Neste trabalho foram avaliadas as propriedades de resistência e deformabilidade de misturas solo-cimento-fibra. O estudo experimental consistiu de duas etapas, denominadas de etapa de laboratório e etapa de campo. Na etapa de laboratório foi verificada a influência da adição de fibras de polipropileno no comportamento tensão x deformação de um solo arenoso cimentado e não cimentado. Ensaios de resistência à compressão triaxial foram realizados para avaliar os efeitos da porcentagem de fibras, do comprimento das fibras, do diâmetro das fibras, da porcentagem de cimento, da densidade relativa, da tensão de confinamento e da distribuição granulométrica no comportamento do compósito. Na etapa de campo, o comportamento carga x recalque do solo arenoso cimentado reforçado com fibras foi avaliado, juntamente com os mecanismos de ruptura de cada compósito, através da execução de ensaios de placa de 0,30 m e 0,60 m de diâmetro sobre camadas tratadas de 0,30 m de espessura. Os métodos propostos por Vesic (1975), Meyerhof & Hanna (1978) e Thomé (1999) foram utilizados para a previsão da capacidade de suporte das camadas tratadas em campo A partir dos resultados obtidos chegou-se às seguintes conclusões: (1) a influência da inclusão de fibras sobre as propriedades mecânicas do compósito depende fundamentalmente das propriedades da matriz; (2) a porcentagem de cimento e a tensão de confinamento exercem forte influência no comportamento mecânico do material compósito; (3) o efeito da inclusão de fibras é mais evidente para maiores comprimentos e maiores teores de fibras, sendo seu efeito mais pronunciado para materiais compósitos com maiores densidades; (4) a influência das fibras na resistência de pico e última do material depende também do diâmetro das fibras e da distribuição granulométrica do solo; (5) O comportamento carga x recalque do solo cimentado é influenciado pela adição das fibras, alterando principalmente o comportamento pós-pico e o mecanismo de ruptura; (6) os valores de previsão da capacidade de suporte das camadas cimentadas, com e sem reforço de fibras, apresentam boa aproximação com os valores experimentais.

O estudo das propriedades mecânicas dos solos estruturados necessita de equipamentos de laboratório com características específicas. No caso de ensaios triaxiais, os equipamentos devem incorporar técnicas especiais, tais como: medição local de deformações e controle automático de trajetórias de tensão. Caso o solo seja ensaiado na condição não saturada, o equipamento deve ser capaz de controlar a sucção imposta ao corpo de prova. Esta dissertação apresenta a montagem de um equipamento triaxial automatizado para o estudo de solos estruturados, saturados e não saturados, sendo que para a execução de ensaios com diferentes trajetórias de tensões, pequenas modificações devem ser introduzidas no programa. O equipamento foi montado com peças encontradas no mercado nacional e de fácil aquisição. Este equipamento dispõe de medição local de deformações baseada em sensores de efeito Hall, com uma resolução de deformações axiais e radiais da ordem de 10-4. O equipamento utiliza um sistema de válvulas proporcionais para o controle automático das pressões aplicadas. O equipamento assim construído, foi utilizado para estudar o comportamento mecânico de um solo residual de arenito Botucatu oriundo de uma jazida na rodovia RS 239. Este solo apresenta um índice de vazios médio de 0,62. Envoltórias de resistência ao cisalhamento para valores de pico e para valores de deformações axiais >10%, foram determinadas a partir de resultados de ensaios triaxiais. Os resultados dos ensaios também permitiram identificar uma superfície de fluência. O efeito da cimentação, tanto na superfície de fluência como no módulo de Young, foi constatado através da análise das curvas tensão desvio x deformação axial, que mostram claramente uma mudança de comportamento associada à progressiva desestruturação do material. / The study of the mechanical properties of structured soils requires special laboratory testing equipment. For the case of triaxial tests, the equipment must be provided with special techniques, such as: local strain measurement and automatic stress path control. When the soil is unsaturated, the equipment must be able to control the suction imposed on the specimen. This dissertation describes the development of an automated triaxial equipment for the study of structured soils, either saturated or unsaturated. This equipment was assembled with parts easily available in the local market. The equipment has local strain measurement based on Hall effect sensors, with a resolution of 10-4 both for axial and radial measurement. It uses a sistem of proportional valves for the control of applied pressures. The equipment developed was used to investigate the mechanical behaviour of a residual soil of Botucatu sandstone, sampled from a quarry near the RS 239 road. showing an average void ratio of 0.62. Shear strength envelopes were identified both for the peak strength and for the strength corresponding to strains >10%. A yield surface was also dentified from the test results. The effect of cementation, both on the yield surface and Young's modulus, was observed on the stress-strain curves, which clearly show a change of behaviour related to progressive material destructuring.

