STRATURI RUTIERE DIN AGREGATE NATURALE STABILIZATE

Tehnologia stabilizarii diverselor materiale locale, folosite pentru executarea unor staturi rutiere, se utilizeaza pe scara larga in tehnica rutiera. Comportarea buna sub solicitarile traficului, ale factorilor climaterici si hidrologici justifica folosirea pe scara tot mai larga a materialelor stabilizate cu lianti la realizarea straturilor din sistemul rutier.

Dupa modul in care se actioneaza asupra proprietatilor fizico-mecanice ale materialelor, sunt cunoscute mai multe metode de stabilizare, dintre care cele mai importante sunt:

- stabilizarea mecanica; - stabilizarea cu lianti; - stabilizarea cu substante chimice.

1. Stabilizarea mecanica Prin stabilizare mecanica se intelege complexul de operatii prin care se

realizeaza imbunatatirea granulozitatii si ridicarea gradului de compactare a materialelor, in vederea executarii de straturi rutiere cu o capacitate portanta sporita, fara intrebuintare de lianti.

Straturile rutiere din pamanturi stabilizate mecanic se folosesc ca straturi de fundatie. Aceste straturi pot fi alcatuite din pamanturi necoezive (bolovanis, pietris, nisip), materiale rezultate din pietruirile existente scarificate, balasturi, pietrisuri concasate si deseuri de cariera. Proprietatile fizice ale materialelor de stabilizat trebuie sa corespunda anumitor prescriptii, si anume:

- indicele de plasticitate Ip este de 6 ... 8 %; - echivalent de nisip EN ≥30 %; - compozitie de granulozitate continua, care sa se incadreze in zona

din figura 1.

Figura 1

De asemenea, materialul de stabilizat nu trebuie sa contina bulgari de argila, resturi organice sau alte impuritati si nici elemente moi sau gelive in proportie mai mare de 5 % din masa totala a fractiunilor cu dimensiuni de 16 ... 71 mm.

Umiditatea optima de compactare (wopt) se determina dupa metodologia cunoscuta.

Grosimea minima, admisa pe considerente constructive, a stratului stabilizat mecanic este de 10 cm, iar grosimea maxima de compactare este de 15 cm. Daca din calcul rezulta o grosime a stratului mai mare de 15 cm, stabilizarea se face in mai multe straturi.

In vederea executarii straturilor rutiere din mareriale stabilizate mecanic, se fac o serie de incercari, si anume:

- incercari preliminare de laborator; - incercari pentru determinarea caracteristicilor de compactare ale

materialului; - incercari in timpul executiei.

In cadrul incercarilor preliminare de laborator se determina: compozitia de granulozitate a materialului; •

• • •

•

indicele de plasticitate, Ip; continutul de materii organice; continutul de materii moi si gelive.

Incercarile pentru determinarea caracteristicilor de compactare ale materialelor cuprind determinarea urmatoarelor caracteristici:

densitatea in stare uscata, dρ ; •

• •

densitatea in stare uscata in laborator, prin metoda Proctor modificat, ; max.dρ

umiditatea optima de compactare, wopt; gradul de compactare, D:

100max.

⋅ρ

ρ=

d

dD [%]

In timpul executiei se fac urmatoarele determinari: compozitia de granulozitate a materialului folosit; •

• • •

grosimea stratului rutier; umiditatea la care se face compactarea; gradul de compactare realizat.

Pentru imbunatatirea calitatii materialelor care urmeaza a fi stabilizate mecanic se folosesc diferite metode, prin care se actioneaza asupra caracteristicilor materialelor. Astfel, se poate actiona asupra marimii frecarii interioare asigurate de scheletul mineral din amestec, asupra coeziunii date de proprietatile de liant ale argilei continute in material sau asupra gradului de indesare a materialului, asigurat de granulozitatea si compactarea amestecului.

