Aula5_MateriaisResiliencia

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Pavimentos

Comportamento dos Materiais de

Pavimentação – Ensaios e Resiliência

Alexandre B. Parreira – USP/ São Carlos

Comportamento dos materiais

Conceitos gerais

Comportamento tensão x deformação (σ x ε)

Ensaios

Módulo de resiliência

CBR

2


Pavimento – definição

reforço

subleito

base

sub-base

capa

O pavimento é uma estrutura destinada a resistir aosesforços gerados pelo tráfego, garantindo durabilidade àsuperfície de rolamento e proporcionando conforto e segurança ao usuário


Pavimentos - Tensões

Ação da carga no pavimento e no sub-leito

M R3

M R2

M R1

s

sn

sn

st

st

h1

h2

s 0

Zsubleito

capa

base

3


Principais Defeitos no Pavimento

Principais causas da deterioração dos pavimentos flexíveis:

Trincamento por fadiga



Principais causas da deterioração dos pavimentos flexíveis:

Afundamento de trilha de roda

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Tipos de deformações nos pavimentos:

DeformaDeformaçções elões eláásticassticas(reversíveis)

DeformaDeformaçções plões pláásticassticas(permanentes)

afundamento de trilha de rodatrincamento por fadiga

Resultante da flexão alternada e repetida da capa que

provocará a ruptura por fadiga do revestimento

Resultante da contribuição do subleito e das camadas do pavimento. Estão presentes 2 processos: densificação pela compactação do tráfego (volume reduz-se) e fluxo lateral

por cisalhamento (volume constante)


Comportamento dos materiais geotécnicos compactados (base e subleito)

σσr

σp2

σp1

εp εe

D

B

A

C•

•

•

ε

•

εe: deformação elástica

εp: deformação plástica

σr: tensão de ruptura

σp: tensão de plastificação

capa

base

subleito

carga

Comportamento σ x ε

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Ensaio de compressão simples


anel dinamométrico para medida da força

corpo-de-prova ensaiado

LVDT para medida dos deslocamentos

movimento ascendente da prensa


Ensaio triaxial estático - convencional


câmara triaxial

câmara triaxial

corpo-de-prova

anel dinamométrico

LVDT

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Resiliência e o comportamento tensão x deformação

ATEMPO

DEFORMAÇÃO

Total

ResilientePlástica

TE

NS

ÃO

DE

SV

IO

Hveem (1950) foi o 10

a designar as deformações elásticas

do pavimento com palavra RESILIENTE

σ x ε sob cargas cíclicas


onde:MR módulo de resiliência

σd tensão axial (σ1−σ3) ou (σV−σH) aplicada repetidamente

εR deformação recuperávelresultante do carregamento cíclico.

Módulo de resiliência no ensaio triaxial cíclico

AMR é o módulo

de elasticidade determinado

sob condições de

carregamento cíclico

C. cíclicas - módulo de resiliência

MRd

R=

σε

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C. cíclicas - módulo de resiliência

Tensões

Tempo

σV

σHσH

σV

τ

τ

Tensõesnormais (σV e σH)

e cisalhantes (τ)

atuantesnuma

região dopavimento


materiais do subleito e base

Pedra Porosa

Fios – LVDT’s

Saída para aplicação do vácuo

Base

Suporte inferior

Câmara triaxialSuporte - LVDT

Fios – Células de carga

Pistão de carga

Célula de cargaMembrana

AmostraLVDT

Determinação do módulo de resiliência

ensaio triaxialcíclico


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Triaxial cíclico


montagem do c.p. prensa universal MTS

LVDT (par)

corpo-de-

prova


Triaxial cíclicopainel de controle


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triaxial cíclico: tensões aplicadas no ensaio

AASHTO TP46-94 (1996)

(Material de base/sub-base) Etapa σ3 σd(máxima)

(kPa)

σd(contato)

(kPa)

σd(cíclica)

(kPa) Repet.

0 (*) 103,4 103,4 10,3 93,1 500-1000

1 20,7 20,7 2,1 18,6 100

2 20,7 41,4 4,1 37,3 100

3 20,7 62,1 6,2 55,9 100

4 34,5 34,5 3,5 31,0 100

5 34,5 68,9 6,9 62,0 100

6 34,5 103,4 10,3 93,1 100

7 68,9 68,9 6,9 62,0 100

8 68,9 137,9 13,8 124,1 100

9 68,9 206,8 20,7 186,1 100

10 103,4 68,9 6,9 62,0 100

11 103,4 103,4 10,3 93,1 100

12 103,4 206,8 20,7 186,1 100

13 137,9 103,4 10,3 93,1 100

14 137,9 137,9 13,8 124,1 100

15 137,9 275,8 27,6 248,2 100

(*) Etapa de condicionamento.


fase de condicionamento: eliminação das deformações permanentes

15 estágios de tensões para se determinar o MR onde se variam a tensão confinante (σ3) e a tensão desvio ou axial (σd)

O MR dos solos varia em função do estado de tensão!


Módulo de resiliência de materiais geotécnicosmodelos simplificados:

solos arenosos

MR = K1 . σ3K2

solos argilosos

MR = K1 . σdK2

2 3 4 5 6 7 8 9 2 310 1004

5

6

7

8

9

1E+6

2 3 4 5 6 7 8 9 2 310 100

2

3456789

2

1E+5

1E+6

energia modificada

energia normal

energia normal

energia modificada

MR

MR

σ3

σd


tensão confinante (σ3); tensão desvio ou axial (σd)K1 e K2: constantes de calibração dos modelos –variam com o comportamento de cada solos.

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Módulo de resiliência de materiais geotécnicos

modelo composto:

MR - módulo de resiliência;k1, k2 e k3 – constantes de calibração;σ3 - tensão confinante;σd - tensão desvio.

32 kd

k31k σ⋅σ⋅MR =


MR

σ3

σd


Módulo de resiliência de materiais geotécnicos

MR - módulo de resiliência;k1, k2 e k3 – constantes de calibração;pa – pressão atmosférica;


MR

σ3

σd

modelo universal (AASHTO):32

1 1kk

octR a

a a

M k pp p

τθ ⎛ ⎞⎛ ⎞ += ⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

( ) ( )2322

312

21oct

321oct

)(31

)(31

σ−σ+σ−σ+σ−σ⋅=τ

σ+σ+σ⋅=σ Ө =

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Módulo de resiliência da capa

capa– a tensão de confinamento

no revestimento não éconsiderada no ensaio.

ensaio de compressão

diametral cíclico

Regulador de pressão para aplicação de tensão desvio

Válvula “Three-way”

Suporte

Pistão

LVDT LVDT

Cabeçote Amostra

FR



O MR dacapa não

varia com o estado de tensão!


Compressão diametral cíclica: capas

corpo-de-

prova

LVDT (par)

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Análise Mecanística: {ε}=[D]·{σ}

capa MR = f(material)ν = 0,30

MR = f(material, tensão)ν = 0,35 – 0,45

base e

subleito

Pavimentos – dimensionamento

Lei de HookeElasticidade +

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