Camadas granulares têm um importante papel no comportamento global de estruturas de pavimentos, especialmente quando possuem revestimentos delgados ou não possuem revestimento. Para estabelecer métodos de projeto mais eficientes e critérios construtivos, é necessário que a resposta das camadas granulares sob a ação do tráfego seja bem compreendida e levada em consideração. Assim, esta dissertação relata resultados de uma pesquisa sobre o comportamento quanto à resistência ao cisalhamento e deformações permanentes de três britas (uma graduada e duas uniformes com diferentes tamanhos máximos de partícula). Foram realizados ensaios triaxiais estáticos e dinâmicos obtendo-se os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb, módulos de Young, módulos de resiliência e o comportamento quanto a deformações permanentes. Para a brita graduada, desenvolveu-se um estudo complementar sobre o efeito do grau de compactação (90% e 100%) no seu comportamento mecânico. Uma observação conjunta dos resultados estáticos e dinâmicos associada a uma análise mecanística proporciona uma visão global dos resultados obtidos. A brita graduada, com grau de compactação de 100%, mostrou-se um agregado de excelente qualidade, apresentando bom comportamento quanto a deformações permanentes e elevada resistência ao cisalhamento, porém os seu módulos de resiliência foram apenas razoáveis Surpreendentemente, a granulometria uniforme com menor “tamanho máximo de agregado” apresentou um bom comportamento mecânico, porém devido aos seus baixos módulos de resiliência, não pode ser utilizada como camada de base. O seu uso fica restrito a pavimentos permeáveis sob tráfego de veículos leves, conforme demonstrado pelos resultados do monitoramento de um estacionamento experimental analisado nesta dissertação. As britas: uniforme com maior “tamanho máximo de agregado”(GU2) e graduada (GG1) com grau de compactação de 90%, apresentaram baixa resistência ao cisalhamento e alta deformabilidade plástica, comprometendo o seu uso como camada de base. De forma geral, foi confirmada a influência do grau de compactação e da granulometria no comportamento mecânico de materiais granulares. Nem o Índice de Suporte Califórnia e nem a resistência ao cisalhamento mostraram-se bons indicativos do comportamento de materiais granulares quanto a deformações permanentes.