Rezultate bune se obtin prin: - concasarea partiala a agregatului mare (peste 30 ... 40 mm); - utilizarea in exclusivitate de material concasat cu agregat mare; - incorporarea, prin cilindrare, de piatra sparta, dura, cu dimensiuni de

25 .. 40 mm, in partea superioara a stratului; - incorporarea in amestecul utilizat ca strat de uzura a unor substante

chimice higroscopice (cum sunt clorura de calciu sau clorura de sodiu), care asigura mentinerea umiditatii stratului la o valoare de echilibru chiar si pe vreme uscata.

Rezultate bune se obtin in toate cazurile, daca materialul ce se stabilizeaza mecanic are o curba de granulozitate adecvata si operatia de compactare se face in conditii bune.

2. Stabilizari cu lianti. O imbunatatire insemnata a proprietatilor fizico-mecanice ale materialelor de

masa folosite in straturile rutiere poate fi obtinuta prin stabilizarea acestora cu lianti. Dupa natura liantului folosit, stabilizarile cu lianti se pot clasifica astfel:

- stabilizari cu lianti minerali; - stabilizari cu lianti puzzolanici; - stabilizari mixte.

Stabilizarile cu lianti minerali imbunatatesc in special proprietatile mecanice ale materialelor, prin formarea de legaturi rigide in urma intaririi liantilor. Totodata, se amelioreaza intr-o oarecare masura si proprietatile fizice ale materialelor. Liantii minerali cei mai utilizati sunt liantii hidraulici, iar dintre acestia cimenturile Portland, metalurgic, cimentul de furnal, cimentul cu tras etc. De asemenea, se folosesc si alti lianti hidraulici, cum este varul hidraulic.

2.1 Stabilizarea cu ciment. Stabilizarea cu ciment a materialelor locale este frecvent utilizata in tehnica

rutiera. Prin stabilizarea cu ciment a pamanturilor sau a altor tipuri de materiale se

intelege imbunatatirea adusa proprietatilor lor fizice, chimice si mecanice, obtinuta prin amestecarea acestor materiale cu cantitati determinate de ciment si apa si prin compactare energica.

In acest fel se obtine un material apt pentru construirea unui strat rutier durabil, capabil sa reziste actiunilor combinate ale factorilor climaterici, hidrogeologici si de trafic.

Stabilizarea cu ciment se poate folosi in urmatoarele scopuri: - ameliorarea capacitatii portante a straturilor superioare din

terasamente; - realizarea straturilor de fundatie din sistemele rutiere rigide si

nerigide; - largirea fundatiilor la modernizari si reabilitari; - consolidarea acostamentelor.

Pentru stabilizarea cu ciment se pot folosi urmatoarele materiale: - pamanturi din platforma unui drum existent de pamant sau rezultate

in urma executarii terasamentelor; - pamanturi din gropi de imprumut de pe zona sau din apropierea

drumului; - pietruiri existente scarificate si reprofilate; - balasturi sau nisipuri locale; - deseuri de cariera nesortate, zgura de furnal etc.

Straturile executate din mareriale stabilizate cu ciment sau practic impermeabile, nedrenante si au o capacitate portanta ridicata. Ele nu sunt rigide si nu produc efect de dala, fiind considerate ca straturi suple, deoarece au numeroase microfisuri. Pentru evitarea transmiterii fisurilor pana la suprafata imbracamintei bituminoase se recomanda:

- in cazul straturilor stabilizate cu ciment, din materiale fine sau monogranulare (pamanturi nisipoase, prafoase, argiloase, nisipuri monogranulare), aplicarea unei imbracaminti bituminoase de minimum 10 cm grosime;

- in cazul straturilor stabilizate cu ciment, din materiale granulare (balasturi, balasturi nisipoase, nisipuri grosiere, pietrisuri, deseuri de cariera etc.) avand o granulozitate continua, apicarea unei imbracaminti bituminoase in grosime de minimum 7.0 cm;

- introducerea intre stratul stabilizat si imbracaminte a unui strat de baza din piatra sparta cilindrata si indopata cu spit bitumat sau nisip bituminos, capabil de a prelua fisurile produse de stratul stabilizat.

