Ingineria rutieră este o ramură a ingineriei civile derivată din subdisciplina , care se ocupă cu planificarea, proiectarea, construcția, exploatarea și întreținerea drumurilor, șoselelor, străzilor, podurilor și tunelurilor."Highway engineering." McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology. New York: McGraw-Hill, 2006. Credo Reference. Web. 13 February 2013.

Ingineria rutieră a devenit proeminentă în a doua jumătate a secolului al XX-lea, după Al Doilea Război Mondial. Standardele din domeniul ingineriei rutiere sunt în mod constant îmbunătățite. Inginerii rutieri trebuie să ia în considerare fluxurile de trafic viitoare, proiectarea intersecțiilor și nodurilor rutiere, aliniamentele geometrice, materialele și proiectarea straturilor de carosabil, grosimea pavajului și întreținerea acestuia.

Istorie Începuturile pot fi datate încă din epoca romană. Odată cu dezvoltarea tehnologică, de la carele trase de cai la vehicule motorizate cu o „putere” echivalentă a sute de cai, dezvoltarea drumurilor a trebuit să țină pasul. Construcția șoselelor moderne a început abia la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului XX.

Primele cercetări dedicate ingineriei rutiere au fost inițiate în Regatul Unit prin crearea (TRL) în 1930. În Statele Unite, ingineria rutieră a devenit o disciplină importantă odată cu adoptarea , care urmărea conectarea a 90% dintre orașele cu o populație de peste 50.000 de locuitori. Odată cu creșterea dimensiunilor și greutății vehiculelor, pavajele au trebuit îmbunătățite. În 1958, construcția primei autostrăzi din Marea Britanie () a avut un rol semnificativ în progresul tehnologiei de pavare.

Planificare și dezvoltare Planificarea rutieră implică estimarea volumelor de trafic actuale și viitoare pe o . Este o etapă esențială pentru dezvoltarea sectorului rutier. Inginerii rutieri încearcă să prevadă și să analizeze toate efectele civile posibile ale sistemelor rutiere, luând în considerare impacturile negative asupra mediului – precum poluarea fonică, a aerului, a apei și alte efecte ecologice.

Finanțare Țările dezvoltate se confruntă constant cu costuri ridicate de întreținere a infrastructurii rutiere îmbătrânite. Creșterea industriei auto și expansiunea economică au generat o cerere pentru șosele mai sigure, mai performante și mai puțin aglomerate. Creșterea comerțului, a instituțiilor educaționale, a construcțiilor rezidențiale și a investițiilor în apărare a exercitat presiune asupra bugetelor publice, făcând finanțarea autostrăzilor o provocare.Chin, Antony T.H. "Financing Highways." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Caracteristicile multiple ale autostrăzilor, mediul economic și progresele în tehnologiile de tarifare afectează permanent abordările de finanțare, gestionare și întreținere rutieră.Estache, A., Romero, M., and Strong, J. 2000. The Long and Winding Path to Private Financing and Regulation of Toll Roads. The World Bank, Washington, DC, 49 pp.

Evaluarea impactului asupra mediului Dezvoltarea economică a unei comunități depinde în mare măsură de infrastructura rutieră, care îmbunătățește mobilitatea. Însă drumurile prost planificate sau întreținute pot afecta structura socială și economică a unei comunități. Efectele negative pot include distrugerea habitatelor și a biodiversității, poluarea aerului și a apei, zgomot și vibrații, degradarea peisajului natural și alterarea culturii locale.Aziz, M.A. "Environmental Impact Assessment of Highway Development." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Procesul de (EIM) implică trei pași principali: Identificarea tuturor posibilelor impacturi asupra mediului natural și socioeconomic; Evaluarea și cuantificarea acestor impacturi; Formularea măsurilor de evitare, atenuare sau compensare a efectelor anticipate.