Camadas granulares têm um importante papel no comportamento global de estruturas de pavimentos, especialmente quando possuem revestimentos delgados ou não possuem revestimento. Para estabelecer métodos de projeto mais eficientes e critérios construtivos, é necessário que a resposta das camadas granulares sob a ação do tráfego seja bem compreendida e levada em consideração. Assim, esta dissertação relata resultados de uma pesquisa sobre o comportamento quanto à resistência ao cisalhamento e deformações permanentes de três britas (uma graduada e duas uniformes com diferentes tamanhos máximos de partícula). Foram realizados ensaios triaxiais estáticos e dinâmicos obtendo-se os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb, módulos de Young, módulos de resiliência e o comportamento quanto a deformações permanentes. Para a brita graduada, desenvolveu-se um estudo complementar sobre o efeito do grau de compactação (90% e 100%) no seu comportamento mecânico. Uma observação conjunta dos resultados estáticos e dinâmicos associada a uma análise mecanística proporciona uma visão global dos resultados obtidos. A brita graduada, com grau de compactação de 100%, mostrou-se um agregado de excelente qualidade, apresentando bom comportamento quanto a deformações permanentes e elevada resistência ao cisalhamento, porém os seu módulos de resiliência foram apenas razoáveis Surpreendentemente, a granulometria uniforme com menor “tamanho máximo de agregado” apresentou um bom comportamento mecânico, porém devido aos seus baixos módulos de resiliência, não pode ser utilizada como camada de base. O seu uso fica restrito a pavimentos permeáveis sob tráfego de veículos leves, conforme demonstrado pelos resultados do monitoramento de um estacionamento experimental analisado nesta dissertação. As britas: uniforme com maior “tamanho máximo de agregado”(GU2) e graduada (GG1) com grau de compactação de 90%, apresentaram baixa resistência ao cisalhamento e alta deformabilidade plástica, comprometendo o seu uso como camada de base. De forma geral, foi confirmada a influência do grau de compactação e da granulometria no comportamento mecânico de materiais granulares. Nem o Índice de Suporte Califórnia e nem a resistência ao cisalhamento mostraram-se bons indicativos do comportamento de materiais granulares quanto a deformações permanentes.

O estudo das propriedades mecânicas dos solos estruturados necessita de equipamentos de laboratório com características específicas. No caso de ensaios triaxiais, os equipamentos devem incorporar técnicas especiais, tais como: medição local de deformações e controle automático de trajetórias de tensão. Caso o solo seja ensaiado na condição não saturada, o equipamento deve ser capaz de controlar a sucção imposta ao corpo de prova. Esta dissertação apresenta a montagem de um equipamento triaxial automatizado para o estudo de solos estruturados, saturados e não saturados, sendo que para a execução de ensaios com diferentes trajetórias de tensões, pequenas modificações devem ser introduzidas no programa. O equipamento foi montado com peças encontradas no mercado nacional e de fácil aquisição. Este equipamento dispõe de medição local de deformações baseada em sensores de efeito Hall, com uma resolução de deformações axiais e radiais da ordem de 10-4. O equipamento utiliza um sistema de válvulas proporcionais para o controle automático das pressões aplicadas. O equipamento assim construído, foi utilizado para estudar o comportamento mecânico de um solo residual de arenito Botucatu oriundo de uma jazida na rodovia RS 239. Este solo apresenta um índice de vazios médio de 0,62. Envoltórias de resistência ao cisalhamento para valores de pico e para valores de deformações axiais >10%, foram determinadas a partir de resultados de ensaios triaxiais. Os resultados dos ensaios também permitiram identificar uma superfície de fluência. O efeito da cimentação, tanto na superfície de fluência como no módulo de Young, foi constatado através da análise das curvas tensão desvio x deformação axial, que mostram claramente uma mudança de comportamento associada à progressiva desestruturação do material. / The study of the mechanical properties of structured soils requires special laboratory testing equipment. For the case of triaxial tests, the equipment must be provided with special techniques, such as: local strain measurement and automatic stress path control. When the soil is unsaturated, the equipment must be able to control the suction imposed on the specimen. This dissertation describes the development of an automated triaxial equipment for the study of structured soils, either saturated or unsaturated. This equipment was assembled with parts easily available in the local market. The equipment has local strain measurement based on Hall effect sensors, with a resolution of 10-4 both for axial and radial measurement. It uses a sistem of proportional valves for the control of applied pressures. The equipment developed was used to investigate the mechanical behaviour of a residual soil of Botucatu sandstone, sampled from a quarry near the RS 239 road. showing an average void ratio of 0.62. Shear strength envelopes were identified both for the peak strength and for the strength corresponding to strains >10%. A yield surface was also dentified from the test results. The effect of cementation, both on the yield surface and Young's modulus, was observed on the stress-strain curves, which clearly show a change of behaviour related to progressive material destructuring.