Materialele locale care urmeaza a fi stabilizate cu ciment trebuie sa indeplineasca a serie de conditii privind compozitia de granulozitate si compozitia chimica.

Cu privire la compozitia de granulozitate, se mentioneaza urmatoarele: - granulozitatea trebuie sa fie continua (fig. 2); - dimensiunea maxima a granulei va fi de 25 mm pentru stratul de baza,

de 31.5 mm pentru stratul de fundatie si de 63 mm pentru stratul de forma; - coeficientul de neuniformitate, min 8; - uzura Los Angeles, max 35%; - echivalentul de nisip EN > 30%; - indicele de plasticitate, max 10%; - continutul de sulfati si sulfuri, exprimat in anhidrila sulfurica (SO3),

<0.2 %; - continutul de saruri de magneziu, exprimat in oxid de magneziu (Mg),

< 2%; - concentratia ionilor de hidrogen, pH > 5%;

Pamanturile care nu satisfac caracteristicile de mai sus se pot corecta prin: - adaosuri de var bulgari, var nehidratat sau var in pulbere pentru

corectarea plasticitatii pamanturilor coezive; - adaosuri de clorura de calciu pentru corectarea continutului de

substante organice si humus.

Rc14 ≥1.25 Rc7 (2) In anumite cazuri se determina si rezistenta la compresiune dupa 7 zile de

pastrare in atmosfera umeda si 7 zile de imersare in apa, Rc7+7, care trebuie sa indeplineasca conditia:

Rc7+7 ≥0.80 Rc14 (3)

Rezistenta la intindere prin comprimare pe generatoare, Rt7, se determina pe epruvete cilindrice pastrate 7 zile in atmosfera umeda. Intre aceasta si rezistenta la compresiune Rc7 exista urmatoarea relatie:

77 29.41

ct RR ⋅= (4)

Folosind valorile Rt7 si Rc7 se pot reprezenta cercurile lui Mohr si se pot determina caracteristicile la taiere, unghiul de frecare interna φ si coeziunea C.

Rezistenta la intindere prin comprimare pe generatoare se mai determina si pe epruvete pastrate 14 zile in atmosfera umeda si pe epruvete pastrate 7 zile in atmosfera umeda si 7 zile imersate in apa.

Absortia de apa a probelor pastrate 7 zile in atmosfera umeda si 7 zile imersate in apa, A, trebuie sa fie de maximum 5%, iar umflarea volumetrica de maximum 2%.

Caracteristicile fizico-mecanice ale amestecurilor de agregate naturale sau pamanturi, ciment, apa sunt conform tabelului 1.

Tabelul 1. Caracteristicile materialelor stabilizate cu ciment

Rezistenta la compresiune la

varsta de 7 si 28 zile, N/mm2

Stabilitatea la apa, %, max Pierdere de masa, %, max

Denumirea stratului si a

lucrarii Rc7 Rc28

Scaderea rezist. la

compresi-une ctR∆

Umflare volumica

Ut

Absorbtie de apa

At

Saturare

Psu

Inghet-dezghet

Pid

Strat de baza pentru sisteme rutiere nerigide, platforme si locuri de parcare

1,5 ... 2,2 2,2 ... 5,0 20 2 5 7 7

Strat de fundatie pt. sisteme rutiere nerigide sau rigide; consolidarea benzilor de incadrare si a acostamentelor

1,2 ... 1,8 1,8 ... 3,0 25 5 10 10 10

Strat de forma 0,8 ... 1,2 1,2 ... 2,0 - - - - -

2.2 Stabilizarea cu var. Studiile si cercetarile privind stabilizarea cu var a pamanturilor au scos in

evidenta modificarile pe care le determina varul asupra proprietatilor pamanturilor prafoase si argiloase. Actiunea varului asupra pamanturilor se manifesta diferit, in functie de tipul pamantului si de starea lui de umiditate, de forma sub care este utilizat varul (praf de var nestins, praf de var stins sau pasta de var diluata).

