodei descrise anterior este aceea in care benzile de rulare si drenurile de acostament se realizeaza numai pe grosimea stratului de fundatie al sistemului rutier adoptat, urmand ca stratul de uzura sa se realizeze pe toata latimea platformei. Cea de a doua metoda are avantajul de a permite o inchidere mai buna a sistemului rutier, precum si o buna protectie a benzilor de rulare.

Realizarea practica a unui tronson de drum cu benzi de rulare se poate observa in figura 33.

Fig. 33 - Vedere de ansamblu a benzilor de rulare