Este trabalho faz parte de uma pesquisa voltada ao estudo do comportamento mecânico do sistema ferroviário e tem foco principal no estudo experimental em laboratório que visa avaliar as características do lastro ferroviário em condições de carga variadas e determinar a influência dos principais parâmetros que afetam o comportamento da estrutura. O material utilizado em camada de lastro ferroviário é normalmente constituído de frações granulométricas graúdas o que dificulta a execução de testes de grande escala em laboratório, devido à robustez necessária do equipamento para representar a correta correspondência entre a amostra e o material de lastro. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de um novo aparelho triaxial em larga escala (400mmx800mm), que permite ensaiar agregados graúdos como no campo sem a necessidade de escalonamento da curva granulométrica; analisar a aplicabilidade da técnica de graduação paralela em ensaios triaxiais utilizando equipamento cilíndrico de pequena escala (150mm x 300mm), no qual é mais fácil de manipular pequenas frações, assim como avaliar a influência de duas graduações diferentes sobre deterioração e deformação. Verificou-se que os materiais granulares revelam uma forte tendência de se compactar sob níveis elevados de estresse, causando um aumento significativo de rigidez. A graduação AREMA Nº 24 mostrou-se mais resistente à deformação e a deterioração quando comparada à AREMA Nº 3. O nível de tensões escolhido mostrou-se satisfatório para simular a via permanente sob carregamento, devido à deterioração dos agregados ao final do teste. Além disso, a degradação da amostra contaminada foi mais acentuada que aquela sem finos, demonstrando que o aumento no nível de colmatação implica em perda da durabilidade do lastro, acarretando em necessidade de mais ciclos de correção geométrica e diminuição de sua vida útil. Observou-se que combinação de finos e água no lastro afeta fortemente a resposta mecânica da via permanente, diminuindo sua rigidez e ocasionando instabilidade do sistema, devendo esta situação ser evitada. Os resultados também apontam que o aumento de carga por eixo contribui para uma degradação acelerada dos componentes da via, ocasionando a diminuição do período entre ciclos de manutenção. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão do comportamento mecânico da camada de lastro, e desta forma auxiliam no projeto de vias férreas mais eficientes. / This work is part of a research focused on studying the mechanical behavior of the railroad system and has a primary focus on experimental laboratory work aimed to evaluate the characteristics of railway ballast under conditions of varying load and determines the influence of the main parameters that affect the behavior of the structure. Materials used in ballast layers are usually comprised of a highly coarse-graded gradation, hence the implementation of large-scale laboratory tests is difficult to conduct due to the corresponding large-scale triaxial specimens for railroad ballast material. The main purpose of this paper was to evaluate the efficiency of a new large-scale triaxial apparatus (400mm x 800mm), that allows testing large-size particles as found in the field without the need of scaling aggregates; the applicability of the parallel gradation technique in triaxial tests using small-scale cylindrical equipment (150mm x 300mm), in which it is easier to manipulate small fractions, as well as to assess the influence of two different gradations on ballast breakage and deformation. It was found that granular materials reveal a strong tendency to settle under higher stress levels, causing a significant increase of their strength and stiffness. The AREMA No. 24 gradation was found to be the most resistant to ballast settlement compared to AREMA No. 3. The stress level chosen was satisfactory to simulate the permanent way under load, due to deterioration of the aggregates at the end of the test. Moreover, the degradation of the contaminated sample was more pronounced than the one without fouling, demonstrating that increased level of fouling implies loss ballast durability, resulting in the need for more rounds of geometric correction and reduction of the life cycle. It was observed the combination of fines and water in the ballast strongly affects the mechanical response of the track, reducing its stiffness and causing system instability, and this situation must be avoided. The results also indicate that increasing axle load contributes to accelerated deterioration of track components, causing a decrease in the period between maintenance cycles. The results contribute to a better understanding of the mechanical behaviour of ballast layer, and thereby assist in the design of more efficient railways.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009