Efectele varului asupra pamanturilor sunt: - modificari in procesul de absorbtie a argilelor, reducandu-se mult

sensibilitatea la apa; - flocularea argilei si glomerularea pamantului, obtinandu-se o

compozitie de granulozitate imbunatatita si o lucrabilitate superioara; - reducerea plasticitatii pamanturilor argiloase, in special pe seama

cresterii limitei inferioare de plasticitate, ca urmare a modificarilor produse in complexul de absortie a argilelor si a flocularii acestora;

- marirea coeziunii, rezistentei mecanice si capacitatii portante a pamanturilor;

- uscarea pamanturilor supraumezite, proces ireversibil care permite includerea pamanturilor necorespunzatoare in categoria pamanturilor utilizabile in tehnica rutiera, atat pentru executarea terasamentelor, cat si a straturilor rutiere;

- schimbarea concentratiei ionilor de hidrogen, valoarea pH-ului crescand si mentinandu-se ridicata mult timp.

Cercetari efectuate asupra unor tipuri variate de pamanturi argiloase au aratat ca, prin tratarea cu 3 … 6 % var, limita superioara de plasticitate wA scade de la 56.4 … 79 % la 40.8 … 61.8 %, iar indicele de plasticitate Ip de la 24 … 40 % la 9.2 … 27.7 %. Un pamant argilos, avand un indice de plasticitate Ip = 25 % si o rezistenta la compresiune de 0.08 N/mm2, a atestat dupa stabilizarea cu 4.5 % var un indice de plasticitate Ip = 10.4 % si o rezistenta la compresiune de 2.2 N/mm2, iar dupa o stabilizare cu 6 % var, o rezistenta la compresiune de 2.9 N/mm2. La tratarea cu numai 1 … 2 % var stins, concentratia ionilor de hidrogen creste de la pH 7 … 8 la pH 11.5 … 12, in continuare pH-ul micsorandu-se putin, ramanand apoi constant (pH 9 … 10).

Materialele folosite pentru stabilizarea cu var pot fi, practic, toate pamanturile. Argilele grele se recomanda a fi tratate cu var in doua reprize, la intervalul de 48 de ore. Pe masura ce pamantul este mai nisipos, eficacitatea stabilizarii cu var scade.

Varul utilizat este varul obisnuit sub forma de praf de var nestins, praf de var stins sau pasta de var diluata cu apa, in functie de necesitati.

2.3 Stabilizarea cu lianti puzzolanici. Prin stabilizarea cu lianti puzzolanici se intelege imbunatatirea adusa

proprietatilor fizico-chimice si mecanice ale agregatelor naturale sau pamanturilor, prin amestecarea lor cu cantitati determinate de liant, apa si activator (ciment sau var) si prin compactare.

2.3.1 Macanismul de intarire a liantilor puzzolanici. Pentru a pune in evidenta mecanismul de intarire si transformarile chimice

care au loc in acest proces, trebuie urmarit modul de evolutie in timp a rezistentelor mecanice ale liantilor puzzolanici.

Studiile si cercetarile s-au efectuat pe epruvete cilindrice, preparate dintr-un amestec de material puzzolanic macinat, var stins si apa. Dupa pastrarea epruvetelor in atmosfera umeda un timp de 28, 36, 56, 120, 152 de zile, acestea au fost supuse la rupere prin compresiune pe generatoare.

Rezultat

zile, apoi, intreaceasta varsta csazuta.

