Motivado pela alteração do sistema construtivo de pavimentos de concreto de cimento Portland, na qual foi abolida a utilização da manta plástica entre placas e bases cimentadas, com conseqüente emprego de imprimação da base com emulsão asfáltica, este trabalho buscou responder algumas indagações surgidas durante este processo. Em laboratório, através de uma metodologia de ensaio especialmente adaptada para o estudo da resistência ao cisalhamento entre concreto de cimento Portland (CCP) e concreto compactado com rolo (CCR), inferiu-se, para diferentes tratamentos de interface, elevados níveis de resistência ao cisalhamento em interfaces sem emulsão asfáltica que potencializam o emprego de estruturas monolíticas de pavimentos. Quanto àquelas que continham material asfáltico, foram obtidos resultados muito inferiores aos anteriores, com caracterização de ruptura dúctil, por efeito de fluência do material betuminoso. Duas pistas experimentais instrumentadas, uma em whitetopping ultradelgado e outra em pavimento simples de concreto executado segundo a nova prática construtiva, capazes de mensurar as deformações específicas do CCP durante a execução de provas de carga dinâmica, associadas às modelagens por elementos finitos (MEF), realizadas com auxílio do programa ISLAB2000, propiciaram importantes inferências sobre o comportamento mecânico destes dois tipos de pavimentos de concreto. Verificou-se o trabalho mecânico composto (monolítico) das estruturas de whitetopping ultradelgado, com boas correlações entre as tensões medidas e numericamente calculadas; e entre os rebaixamentos da linha neutra (LN) determinados analítica, numérica e experimentalmente. No tocante ao pavimento simples de concreto sobreposto à base cimentada imprimada, apesar das ótimas correlações entre tensões medidas e determinadas numericamente, não se pode obter conclusões definitivas a despeito do trabalho mecânico desta estrutura, apesar da existência de indícios de comportamento não-monolítico. / This thesis intended to answer some inquiries, which arose during the alteration of the concrete pavement constructive process. This process substituted the plastic blanket by the asphalt emulsion, between the concrete slabs and the cemented bases. A laboratorial test methodology, specially adapted for the study of shear strength between the Portland cement concrete and the rolled concrete, inferred, for different types of interlayer treatments, high levels of shear strength, at the interfaces without asphalt emulsion. These shear strength levels enable the monolithic behavior of the pavement structure. When the asphalt emulsion was presented at the interlayer, the shear strength was much smaller than the former, with ductile rupture due to creep of the bituminous material. Two instrumented road tests, the first section in ultra-thin whitetopping pavement and de second one, in jointed plain concrete pavement (built according to new constructive process), and the finite element analyses led to important conclusions about the mechanical behavior of these pavement structures. This was possible because the strain-gages measured the specific concrete deformations during the dynamic load tests. The monolithic behavior of the ultra-thin whitetopping pavement was verified. There were good correlations between the measured stresses and theoretical stresses, which were calculated by the finite element method; and between the neutral axle displacements, estimated by analytical, numerical and experimental methods. With regard to the jointed plain concrete pavement, which was built over the cemented base (covered by the asphalt emulsion), great correlations between measured and simulated stresses were found, as well as it was found for ultra-thin whitetopping. However, it was not possible to conclude, definitively, concerning the mechanical behavior of this pavement structure, although there are clues that ndicated a non-monolithic behavior, that is, concrete slabs are unbounded up with the cemented base.

