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Type: Tese
Title: Estudo do comportamento mecanístico-empírico de materiais alternativos e cimentícios em camadas de pavimentos
Authors: Bastos, Sarah Denise Vasconcelos
Advisor: Barroso, Suelly Helena de Araújo
Keywords in Brazilian Portuguese : Cinza-cal;Resíduos de termelétricas;Solo-Cimento;Pavimento rodoviários;Deformação permanente do solo;Fadiga de misturas cimentadas
Keywords in English : Soil-Cement;Permanent Deformation;Permanent soil deformation;Fatigue of cemented mixtures
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES
Issue Date: 27-Jun-2024
Citation: BASTOS, Sarah Denise Vasconcelos. Estudo do comportamento mecanístico-empírico de materiais alternativos e cimentícios em camadas de pavimentos. 2024. 310 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: A política ambiental cada vez mais austera, associada à diminuição da oferta e à elevação dos custos dos recursos naturais utilizados na construção da infraestrutura viária, conduzem os pesquisadores a estudar a viabilidade técnica, ambiental e financeira e/ou econômica de materiais residuais e de misturas estabilizadas como matéria prima para aplicação sustentável em obras de engenharia. Esta pesquisa tem como desafio motivador contribuir para o estudo do comportamento de diversos materiais (solos, de cinzas de termelétrica e de misturas estabilizadas cinza-cal e solo-cimento) para fins de pavimentação, por meio da concepção e execução de um Trecho Experimental com cinzas; da criação de um Manual de Aplicação de Cinzas em Pavimentação; da proposição de modelos de predição da deformação permanente (DP) em solos; e do estudo do comportamento mecânico de misturas solo-cimento à luz de propriedades mecanicistas, como DP e fadiga. Para tanto, a tese foi organizada em 8 capítulos, Introdução, Referencial Teórico, Artigo 1, Artigo 2, Artigo 3, Artigo 4, Artigo 5 e Conclusões. Na pesquisa contemplaram-se todos os ensaios físicos e mecânicos que resultaram na proposição do projeto estrutural de pavimento do trecho, bem como as etapas pertinentes à execução, observando-se particularidades do material trabalhado, que serão documentadas com o intuito de assistir às aplicações das cinzas na pavimentação. O manual de boas práticas de execução de camadas de pavimentos com cinzas de carvão desenvolveu diretrizes práticas à utilização de cinzas na pavimentação, propondo metodologias de uso e especificações técnicas de serviço para utilização desse material na área rodoviária. O modelo de predição da DP de solos da Região Metropolitana de Fortaleza foi criado, a partir da técnica de Redes Neurais Artificiais, tendo-se como variáveis explicativas o Índice de Suporte Califórnia (ISC), tensão confinante, tensão desvio, Módulo de Resiliência (MR), classificação AASHTO e número de ciclos (N). O modelo final possui uma arquitetura formada por 6 neurônios na camada de entrada, 20 neurônios na primeira camada intermediária, 10 na segunda camada intermediária e 1 neurônio na camada de saída (6:20:10:1). Com relação às misturas cimentadas, o incremento no teor de cimento e na idade de cura em misturas solo-cimento promoveu melhora nos parâmetros de resistência e de rigidez nas amostras ensaiadas. No que se refere ao parâmetro de Deformação Permanente, constatou-se a tendência de estabilização das deformações plásticas a partir de 6000 ciclos de aplicação de carga no ensaio triaxial, comprovando-se essa tendência por meio de análises no software MeDiNa. Em termos de fadiga, modelos de vida de fadiga de misturas cimentadas foram gerados, procedendo-se a análises mecanísticas-empíricas do comportamento das misturas investigadas como base e sub-base de pavimentos rodoviários. Assim, os estudos aqui desenvolvidos podem orientar novos projetos que optem por utilizar materiais residuais advindos de termelétricas e misturas solo-cimento em camadas de pavimentos, possibilitando melhor previsão do desempenho dos pavimentos a partir da análise por rotinas mais mecanicistas.
Abstract: The increasingly austere environmental policy, associated with the decrease in supply and the increase in the costs of natural resources used in the construction of road infrastructure, leads researchers to study the technical, environmental and financial and/or economic viability of waste materials and mixtures stabilized as raw material for sustainable application in engineering works. The motivating challenge of this research is to contribute to the study of the behavior of various materials (soil, thermoelectric ash and stabilized ash-lime and soil-cement mixtures) for paving purposes, through the design and execution of an Experimental Section with ash; the creation of a Manual for the Application of Ash in Paving; the proposition of models for predicting permanent deformation (DP) in soils; and the study of the mechanical behavior of soil-cement mixtures in light of mechanistic properties, such as DP and fatigue. To this end, the thesis was organized into 8 chapters, Introduction, Theoretical Framework, Article 1, Article 2, Article 3, Article 4, Article 5 and Conclusions. The research included all the physical and mechanical tests that resulted in the proposal of the structural pavement project for the section, as well as the stages relevant to the execution, observing particularities of the material worked on, which will be documented with the aim of assisting the applications of the Ashes on the pavement. The manual of good practices for the execution of pavement layers with coal ash developed practical guidelines for the use of ash in paving, proposing usage methodologies and technical service specifications for the use of this material in the road area. The soil PD prediction model in the Metropolitan Region of Fortaleza was created using the Artificial Neural Networks technique, with the California Support Index (ISC), confining tension, deviation tension, Resilience Modulus ( MR), AASHTO classification and number of cycles (N). The final model has an architecture formed by 6 neurons in the input layer, 20 neurons in the first intermediate layer, 10 in the second intermediate layer and 1 neuron in the output layer (6:20:10:1). In relation to cemented mixtures, the increase in cement content and curing age in soil-cement mixtures promoted an improvement in the resistance and stiffness parameters in the tested samples. With regard to the Permanent Deformation parameter, a tendency for plastic deformations to stabilize after 6000 load application cycles in the triaxial test was observed, confirming this trend through analyzes in the MeDiNa software. In terms of fatigue, fatigue life models of cemented mixtures were generated, carrying out mechanisticempirical analyzes of the behavior of the mixtures investigated as the base and sub-base of road pavements. Therefore, the studies developed here can guide new projects that choose to use waste materials from thermoelectric plants and soil-cement mixtures in pavement layers, enabling better prediction of pavement performance based on analysis using more mechanistic routines.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78976
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5140161657135223
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0580-8706
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5132757639915375
Access Rights: Acesso Aberto
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