Microsoft Word - ghid lucrari.doc

Transcriere

1 STUDIU PRIVIND CONCEPȚIA ȘI DIMENSIONAREA STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE Ionela Scânteianu (Botezatu) 1 Diana-Nicoleta Dragoslav (Dima) 2 ABSTRACT The paper presents research results on the conception and structural design of durable airport pavements, using various design methods. After a short introduction, presenting the general principles of classical flexible airport pavement, the concept of sustainable airport pavement is analyzed. Comparative studies have been carried out between the concept of classical and sustainable airport pavement using the French design method. Finally, the conclusions on the conception and structural design of sustainable airport pavement are presented. REZUMAT Lucrarea prezintă cercetări privind concepția și dimensionarea structurilor aeroportuare rutiere flexibile durabile, folosind diferite metode de dimesionare. După o scurtă introducere, în care sunt prezentate principiile generale de dimensionare ale structurilor rutiere aeroportuare flexibile clasice, este analizat conceptul structurilor rutiere aeroportuare flexibile durabile. Au fost realizate studii comparative între conceptul structurilor rutiere aeroportuare flexibile clasice și cele durabile folosind metoda de dimensionare Franceză. În cele din urmă sunt prezentate concluziile privind concepția și dimensionarea structurilor rutiere aeroportuare flexibile durabile. CUVINTE CHEIE: STRUCTURI RUTIERE AEROPORTUARE; STRUCTURI DURABILE; PISTE AEROPORTUARE. 1. INTRODUCERE Transportul aerian a devenit în timp o formă principală de transport, preferată de cei care vor să se deplaseze repede, dar şi de cei care doresc să transporte mărfuri perisabile sau de mare valoare. În comparație cu structurile rutiere destinate drumurilor, structurile rutiere destinate pistelor aeroportuare, deși fac parte din aceeaşi familie structurală, acestea au rolul de a oferi o platformă suficient de rezistentă pentru a asigura decolarea și aterizarea aeronavelor în condiţii optime de siguranţă şi confort. Datorită încărcărilor complexe transmise de aeronave, a modului de exploatare şi expunerea în mai mare măsură la condiţiile climatice (absenţa vegetaţiei de protecţie) conduc la moduri de solicitare diferite decât cele aferente drumurilor (Zarojanu, 2010). În alcătuirea structurilor aeroportuare trebuie să se ţină cont de încadrarea acestora în conceptul dezvoltării durabile, print-o dimensionare adecvată şi folosirea eficientă a resurselor. 1) S.C. BITUNOVA ROMANIA S.R.L. 2) Univ. Tehnică Iaşi, Facultatea de Construcţii

2 2. DIMENSIONAREA STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE Structura rutieră aeroportuară are principalul rol de a prelua încărcările date de traficul aerian și de a le transmite terenului de fundare, fără a suferi deformații ireversibile. Dimensionarea structurilor rutiere aeroportuare are particularitatea de a se dezvolta permanent sub aspectul îmbunătăţirii schemei de calcul, care să poată reproduce, cât mai bine, comportarea reală a structuri aeroportuare în exploatare. Dimensionarea fiecărei structuri aeroportuare reprezintă un caz particular datorită diversităţii încărcărilor din trafic şi a varietăţilor tipurilor terenurilor de fundare (Andrei, 2003). În acest studiu, au fost luate în considerare două tipuri de structuri rutiere aeroportuare flexibile, și anume una clasică și una durabilă. La proiectarea structurilor rutiere aeroportuare se consideră faptul că aceasta reprezintă un sistem elastic alcătuit din mai multe straturi, materialele din alcătuirea acestora fiind caracterizate prin moduli de elasticitate. Structurile rutiere aeroportuare trebuie să îndeplinească: - condiţii funcţionale : integritatea suprafeţei și aderenţa pneu-cale - de portanţă : funcţionarea corectă a sistemului de drenare (Zarojanu,2010). Dimensionarea structurilor rutiere aeroportuare a fost realizată conform metodei franceze (ICAO 9157), care implică următorii pași: - colectarea datelor din trafic pentru perioada de perspectivă (sarcini, mișcări); evaluarea caracteristicilor solului (CBR Californian Bearing Ratio) și factorii climatici; - calculul grosimi structuri rutiere aeroportuare echivalente. 3. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE FLEXIBILE CLASICE Structurile rutiere aeroportuare flexibile clasice sunt alcătuite din: trei straturi asfaltice, un strat de bază și un strat de fundație (ICAO 9157) conform Figurii 1. StAA16 Figura 1 - Structură rutieră aeroportuare flexibilă clasică În dimensionarea structuri rutiere aeroportuare flexibile au fost efectuate următoarele etape în conformitate cu normele franceze și cele românești penru verificarea structurii rutiere aeroportuare la acțiunea fenomenului de înghețdezgheț.