Motivado pela alteração do sistema construtivo de pavimentos de concreto de cimento Portland, na qual foi abolida a utilização da manta plástica entre placas e bases cimentadas, com conseqüente emprego de imprimação da base com emulsão asfáltica, este trabalho buscou responder algumas indagações surgidas durante este processo. Em laboratório, através de uma metodologia de ensaio especialmente adaptada para o estudo da resistência ao cisalhamento entre concreto de cimento Portland (CCP) e concreto compactado com rolo (CCR), inferiu-se, para diferentes tratamentos de interface, elevados níveis de resistência ao cisalhamento em interfaces sem emulsão asfáltica que potencializam o emprego de estruturas monolíticas de pavimentos. Quanto àquelas que continham material asfáltico, foram obtidos resultados muito inferiores aos anteriores, com caracterização de ruptura dúctil, por efeito de fluência do material betuminoso. Duas pistas experimentais instrumentadas, uma em whitetopping ultradelgado e outra em pavimento simples de concreto executado segundo a nova prática construtiva, capazes de mensurar as deformações específicas do CCP durante a execução de provas de carga dinâmica, associadas às modelagens por elementos finitos (MEF), realizadas com auxílio do programa ISLAB2000, propiciaram importantes inferências sobre o comportamento mecânico destes dois tipos de pavimentos de concreto. Verificou-se o trabalho mecânico composto (monolítico) das estruturas de whitetopping ultradelgado, com boas correlações entre as tensões medidas e numericamente calculadas; e entre os rebaixamentos da linha neutra (LN) determinados analítica, numérica e experimentalmente. No tocante ao pavimento simples de concreto sobreposto à base cimentada imprimada, apesar das ótimas correlações entre tensões medidas e determinadas numericamente, não se pode obter conclusões definitivas a despeito do trabalho mecânico desta estrutura, apesar da existência de indícios de comportamento não-monolítico. / This thesis intended to answer some inquiries, which arose during the alteration of the concrete pavement constructive process. This process substituted the plastic blanket by the asphalt emulsion, between the concrete slabs and the cemented bases. A laboratorial test methodology, specially adapted for the study of shear strength between the Portland cement concrete and the rolled concrete, inferred, for different types of interlayer treatments, high levels of shear strength, at the interfaces without asphalt emulsion. These shear strength levels enable the monolithic behavior of the pavement structure. When the asphalt emulsion was presented at the interlayer, the shear strength was much smaller than the former, with ductile rupture due to creep of the bituminous material. Two instrumented road tests, the first section in ultra-thin whitetopping pavement and de second one, in jointed plain concrete pavement (built according to new constructive process), and the finite element analyses led to important conclusions about the mechanical behavior of these pavement structures. This was possible because the strain-gages measured the specific concrete deformations during the dynamic load tests. The monolithic behavior of the ultra-thin whitetopping pavement was verified. There were good correlations between the measured stresses and theoretical stresses, which were calculated by the finite element method; and between the neutral axle displacements, estimated by analytical, numerical and experimental methods. With regard to the jointed plain concrete pavement, which was built over the cemented base (covered by the asphalt emulsion), great correlations between measured and simulated stresses were found, as well as it was found for ultra-thin whitetopping. However, it was not possible to conclude, definitively, concerning the mechanical behavior of this pavement structure, although there are clues that ndicated a non-monolithic behavior, that is, concrete slabs are unbounded up with the cemented base.

Apresenta-se um trabalho numérico e experimental, com o objetivo de estudar o comportamento dos pavimentos de concreto estruturalmente armados, quando submetidos a forças verticais estáticas e repetidas. Avalia-se a contribuição da armadura de flexão, na resistência de placas de concreto apoiadas sobre meio elástico. Verifica-se experimentalmente o modo de ruína de placas submetidas a carregamento monotônico e a carregamento repetido, com e sem armadura, e acompanha-se o desenvolvimento das fissuras no concreto e das deformações no aço. Comparam-se os resultados obtidos, com as recomendações da NBR 6118:2003, para o dimensionamento de estruturas submetidas à fadiga. É desenvolvido modelo numérico capaz de representar a interface do solo com a placa do pavimento, a fissuração do concreto, a contribuição da armadura e o comportamento pós-fissuração. Com auxílio do modelo numérico, validado a partir dos resultados experimentais, estuda-se a influência de alguns parâmetros importantes para o dimensionamento dos pavimentos, tais como: capacidade de suporte da fundação, espessura das placas, área de aço, dimensões das placas em planta, posição de aplicação da força e presença de juntas de transferência de deslocamento. Os resultados experimentais mostram uma significativa contribuição da armadura positiva na resistência de placas isoladas sob forças verticais