Siguranța rutieră Sistemele rutiere produc cel mai mare număr de accidente și pierderi de vieți omenești: aproape 50 de milioane de persoane sunt rănite anual în accidente rutiere, iar 1,2 milioane mor în fiecare an.World Health Organization, 2004. World Report on Road Traffic Injury Prevention. World Health Organization, Geneva. Leziunile din accidentele rutiere reprezintă principala cauză de moarte accidentală până la vârsta de 50 de ani.Johnston, Ian. "Highway Safety." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Gestionarea siguranței este un proces sistematic care urmărește reducerea frecvenței și gravității accidentelor. Interacțiunea om–vehicul–infrastructură este adesea instabilă, ceea ce impune proiectarea, construirea și întreținerea drumurilor pentru a fi cât mai tolerante față de comportamentele șoferilor. Progresele tehnologice au îmbunătățit designul, construcția și metodele de întreținere, ducând la creșterea siguranței rutiere.

Proiectare

Etapa de proiectare stabilește traseul, aliniamentul și geometria optimă a drumului. Factori precum reacția umană, caracteristicile vehiculelor și condițiile drumului sunt integrați pentru a asigura siguranța utilizatorilor.

Proiectare

În etapa de proiectare se stabilesc amplasamentul, aliniamentul și forma unei șosele. Proiectarea rutieră ia în considerare trei factori principali – omul, vehiculul și infrastructura rutieră – și modul în care aceștia interacționează pentru a furniza un nivel adecvat de siguranță. Factorii umani includ timpul de reacție pentru frânare și virare, acuitatea vizuală necesară pentru observarea indicatoarelor și semafoarelor și comportamentul de urmărire în coloană. Considerațiile legate de vehicule includ dimensiunile și dinamica acestora, esențiale pentru stabilirea lățimii benzilor, a pantelor maxime și pentru alegerea vehiculului de proiectare. Inginerii rutieri proiectează geometria drumurilor astfel încât să asigure stabilitatea vehiculelor în curbe și pe rampe, precum și o distanță de vizibilitate suficientă pentru manevre de depășire pe drumurile cu două benzi, cu dublu sens.

Proiectare geometrică

Inginerii rutieri și de transport trebuie să respecte numeroase standarde de siguranță, confort și performanță atunci când proiectează drumuri pentru un anumit relief. Proiectarea geometrică se referă în principal la elementele vizibile ale șoselei. Inginerii care proiectează geometria drumurilor trebuie să ia în calcul și efectele asupra mediului și asupra structurilor din zona înconjurătoare.Cheu, R.L. "Highway Geometric Design." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

În procesul de proiectare geometrică trebuie abordate o serie de aspecte pentru ca drumul să se adapteze corect topografiei și să își mențină siguranța: viteza de proiectare; volumul de trafic de proiectare; numărul de benzi; nivelul de serviciu (LOS); distanța de vizibilitate; aliniamente, supralărgiri și pante; secțiunea transversală; lățimea benzii; orizontal și vertical.

Performanța operațională a unei șosele poate fi observată prin reacțiile conducătorilor auto la aceste elemente de proiectare și prin modul în care interacționează cu infrastructura.

Materiale Materialele utilizate la construcția șoselelor au evoluat în timp, începând din epoca Imperiului Roman. Progresele în caracterizarea materialelor și în aplicarea lor în proiectarea structurală a straturilor de carosabil au însoțit această evoluție.Tam, Weng On. "Highway Materials." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Există trei tipuri principale de straturi de uzură – beton de calitate rutieră (PQC), beton cu ciment Portland (PCC) și mixtură asfaltică la cald (HMA). Sub acest se află straturi de material care asigură capacitatea portantă a sistemului de carosabil. Aceste straturi pot include fundația și substratul din agregate, straturi tratate sau netratate, precum și terenul de fundare, natural sau tratat. Straturile tratate pot fi stabilizate cu ciment, bitum spumat, bitum obișnuit sau var pentru a conferi rigiditate suplimentară.

