Calculul și verificarea structurilor rutiere suple și semirigide cu ajutorul software-ului GeoStru® Road Pavement Design RPD

Structurile rutiere sunt alcătuite din strate suprapuse, de materiale și grosimi diferite, a căror funcție este de a prelua acțiunile generate de trafic și de a le transmite și repartiza, în mod corespunzător, către  patul drumului sau către alte structuri, precum și de a asigura condiții de siguranță și confort pentru utilizatori (suprafață de rulare plană și puțin deformabilă).

Funcțiile structurilor rutiere pot fi rezumate după cum urmează:

• Capacitatea de a distribui sarcinile pe substrat;
• Rezistența la solicitări induse de sarcină;
• Rezistența la stres (durabilitate).

Proiectarea unei structuri rutiere nu diferă, în esență, de cea a oricărei alte structuri de inginerie civilă.

Dimensionarea structurală se realizează prin alegerea:

• Grosimilor totale și ale stratelor individuale în mod adecvat;
• Proprietăților mecanice ale materialelor.

RPD “Road Pavement Design” este un software ce implementează proceduri automate pentru calculul și verificarea stratelor sistemelor rutiere suple și semirigide. Cu RPD pot fi efectuate proceduri de verificare conform metodelor empirice (precum cea propusă de AASHTO în documentul GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES) și a metodelor Ivanov si Westergaard cu implementarea calculului deformațiilor în structura multistrat.

AASHTO GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES

Metoda se bazează pe considerațiile ce rezultă din testele experimentale. Principiul general al metodei este acela de a măsura cât de rezistentă este structura rutieră în ceea ce privește numărul de vehicule (axe standard de 82 kN) la care sistemul rutier poate rezista, menținându-și funcționalitatea dorită, pentru un anumit număr de ani (stabilit ca date de proiectare egale, în cele mai multe cazuri, cu durata de viață utilă a sectorului de drum).

Este o metodă empirico-statistică care ne permite să obținem numărul cumulat (W₁₈) al axelor standard de 8.16 t (18 kip) pe care o structură rutieră îl poate suporta înainte de a ajunge la sfârșitul duratei de viață utilă.

Valoarea W₁₈ obținută trebuie deci comparată cu estimarea traficului real pe sectorul de drumul proiectat.

Metoda de dimensionare se bazează pe 4 factori care iau în considerare următoarele aspecte:

1. Caracteristicile structurale ale îmbrăcăminții rutiere;
2. Caracteristicile substratului;
3. Gradul de fiabilitate a procesului de dimensionare;
4. Degradarea limită admisă a suprastructurii (PSI).

Condiția de verificare este exprimată prin următoarea expresie: 𝑊₁₈>N₁₈

Unde:

N₁₈ = numărul de axe standard, echivalente tranzitate în timpul perioadei de viață utilă;
W₁₈ = numărul axelor standard echivalente (structura rutieră elastică), trafic admis.

Metodele se bazează pe rezolvarea problemei de deformație elasto-plastică în pământuri. Criteriul se bazează pe limitarea deformației plastice maxime care are loc la sfârșitul duratei de viață utilă a suprafeței de rulare a drumului. În general, condiția de admisibilitate a unei suprafețe de rulare este exprimată prin următoarea relație:

Unde f_adm este deformația admisibilă pe care sectorul de drum este capabil să o suporte pe durata de viață utilă, în timp ce f_d este deformația estimată și calculată în faza de proiectare. Software-ul RPD implementează două tipuri de verificări: metoda Ivanov sau metoda Westergaard.

Westergaard

Metoda Westergaard se bazează pe rezolvarea ecuației Lagrange pentru plăci subțiri. În general, metoda este un instrument pentru calcularea deformării maxime a unei plăci subțiri (structura rutieră). Criteriul de verificare (sau de proiectare) se bazează pe calculul deformării maxime a plăcii subțiri pe mediu elastic (Winkler).

Ivanov

Metoda Ivanov se bazează pe rezolvarea problemei de deformație în terenuri dată de Boussinesq. Criteriul se bazează pe limitarea deformației maxime care are loc la sfârșitul duratei de viață utilă a structurii rutiere.

Volumul de trafic, al vehiculelor etalon, care se preconizează că vor tranzita în primul an de viață util al suprastructurii, se poate calcula cu următoarea expresie:

Unde:

TGM_tot = traficul mediu zilnic (specific sectorului de drum)
p₀ = [%] vehicule etalon
p_em = [%] de trafic în direcția de deplasare
p_cor = [%] de vehicule etalon care tranzitează banda de calcul
Numărul de vehicule etalon care vor circula pe toată durata de viață utilă a structurii rutiere:

Unde:

N = durata de viață utilă a structurii rutiere
R = rata anuală prognozată de creștere a traficului etalon

Concluzii:

Programul RPD utilizează algoritmi de calcul moderni și accesibili utilizatorilor. Acesta permite efectuarea unei ANALIZE PARAMETRICE față de orice parametru ce intervine în calcul permițând, de asemenea, generarea unui raport detaliat de calcul, interfața fiind intuitivă, incluzând și referințele teoretice.

Road Pavement Design – RPD

RPD este un software ce implementeaza proceduri automate pentru calculul si verificarea straturilor sistemelor rutiere suple si semirigide. Cu RPD pot fi efectuate proceduri de verificare conform metodelor empirice (precum cea propusa de AASHTO in documentul GUIDE FOR DESIGN OF PAVEMENT STRUCTURES) si a celor rationale.

Dintre metodele rationale sunt implementate cea a deformatiei maxime (sau a lui Ivanov) sau cea a lui Westergaard, finalizata cu calculul deformatiilor in structura multistrat.

Autori:
ENGSOFT SRL
Dr. Ing. Dorin Vasile Moldovan