centradas. Verificou-se que as forças repetidas provocam fadiga do aço e que o número de ciclos depende da deformação provocada na armadura. A partir dos resultados são traçadas diretrizes para o dimensionamento, no qual devem ser considerados os momentos positivos e os negativos, e deve ser feita a verificação da fadiga do concreto e da armadura / A numerical and experimental study on the behavior of structurally reinforced concrete pavement under vertical static and repeated load is presented. The contribution of bending reinforcement to the strength of concrete slab is assessed. It is experimentally verified the fracture of reinforced and plain concrete slabs under monotonic loads and under cyclic loads. The concrete cracking and the strain on steel are monitored. The results are compared to the brazilian code recommendations to the design of structures under fatigue. A numerical model that represents the soil-slab interface, the concrete cracking, the reinforcement contribution and the tension stiffening behavior is developed. Some important parameters to the pavement design are analyzed using this finite element model, whose reliability was verified to experimental results. These parameters are: the soil capacity; the slab thickness; reinforcement ratio; slab dimensions; load positions; and joints conditions. The tests data show an important contribution of the positive reinforcement on the strength of an isolated slab with centered load. It has been verified the fatigue of the steel. The number of cycles depends on the reinforcement strain. The results are used to propose some directions to the design. The positive and negative bending moments have to be considered and the fatigue on the concrete and on the reinforcement has to be verified

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre_text fabio reis engcivil.pdf: 737129 bytes, checksum: ed254364f2d9e0fc110774d49fe0fc6e (MD5) Previous issue date: 2009-06-26 / The use of concrete pavements in highways is a valuable alternative to obtain a surface with high durability and low maintenance. This type of pavement has the performance compromised by fissures, especially when they occur in the joint with greater vulnerability of the concrete pavement. This work presents a study of the effectiveness of sawed joints in concrete pavements where eleven plates were tested until failure. The variables were: length of circular dowels (200 mm, 300 mm, 400 mm and 500 mm), dowel diameter (10 mm and 16 mm) and type of concrete (conventional and self-compacting). The tests were performed on the concrete plates supported on a base composed of sheets of rubber. A line load was placed on one side of the joint. The test results showed that the use of transfer dowels contributes significantly to the efficiency of the concrete pavements and increasing the length and the diameter of the circular dowels improves efficiency; 10 mm diameter dowels are not compatible with 120 mm thick concrete pavements, but 16 mm dowels bars present good performance; the use of reduced dowel bar lengths below 40 mm is not recommended; pavements with conventional concrete have better performance in the joints due to better aggregate interlocking that the conventional concrete of this search present, when compared the self-compacting concrete; dowels bars with reduced length did not reach yielding, characterizing an incomplete use of steel dowels because the transfer energy its over before the yielding of steel dowels / A utilização de pavimentos de concreto simples em rodovias mostra-se como uma valiosa alternativa na obtenção de um pavimento com grande durabilidade e pouca manutenção. Esse tipo de pavimento tem o seu desempenho comprometido com o surgimento de fissuras, principalmente quando as mesmas se apresentam em sua junta, região de maior vulnerabilidade do pavimento de concreto. Dessa forma este trabalho apresenta um estudo da eficiência da junta serrada em pavimentos de concreto simples onde foram ensaiadas onze peças cujas variáveis foram: comprimento da barra de transferência (200 mm, 300 mm, 400 mm e 500 mm), diâmetro da barra de transferência (10 mm e 16 mm) e tipo de concreto (convencional e autoadensável). Os ensaios foram realizados com o posicionamento das peças de concreto sobre uma base composta de placas de borracha e aplicada uma carga estática distribuída em um lado da junta por toda sua extensão, sendo interrompido o carregamento somente após a ruptura da peça. Os resultados da pesquisa mostraram que: a utilização de barras de transferência contribui significativamente para a eficiência do pavimento e com o aumento do comprimento e do diâmetro da barra, ocorre uma melhora na eficiência; barras de 10 mm de diâmetro não são compatíveis com pavimentos de concreto de 120mm de espessura, mas as barras de 16 mm apresentam bom desempenho nessa espessura; a utilização de comprimentos reduzidos de barras abaixo de 400 mm não é recomendada; peças de concreto convencional apresentam um melhor desempenho nas juntas, provavelmente em função do melhor intertravamento dos agregados que o concreto convencional desta pesquisa apresentou, quando comparado ao concreto autoadensável; barras de aço de comprimento reduzido não atingem o escoamento, caracterizando uma não utilização completa do aço pois a transferência de esforços foi cessada sem o aço da barra de transferência escoar.

