ORLEN ASFALT: Materiale noi care maresc durabilitatea suprafetei asfaltice

Problema durabilitatii suprafetei asfaltice este cunoscuta de majoritatea constructorilor de drumuri si este perceputa de catre toti participantii la trafic. Cu toate acestea, trebuie sa separam problemele de tip functional – asociate in primul rand cu confortul si siguranta conducerii pe drumuri – de problemele de tip structural, care privesc durata de viata a structurilor suprafetelor. Acestea din urma sunt, de asemenea, direct legate de managementul drumurilor de catre proprietarul lor. Si, cu toate ca fiecare administrator de drumuri acorda intotdeauna cea mai mare prioritate „livrarii practicabilitatii” drumului, respectiv confortului si sigurantei conducerii de catre utilizatori, acesta ar trebui sa ia in considerare si aspectul ingineresc – economic, adica ciclul de viata al intregii suprafete.

In acest context, problemele de durabilitate a suprafetelor asfaltice pot fi impartite in cele care sporesc durabilitatea straturilor individuale (solutii materiale) si cele care, prin concepte speciale de structura, cresc durabilitatea intregii structuri (reala si calculata).

Probleme de materiale

La problemele privind suprafata asfaltica putem include:

• Vulnerabilitatea stratului format din mixturile asfaltice la formarea de fagase;
• Sensibilitatea la apa si ger a stratului din mixtura asfaltica;
• Modificarea, in timp, a proprietatilor materialelor folosite la construirea drumurilor sub influenta factorilor externi, ca: UV, temperatura ridicata sau scazuta (de ex. fenomenul de intarire fizica), distrugerea granulelor agregatului (concasarea cu rotile), lustruirea suprafetei stratului de uzura etc.

Cum putem preveni problemele de material? Aici cheia este abordarea de catre constructor a suprafetei prin folosirea unor solutii inovatoare, personalizate, care permit evitarea unor asemenea probleme.

Intre acestea, putem evidentia:

• utilizarea de metode non-standard de proiectare a compozitiei mixturii asfaltice plecand de la cerintele existente, cum ar fi: dimensiunea actuala a granulatiei curbe, parametrii de volum etc.,
• utilizarea unor metode noi de analizare, atat a materialelor, cat si a mixturilor asfaltice: ex. testarea rezistentei la aparitia fagaselor la temperaturi mai ridicate sau testarea formarii de fagasuri in apa in loc de aer,
• utilizarea de materiale noi, rezistente la temperaturi extreme, cicluri de inghetare, saramura: de ex. lianti asfaltici noi, agregate, aditivi speciali etc.

Probleme de structura

Analizand problemele structurale din suprafata, putem enumera:

• deformabilitatea patului de fundatie;
• slaba rezistenta la oboseala a suprafetei;
• deshidratarea necorespunzatoare.

In acest caz, exista o serie de solutii care, atunci cand sunt aplicate la proiectarea suprafetei si mai apoi, la executia ei, pot avea un impact semnificativ asupra cresterii ciclului de viata al intregii structuri, si respectiv la imbunatatirea durabilitatii drumului construit. Acestea includ solutii din urmatoarea sfera:

• utilizarea noilor metode de proiectare (dimensionare) a suprafetei;
• utilizarea structurilor straturilor non-standard;
• utilizarea noilor mixturi asfaltice si a metodelor de proiectare;
• utilizarea materialelor noi (lianti, agregate, aditivi) care modifica modul de lucru al straturilor individuale;
• utilizarea noilor solutii geotehnice, imbunatatirea patului de fundare etc.;
• utilizarea straturilor cu o rigiditate mai mare.

Exemple selectate de materiale si metode de testare

Bitumuri inalt modificate

Analizele efectuate de mai multe centre de cercetare din intreaga lume ne-au permis sa constatam ca un continut mai mare de polimeri in liantul asfaltic permite cresterea calitatii si, respectiv, marirea semnificativa a durabilitatii suprafetei asfaltice, inclusiv rezistenta la fisurare, la aparitia fagaselor si la oboseala. Depasirea pragului de 6% – 7% m/m a elastomerului SBS produce inversarea fazelor volumetrice in mixtura asfaltica cu polimerul (acesta este rezultatul extinderii polimerului in asfalt). In acest mod, rezulta o retea continua de polimeri care actioneaza in liant si ca „armare” flexibila in mixtura asfaltica ce modifica in mod semnificativ caracteristicile straturilor.

Datorita acestor caracteristici mentionate, bitumurile inalt modificate sunt produse care au proprietati functionale foarte bune. Ele se caracterizeaza, intre altele, printr-o rezistenta foarte buna la aparitia fagaselor, la actiunea apei si a inghetului si o rezistenta ridicata la oboseala si anduranta la fisurare.

Bitumurile inalt modificate sunt, prin urmare, dedicate in special aplicatiilor care necesita o durabilitate ridicata si sunt recomandate pentru:

• suprafetele asfaltice supuse la tensiuni ridicate si deformari, de ex. la poduri sau la straturile supuse traficului greu;
• straturile de uzura subtiri si ultra-subtiri;
• straturile cu o rezistenta ridicata la temperaturi negative;
• infrastructurile cu durabilitate foarte mare la oboseala, de ex. la suprafetele de lunga durata, de tipul perpetual pavements.