3 Etapa 1. Date generale Studiul a fost efectuat pentru un sector de pistă localizat lângă oraşul Iaşi cu un Tip climateric I, având valoarea minimă a terenului de fundare CBR1 de 3% (CBR- Californian Bearing Ratio ), corespunzătoare pământurilor cu portanță scăzută, tip D, pentru îmbunătățirea și uniformizarea calității pământului de fundare se i-a în calcul realizarea unei perne de pământ stabilizat cu ciment de 35 cm cu o valoarea maximă CBR 2 de 10% a terenului de fundare îmbunătăţit. Avionul caracteristic Boeing , cu aterizor tip Boghiu, având următoarele caracteristici conform Tabel 1. Tabel 1 - Caracteristicile aeronavei Boeing Masele ACN maximă M/ Procentul de Structuri aeroportuare flexibile (CBR) minimă m repartiție pe Presiunea Foarte Scăzut Mediu Ridicat (KN) aterizorul principal standard în pneuri (MPa) Scăzut D C B A B ,50% 1, Pentru evaluarea intensității traficului s-a luat în considerare condițiile unui trafic normal, respectiv 10 mișcări pe zi, timp de 10 ani, unde o mișcare reprezintă trecerea avionului pe suprafața structurii aeroportuare prin intermediul unui aterizor real în cadrul unei manevre (aterizare, decolare, rulaj la sol). Etapa 2. Stabilirea încărcării de calcul Încărcarea de calcul P se stabileşte prin ponderarea sarcinii P cu relația: 1 P 57 P 57 c 1 unde: P = 47,5% masa totală la decolare = > 0, ,0 t = 57,00 t c = 1,2 0,2 log n - coeficientul de corecţie = > c = 1,2 0,2log10 =1 Etapa 3. Calculul grosimii echivalente a structuri rutiere aeroportuare Pornind de la datele generale, respectiv P și CBR1, se determină grosimea echivalentă totală a întregii structuri aeroportuare folosind diagrama din Figura 2. Figura 2 - Grosimea totală echivalentă a structurii rutiere aeroportuare He (cm)

4 Etapa 4. Determinarea grosimii recomandate a structurii rutiere aeroportuare Grosimea echivalentă a structurii rutiere aeroportuare se determină cu relația: CBR2 CBR1 e He h 126,15 CBR2 CBR1 unde: H e -grosimea totală echivalentă a structurii rutiere aeroportuare; h - grosimea îmbunătăţit = 35 cm.; CBR1 -valoarea minimă a ternului de fundare de 3%; CBR2 -valoarea maximă a terenului de fundare îmbunătăţit de 10%. Etapa 5. Determinarea grosimii echivalente a straturilor din agregate tratate cu lianţi (H sf ) Se stabilește cu ajutorul diagramei din Figura 3 în funcție de valoarea CBR 2 a terenului de fundare îmbunătăţit și grosimea recomandată a structurii aeroportuare (e). Figura 3 - Grosimea echivalentă a de fundație Hsf (ICAO Doc9157) În Tabelul 2 este prezentată grosimea echivalentă a straturilor structurii aeroportuare, coeficienţi de echivalare şi grosimea echivalentă totală a structurii. Tabel 2 -Grosimea echivalentă totală a structurii aeroportuare flexibile calsice Nr. Crt Modul de alcătuire al structurilor Grosimea echivalentă a h i (cm.) Coeficientul de echivalare C i Grosimea echivalentă a h ech = h i x c E 1 Beton asfaltic BAA16 2 Beton asfalticbaad25 3 Mixtură asfaltică 25 1,5 37,50 ABB31 4 Balast stabilizat 24 1, Balast 50 0,75 37,50 Grosimea echivalentă totală a structurii rutiere aeroportuare 137,00