Proiectarea pavajului flexibil

Un pavaj flexibil – sau , de tip „tarmac” – este alcătuit, în mod tipic, din trei sau patru straturi. Pentru pavajele flexibile cu patru straturi se prevede un strat de uzură, un strat de bază și un strat de fundație (sub-bază), toate realizate peste terenul de fundare compactat. În cazul pavajelor flexibile cu trei straturi nu se execută strat de fundație, iar stratul de bază se așază direct pe terenul de fundare.Mamlouk, Michael S. "Design of Flexible Pavements." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Stratul de uzură al unui pavaj flexibil este realizat din mixtură asfaltică la cald (HMA). Agregatele nestabilizate sunt utilizate, de regulă, în stratul de bază; acesta poate fi însă stabilizat cu bitum, bitum spumat, ciment Portland sau alți agenți de stabilizare. Stratul de fundație este, în general, realizat din agregate locale, iar partea superioară a terenului de fundare este adesea stabilizată cu ciment sau var.

În cazul pavajelor flexibile, eforturile maxime apar la suprafață și scad odată cu adâncimea. Din acest motiv, materialele de cea mai bună calitate se utilizează la suprafață, iar materialele de calitate inferioară pot fi utilizate în straturile inferioare. Termenul „flexibil” se referă la capacitatea asfaltului de a se deforma ușor sub sarcină și de a reveni apoi la forma inițială la îndepărtarea traficului. Deformările mici se pot acumula în timp, ducând la apariția șanțurilor de roți (rutare) pe termen lung.

a unui pavaj flexibil este, de regulă, proiectată pentru 20–30 de ani. Grosimile necesare ale fiecărui strat variază considerabil în funcție de materialele utilizate, de intensitatea și repetiția sarcinilor de trafic, de condițiile de mediu și de durata de serviciu dorită. Aceste elemente sunt luate în calcul în etapa de proiectare, astfel încât pavajul să reziste pe durata proiectată fără degradări excesive.

Proiectarea pavajului rigid Pavajele rigide sunt utilizate, în general, la aerodromuri și pe șoselele principale, cum sunt cele din sistemul federal de autostrăzi din SUA. De asemenea, sunt folosite frecvent ca dale industriale grele, platforme portuare și parcări pentru vehicule grele. La fel ca pavajele flexibile, pavajele rutiere rigide sunt proiectate ca structuri durabile, pentru toate anotimpurile, pentru a deservi traficul modern de mare viteză, distribuind sarcina roților astfel încât tensiunile transmise terenului de fundare să rămână în limite acceptabile.Fwa, T.F. and Wei, Liu. "Design of Rigid Pavements." The Handbook of Highway Engineering. Ed. T.W. Fwa. CRC Press, 2005.

Betonul din (PCC) este materialul cel mai folosit în construcția dalelor de pavaj rigid, datorită disponibilității și costului relativ redus. Pavajele rigide trebuie proiectate astfel încât să suporte încărcări repetate pe durata de serviciu, care este, în mod tipic, de 30–40 de ani, aproximativ dublă față de pavajele flexibile.

Un aspect important în proiectarea pavajelor rigide este reducerea riscului de oboseală structurală cauzată de solicitările repetate datorate traficului. Acest tip de oboseală este frecvent întâlnit pe drumurile principale, unde se înregistrează milioane de treceri de roți de-a lungul vieții pavajului. Pe lângă criteriile legate de trafic, trebuie considerate și tensiunile de întindere generate de variațiile termice. S-a constatat că aceste tensiuni termice pot fi comparabile cu cele datorate încărcărilor de trafic, mai ales având în vedere rezistența redusă la întindere a betonului.

Pavajele rigide sunt, de regulă, alcătuite din trei straturi – terenul de fundare pregătit, un strat de bază sau fundație și dala de beton. Dala este dimensionată și compartimentată astfel încât să limiteze tensiunile termice interne. Pe lângă geometrie, se proiectează armături pentru controlul fisurării și se stabilesc distanțele dintre rosturi.