Desde os anos 1940, o pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) é uma tecnologia empregada para o tráfego rodoviário nos Estados Unidos da América (EUA). A partir de 1972, na Alemanha, as premissas de construção do PCCA foram aplicadas em linhas ferroviárias. A utilização do PCCA como plataforma ferroviária é relativamente recente e ainda não existem normas específicas para o seu dimensionamento e análises. Diante disso, o comportamento estrutural do PCCA rodoviário é adotado para as vias férreas rígidas. O objetivo central deste trabalho é compreender o comportamento estrutural de um PCCA convencional utilizado como plataforma ferroviária. Para tanto, foram realizadas simulações numéricas computacionais com o software Abaqus/CAE, primeiramente para elaborar um modelo computacional de um PCCA convencional calibrando-o com resultados de ensaios de campo. Posteriores simulações com fixações, trilhos e a solicitações de três diferentes veículos foram conduzidas, no modelo inicialmente proposto, dentro do próprio Abaqus/CAE. As simulações no PCCA como plataforma ferroviária consistiram em avaliar se a posição da carga ferroviária em relação às fissuras do PCCA influenciava no comportamento estrutural do pavimento. Realizou-se também um estudo paramétrico com os elementos da via permanente e um estudo à fadiga no concreto utilizado. O PCCA comportou-se estruturalmente muito bem quando utilizado para veículos de passageiros. O período de vida observado para os veículos de passageiros está dentro do esperado para plataformas ferroviárias rígidas. Entretanto, para o caso do veículo de carga, os modelos de fadiga mostraram uma vida de projeto bem inferior à esperada para plataformas ferroviárias rígidas, portanto, o pavimento não suportaria o carregamento de veículos de carga. O estudo paramétrico demonstrou que a rigidez das fixações é o elemento que mais influencia na deflexão da via, na tensão de tração no fundo das placas e na tensão de tração em flexão nos trilhos. O melhoramento da capacidade estrutural da fundação diminui a tensão de tração no pavimento, sem alterar a deflexão na via permanente. / Since the 1940s, continuously reinforced concrete pavement (CRCP) is a technology used in the United States of America (USA) for road traffic. Starting in 1972, the CRCP construction premises were applied to railway lines in Germany. Use of PCCA as a railway platform is relatively recent and there are no specific standards for its scaling and analysis, there are no specific standards for its design and analysis. Given this, the structural behavior of the PCCA road is adopted for the rigid railways. The central objective of this work is to understand the structural behavior of a conventional CRCP used as a railway platform. For this, numerical simulations were performed with Abaqus/CAE software to develop a conventional CRCP model calibrated with field test results. Later, simulations with fixations, rails and three different vehicles loads were conducted in the model initially proposed. The CRCP simulations as railway platform consisted of evaluating whether the positioning of the rail load in relation to the CRCP transverse cracks influenced the structural behavior of the pavement. A parametric study was also performed on the permanent track elements and on the concrete fatigue life. As a result, the pavement lifespan observed under these vehicles loads is within that expected for rigid railway platforms, for the three fatigue models used. However, in the case of the cargo vehicle, the fatigue models showed a design life inferior that expected for rigid railway platforms; therefore, the pavement would not be appropriate for the loading of cargo vehicles. The parametric study showed that the stiffness of the fixings is the element that most influences track deflection, tensile stress at the bottom of the slabs and tensile stress in the rails. The improvement of the foundation decreases the tensile stress in the pavement without changing the deflection in the permanent way.