5 Se constată că grosimea echivalentă totală a structurii rutiere aeroportuare de 137 cm este mai mare decât grosimea recomandată (e =126,15 cm.) corespunzătoare duratei de exploatare de 10 ani Etapa 6. Verificarea structurii propuse la acțiunea de îngheț dezgheț (conform STAS 1709/1 și STAS 1709/2) Conform Tabelul 3 structura aeroportuare flexibilă clasică considerată este viabilă și asigură valoarea minimă impusă (0,40) pentru gradul de asigurare K. Tabel 3 -Verificarea structurii rutiere aeroportuare la acţiunea fenomenului de îngheț - dezgheț Parametric de calcul Valoare He, cm 75,10 Zcr = Z + (H SR - H e ) cm (112-75,10) = 143,90 K 0,52 Criteriul de verificare K 0,40 VERIFICĂ Etapa 7. Determinarea numărului PCN Grosimea echivalentă totală H ech conform relației devine: H ech = 5x2 + 8x2 + 25x1,5 + 24x1,5 + 50x0, x0,84 = 166,40 cm Încărcarea pe roata simplă izolată RSI = 50 tf şi se determină cu diagrama din Figura 4, în funcție de H ech =166,40 cm și valoarea CBR1 a terenului de fundare de 3%. Figura 4 - Determinarea încărcării pe roata simplă izolată RSI Conform relaţiei şi a datelor anterioare, numărul de clasificare a structurii aeroportuare devine: PCN =1,5 x 50 tf/1,0 = 75 F/D/W/T Structura aeroportuare flexibilă clasică este dimensionată pentru un teren de fundare de categoria D și aeronave cu presiunea în pneuri nelimitată.

6 4. PROIECTAREA ȘI DIMENSIONAREA STRUCTURILOR RUTIERE AEROPORTUARE DURABILE Cercetările au arătat că aceste structuri bine proiectate şi executate, care au fost clasificate ca fiind fie,,full-depth (structuri asfaltice construite direct pe terenul de fundare) sau deep-strength (structuri asfaltice construite pe un start de agregate naturale) prezintă o durată de serviciu de două ori mai mare decât a structurilor asfaltice clasice, având nevoie doar de lucrări periodice de întreţinere pentru a elimina defectele și de a îmbunătăți calitatea suprafeţei de rulare (Newcomb,E.D.Will,R. Timm H.D,2010). Conceptul de bază privind structura durabilă îl reprezintă realizarea unei structuri multistrat elastică, care este alcătuită dintr-un stratul de fundaţie şi trei straturi asfaltice, şi anume: - stratul inferior rezistent la compresiune şi întindere; - stratul intermediar rezistent la compresiune ; - stratul superior rezistent la compresiune şi întindere. Este important să se utilizeze mixturi asfaltice adecvate în straturile asfaltice ţinând cont de faptul că fiecare strat servește unor funcții specifice. În conformitate cu Figura 5 a fost adoptată o structură rutieră aeroportuare durabilă având o grosime totală de 130 cm. Figura 5 - Structură rutieră aeroportuare flexibilă durabilă Pentru dimensionarea structurii rutiere aroportuare durabile propuse au fost urmărite aceleași etape ca în cazul structurii rutiere aeroportuare clasice. Etapa 1. Date generale sunt identice cu cele stabilite pentru structura clasică 1 P 57 Etapa 2. Stabilirea încărcării de calcul P 57 t. c 1 Etapa 3. Grosimea echivalentă a structuri rutiere aeroportuare He =145 cm. Etapa 4. Grosimea recomandată a structurii rutiere aeroportuare e=126,15 cm. Etapa 5. Determniarea grosimii echivalente a structurii La stabilirea grosimii echivalente a straturilor componente se ține seama de coeficienții de echivalare conform metodologiei franceze după cum se arată în Tabelul 4.