Pentru determinari:

- can- pro

1/50; - can

continutul Evolutia

Figura 2

ele obtinute (fig. 2) arata ca rezistentele cresc liniar pana la 56 de 56 si 100 de zile viteza de crestere a rezistentelor scade, iar de la performantele mecanice continua sa creasca liniar, dar cu o viteza

aprecierea vitezei de reactie puzzolanica se recurge la trei

titatea de var liber rezidual; centul de alumina si de silice solubil intr-o solutie de acid clorhidric

titatea de apa legata chimic, determinata prin diferenta intre de apa initial si pierderea in greutate la 60oC in vid. acestor parametri in timp este indicata in figura 3.

Figura 3

Se remarca faptul ca nu exista o proportionalitate care sa fie respectata intre acesti parametri. Intr-adevar, daca se reprezinta (fig. 4) raportul silice/alumina solubila se constata ca acest raport are valori intre 6 si 17, iar din figura se observa o mobilizare mai mare a silicei solubile la varste mai tinere, urmand ca la 50 de zile cele doua componente sa participe aproximativ in aceeasi masura.

Daca se calculeaza si se reprezinta raportul var consumat silice – alumina solubila, se constata o evolutie cuprinsa intre 1.3 si 0.95. Se remarca, de asemenea, valoarea raportului egala cu 1 la varsta de 93 de zile.

Pentru a pr

liantului puzzolaamestec de nisip c

Compozitia- 80 % - 20 %

Granulozita- ciurur- treceri

Dupa prepasolicita la compre

Rezistentelare alura din figur

Figura 4

eciza importanta diferitilor parametri care influenteaza intarirea na + var se urmaresc rezistentele mecanice in timp ale unui oncasat (material puzzolanic) si var nestins in pulbere. amestecului este urmatoarea:

puzzolana concasata 0 ... 2; var in pulbere nestins. tea puzzolanei concasate 0 ... 2 a fost urmatoarea:

i, (mm) 3, 1, 0.63, 0.2, 0.08; , (%) 100, 76, 54, 28, 12. rare, epruvetele sunt conservate in atmosfera umeda, dupa care se siune simlpa dupa 7, 14, 28, 90, 120, 150 si 180 de zile. e la compresiune obtinute pe epruvete se inscriu pe o curba care a 5.

In prima p

mod liniar cu varresistentele crescrezistentele cresc an si chiar mai mB este cu mult ma

In functie puzzolanele pot f

- puzzo4.10, curba A)

- puzzo4.10, curba B)

- puzzo4.10, curba C

O influentacontinutul de part

Evolutia rcomplexa de timcompozitia chimiacestor rezistentepermite sa reprezDezavantajul acrezistentelor final

Figura 5

erioada, pana la 90 de zile, rezistentele la compresiune cresc in sta, in a doua perioada, care este cuprinsa intre 90 si 120 de zile, inca liniar, urmand apoi perioada intre 120 si 150 de zile, cand mai lent (portiunea curba din grafic). Dupa 180 de zile pana la un ult, rezistentele cresc in mod liniar, dar in acest timp panta dreptei i mica decat cea obtinuta in prima perioada. de perioadele de intarire si de rezistentele la compresiune,

i impartite in trei familii de materiale: lane foarte reactive: R, la 180 de zile in jur de 15.0 N/mm2 (fig. ; lane reactive: R, la 180 zile de cu putin peste 10.0 N/mm2 (fig. ; lane slab reactive: R, la 180 de zile cu mult sub 10.0 N/mm2 (fig. ). hotaratoare asupra caracteristicilor mecanice ale liantului o are si i fine (< 0.08 mm) al puzzolanei. ezistentelor mecanice ale liantilor puzzolanici este o functie p, ea depinzand in acelasi timp de viteza de hidratare si de ca a puzzolanelor. Pentru a putea reprezenta curba de evolutie a , se recurge cel mai adesea la o reprezentare logaritmica, care ne entam curba de variatie a acestor rezistente in functie de timp. estor reprezentari este ca nu permit estimarea precisa a e.