Utilizarea noilor metode de testare – MSCR

In cadrul noii abordari de testare a materialelor folosite la suprafetele asfaltice, putem introduce, de asemenea, noi metode. Una dintre ele este testul MSCR, o analiza folosita de metoda americana Superpave Plus, introdusa in SUA in anul 2010.

Testul MSCR se face cu un aparat DSR, pe o proba de liant asfaltic la cea mai mare temperatura de functionare prevazuta intr-un anumit strat al suprafetei, in scopul determinarii ponderii acestui liant la cresterea rezistentei mixturilor asfaltice la deformare permanenta (aparitia fagaselor).

In cadrul MSCR sunt analizate urmatoarele mecanisme:

• mecanismul de „indoire” (fluaj) a probei de liant – in cursul unei incarcari aplicate timp de 1 secunda;
• mecanismul de „revenire” a probei de liant – in timpul unei detensionari de 9 secunde (dupa indepartarea incarcarii aplicate).

Incercarea se desfasoara la doua valori ale incarcarii aplicate: 0,1 kPa si 3,2 kPa si la temperaturile superioare la care trebuie sa lucreze suprafata executata din mixturi asfaltice care folosesc liantul analizat.

In urma analizei se obtin doua perechi de rezultate: parametrul J_nr [kPa-1] si revenirea procentuala R [%]. Din parametrii obtinuti, cheia clasificarii liantului este parametrul J_nr 3.2, ceea ce determina rezistenta liantului la deformarea permanenta – cu cat este mai mica valoarea J_nr 3.2, cu atat este mai mare rezistenta la aparitia fagaselor. Deoarece testul MSCR il putem efectua practic la orice temperatura de exploatare a suprafetei dorim, este posibil sa incercam ce lianti asfaltici sunt rezistenti la cresterea temperaturii: de exemplu, la temperatura atinsa in timpul caniculei din vara lui 2015.

In concluzie, avem un instrument alternativ pentru a evalua comportamentul liantilor in conditii climatice extreme si il putem folosi.

In figura 1 sunt prezentate rezultatele analizelor bitumurilor, efectuate la temperatura de 70 °C, analize realizate in cadrul lucrarilor de cercetare ale ORLEN Asfalt.

Exemplele selectate de solutii structurale

Suprafata de tipul perpetual

Suprafata de tipul perpetual  este o suprafata asfaltica proiectata pentru o durata de viata mai mare de 50 de ani, care nu necesita reparatii structurale semnificative (profunde), ci doar tratamente periodice de suprafata, pentru a restabili caracteristicile carosabilului (de obicei este limitata la inlocuirea stratului de uzura).

Cheia atingerii durabilitatii de 50 de ani este rezistenta adecvata la oboseala a pachetului de straturi de asfalt.

Fenomenul de oboseala a mixturii asfaltice apare atunci cand stratul este supus unei intinderi ciclice (in suprafata – la incovoiere), din cauza trecerii vehiculelor grele; in acest caz valorile unitare de deformare la intindere sunt mai mici decat rezistenta materialului si nu cauzeaza distrugerea acestuia.

Numai un numar mare acumulat de deformari ciclice determina cresterea asa-numitelor deteriorari de oboseala si, in consecinta, ruperea stratului.

In cazul suprafetei asfaltice rutiere, numarul de cicluri pana la distrugerea contractuala este de ordinul milioanelor, in cazul deformarii la tractiune.

Ingrosarea suprafetei in zona de intersectie

In zona de intersectie si in fiecare zona cu trafic lent, acolo unde viteza vehiculelor grele scade sub „viteza standard”, de (60 km/h), deformarea la oboseala, in partea de jos a fundatiei asfaltice si deformarea la presare pe suprafata patului de fundatie cresc semnificativ. Aceasta este cauza deteriorarii rapide a suprafetei, nu numai prin aparitia fagaselor structurale, dar si prin ruperea la oboseala a straturilor asfaltice. Trebuie remarcat faptul ca nu examinam aici aparitia fagaselor la accesul in intersectie cauzata de proprietatile rele ale mixturilor asfaltice, ci o problema structurala (de durabilitate) a intregii constructii.

In cazul in care suntem interesati de cresterea durabilitatii suprafetei in zona de trafic lent, cu metode mecaniciste, se poate calcula cu cat trebuie marita grosimea suprafetei pentru a compensa impactul negativ al vitezei reduse a vehiculelor.

Rezultate

Pe piata exista materiale care permit atingerea unor parametri peste standardele mixturilor asfaltice. Ramane deschisa intrebarea: cum sa se proiecteze o astfel de mixtura si ce analize sa se efectueze?

Conceptele structurale sunt, de asemenea, caracterizate printr-un potential ridicat, dar necesita o colaborare cu specialisti din metodele mecaniciste de proiectare structurala.

Ambele directii de actiune – de materiale si de structura – ofera posibilitati crescute atat firmelor care construiesc, cat  si investitorilor, pentru a creste durabilitatea suprafetelor asfaltice.

Autori:
ing. Krzysztof Błażejowski, mgr. ing. Marta Wójcik-Wiśniewska – ORLEN Asfalt Sp. z o.o. 

Contact:
ORLEN Asfalt Sp. z o.o. PLOCK – Sucursala Bucuresti
Strada  Buzesti nr. 75-77, ET. 6,
CAM. 61, 62, 63, 64
01 1013 Bucuresti, Sector 1, Romania

Terminal
Comuna Floresti
Sat Floresti, nr. 4
Judetul Prahova

www.orlenasfalt.ro

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 134 – martie 2017, pag. 42