7 Tabel 4 - Grosimea echivalentă totală a structurii rutiere aeroportuare durabile Nr. crt Denumirea Grosimea echivalentă a h i (cm.) Coeficientul de echivalare c i Grosimea totală echivalentă a h ech = h i x c E 1 Mixtură 5 2,4 12 asfaltică MAS16 2 Macadam 25 2,3 57,5 asfaltic 3 Mixtură 5 2,4 12 asfaltică MAS16 4 Balast 60 0,75 45 Grosimea echivalentă a structurii 126,5 Se constată că grosimea echivalentă totală a structurii aeroportuare de 126,50 cm este mai mare decât grosimea echivalentă (e) de 126,15 cm corespunzătoare duratei de exploatare de 10 ani. Conform prevederilor metodologiei franceze de dimensionare această structură este viabilă pentru un trafic normal de 10 mişcări tip de 10 ani și corespunde tipului de avion caracteristic considerat. Etapa 6. Verificarea structurii propuse la acțiunea fenomenului de îngheț dezgheț (conform STAS 1709/1 și STAS 1709/2) Conform Tabelului 5 structura rutieră aeroportuară durabilă este viabilă și asigură valoarea minimă impusă 0,40 pentru gradul de asigurare la îngheţ K. Tabel 5 - Verificarea structurii rutiere aeroportuare durabile la acţiunea fenomenului de îngheț - dezgheț Parametric de calcul Valoare He, cm 69,75 Zcr = Z + (H SR - H e ) cm (95-69,75) = 132,30 K 0,52 Criteriul de verificare K 0,40 VERIFICĂ Etapa 7. Determinarea numărului PCN Determinând grosimea totală echivalentă (H ech = 5x2,4 + 25x2,3 + 5x2,4 + 60x0, x0,84 = 155,90 cm) şi încărcarea pe roată simplă izolată (RSI = 45 tf şi se determină cu diagrama din Figura 6, în funcție de H ech și valoarea CBR1), se determină numărul PCN. PCN =1,5 x 45 tf/1,0 = 67,5 68 F/D/W/T

8 Figura 6 - Determinarea încărcării pe roata simplă RSI Structura rutieră aeroportuare durabilă este dimensionată pentru un teren de fundare de categoria D și aeronave cu presiunea în pneuri nelimitată. 5. CONCLUZII În urma analizei structurilor rutiere aeroportuare clasice flexibile și durabile, se poate observa o grosime mai mică a structurii rutiere aeroportuare durabile de 130 cm. față de cea clasică de 147 cm., de asemenea, luând în considerare faptul că structurile rutiere aeroportuare durabile sunt alcătuite din straturi de beton asfaltic cu un modul de elasticitate ridicat conduce la o creștere a duratei de viață mai mare comparativ cu cele clasice, acestea fiind mai economice și mai eficiente în timp. Deși structurile rutiere aeroportuare durabile implică costuri inițiale mai mari decât cele clasice, acestea au o durată de viață de până la 30 de ani, comparativ cu o durată de viață de 10 ani pentru structurile rutiere aeroportuare clasice și nu necesită o întreținere periodică costisitoare. REFERINŢE 1. Andrei Radu, Andrei Dragoş, Notes for guidance on land transportation engineering Horia Gh. Zarojanu, Gabriel D. Bulgaru Aeroporturi, editura Matei Teiu Botez Ionela Scânteianu (căs.botezatu), Diana Dragoslav (căs. Dima) - Study concerning the conception and structural design of durable airport pavements - 5th International Exergy, Life Cycle Assessment, and Sustainability Workshop & Symposium(ELCAS-5) 9-11 July 2017, Nisyros Island, GREECE, 4. International Civil Aviation Organization (ICAO) Doc 9157 AN/901 Aerodrome Design Manual Part 3 Pavement, Second Edition Newcomb,E.D.,Willis,R.,Timm, H.D. Perpetual Asphalt Pavements A Synthesis. Asphalt Pavement Alliance APA 2010 online at: 6. STAS 1709/1-90 Adâncimea de îngheţ în complexul rutier 7. STAS 1709/2-90 Prevenirea şi remedierea degradărilor din îngheţ dezgheţ 8. STAS 1709/3-90 Determinarea sensibilităţii la îngheţ a pământurilor de fundaţie.

9