Comportamento de estruturas de pavimentos ferroviários com utilização de solos finos e/ou resíduos de mineração de ferro associados a geossintéticos

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Comportamento de estruturas de pavimentos ferroviários com utilização de solos finos e/ou resíduos de mineração de ferro associados a geossintéticos

Mensagem por George Rangel » 21 Out 2014, 19:43

Autor: Gilberto Fernandes (Fernandes G.)

Orientadores: Palmeira, E. M.; Gomes, R. C.

Instituição: Universidade Nacional de Brasília (UnB)
Departamento: Departamento de Engenharia Civil e Ambiental
Cidade: Brasília
Ano: Junho/2005
Fernandes - 2005.pdf
Resumo:
Esta tese tem como objetivo estudar o comportamento geotécnico de solos finos, resíduos sólidos de mineração e de siderurgia de ferro da área da mina de Gongo Soco, no município de Barão de Cocais, Quadrilátero Ferrífero do estado de Minas Gerais, associados a geossintéticos. Para concretizar os objetivos propostos, foi elaborado e desenvolvido um vasto programa de pesquisas que compreendeu três partes principais. A primeira consistiu no estudo da caracterização geotécnica dos solos finos locais, resíduos sólidos de mineração e siderurgia associados a geossintéticos por meio de três etapas de ensaios de laboratório. A segunda parte compreendeu o planejamento, construção, instrumentação e monitoramento de sete seções experimentais em condições de tráfego real da estrada de ferro Vitória Minas. A terceira e última parte constou de um amplo programa experimental de ensaios de campo para compreender o comportamento estrutural das misturas dos resíduos sólidos de minério de ferro. O estudo da caracterização geotécnica dos solos finos locais, resíduos de mineração e siderurgia de ferro, associados a geossintéticos, consistiu em três campanhas consecutivas de ensaios. Foram realizados ensaios de índices físicos, granulometria, compactação, índice de suporte Califórnia, expansão, permeabilidade, curva característica, cisalhamento direto, módulo de resiliência, raios-x, microscopia eletrônica de varredura, análise química, adsorção de nitrogênio, carga pontual, abrasão Los Angeles, MCT (Miniatura, Compactação, Tropical) e compressão uniaxial. Os resultados destes ensaios mostraram a viabilidade técnica do uso dos resíduos sólidos em misturas com solos finos locais convenientemente estudadas para camadas nobres dos pavimentos ferroviários. De forma geral, as misturas de até cinqüenta por cento de resíduos de minério de ferro com solos finos locais produziram aumento de índice de suporte Califórnia e de resiliência. Estes resultados foram fortemente influenciados por vários fatores, tais como: granulometria, tipo de densificação, processo de estabilização e matrizes dos esqueletos sólidos, tanto dos solos finos locais como dos resíduos de minério de ferro. As características ambientais foram avaliadas por meio de ensaios de massa bruta, lixiviação e solubilização e o resíduo classificado como classe II. No planejamento, construção e instrumentação das seções experimentais foram concebidos arranjos específicos para contemplar o material normalmente utilizado e os novos materiais propostos. Salientam-se os cuidados construtivos que foram adotados na construção dos pavimentos ferroviários com misturas de resíduos de minério de ferro. Nas seções foram utilizados sensores de deformação, temperatura e umidade. A instrumentação adotada mostrou-se eficiente. No programa experimental de ensaios de campo foram realizados ensaios de frasco de areia, determinação de deflexões com a viga Benkelman, módulos dinâmicos, controle topográficos e determinação das deformações dinâmicas e residuais acumuladas. Os resultados obtidos destes ensaios mostraram a eficiência do pavimento ferroviário construído com as misturas de minério de ferro associados a geossintéticos. Com base nos resultados obtidos neste estudo conclui-se pela viabilidade do emprego dos materiais estudados em pavimentos ferroviários, com qualidade técnica compatível com a de materiais normalmente utilizados e significativa economia na distância média de transporte, por se tratarem de materiais encontrados na faixa da ferrovia ou dentro da área de influência dos empreendimentos mineradores e siderúrgicos.

Abstract:
The objective of this thesis was to study the geotechnical behaviour of fine soils, iron mining tailings and wastes and steel mill slag from the Gongo Soco mine, located in the district of Barão de Cocais, Quadrilátero Ferrífero, state of Minas Gerais, in conjunction with geosynthetics. To achieve the proposed objectives, a comprehensive research programme was developed that involving three main parts. The first part consisted of a geotechnical characterization of the local fine soils and solid mining residues in three stages of laboratory tests. The second part consisted of the planning, construction, instrumentation and monitoring of seven railway test sections in conditions of real traffic in the Vitória Minas railway. The third and last part consisted of a comprehensive experimental programme of field tests to understand the structural behaviour of mixtures of solid residues of iron ore. The geotechnical characterization of the local fine soils and mining residues consisted of three consecutive testing programmes. The tests performed included physical indexes, grain size analyses, compaction, swelling, California bearing ratio, permeability, characteristic curve, direct shear, resilient modulus, X-ray difratometry, electronic microscopy, nitrogen adsorption using B.T.E., point load, Los Angeles abrasion tests and uniaxial compression tests. The results of these tests showed the technical feasibility of the use of solid residues in mixtures with local fine soils as layers of a rail pavement. In general, mixtures of up to fifty percent of iron ore residues with local fine soils produced increases of California bearing ratio and resiliency. These results were influenced strongly by several factors, such as: grain size distribution, compaction type, stabilization process used and soil fabric, either for the local fine soils or for the iron ore residues. Environmental characteristics of the residues were evaluated by means of leaching and solubility tests, with such materials being classified as a waste class II, according to Brazilian standards. In the planning, construction and instrumentation of the experimental railway sections specific arrangements were conceived to contemplate the material commonly employed in such works, as well as the new proposed materials. The construction procedures that were adopted using mixtures of iron ore residues are described in details. The instruments used to monitor pavement behaviour in the test sections consisted of soil strain, temperature and soil moisture transducers. The performance of the instrumentation used was satisfactory. The field tests executed included sand cone tests, Benkelman beam, dynamic modulus using the Geogauge H4140 device, survey and determination of cumulative dynamic and residual strains. The findings achieved showed the efficiency of the railway pavement built using iron ore mixtures associated with geosynthetics. The results obtained in this study showed the feasibility of the use of the materials studied in this thesis in rail pavements, with technical quality compatible with those of traditional construction materials and significant cost savings in transportation, as they can be easily found in the vicinities of the railway line or in the area of influence of mines.
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