Renovação de plataformas ferroviárias: estudos relativos à capacidade de carga

Doutorados defendidos no exterior
Regras do fórum
Apenas doutorados defendidos no exterior
Avatar do usuário
George Rangel
Mensagens: 147
Registrado em: 11 Out 2014, 10:56
Localização: São Simão/GO - Uberlândia/MG - Rio de Janeiro/RJ
Idade: 32
Contatar:
Status: Offline

Renovação de plataformas ferroviárias: estudos relativos à capacidade de carga

Mensagem por George Rangel » 21 Out 2014, 20:14

Autor: Eduardo Manuel Cabrita Fortunato (Fortunato E.)

Orientadores: Pinelo, A. S.; Fernandes M. M.

Instituição: Universidade do Porto
Departamento: Engenharia Civil
Cidade: Porto
Ano: 2005
Fortunato - 2005.pdf
Resumo:
Esta dissertação pretende ser um contributo para o desenvolvimento de uma metodologia de abordagem do problema da renovação de plataformas ferroviárias em serviço, em particular no que se refere aos estudos de avaliação da capacidade de carga e técnicas de reforço. A referida metodologia foi desenvolvida com o objectivo de apoiar os projectos de renovação das vias ferroviárias existentes em Portugal. Os principais aspectos abordados são os mecanismos que contribuem para a degradação das vias férreas, a caracterização “in situ” das plataformas, as existentes e as que são renovadas, o comportamento mecânico dos materiais que as constituem (os existentes e os das camadas a colocar) e os procedimentos para a sua caracterização. Procedeu-se à descrição dos elementos que constituem as vias férreas balastradas e do seu funcionamento, quando sujeitas às acções impostas pelos comboios. Apontam-se algumas das vantagens deste tipo de solução estrutural clássica, quando comparada com outras. Referem-se os principais mecanismos que contribuem para a deterioração do estado da via. Analisam-se os métodos que normalmente são utilizados no dimensionamento deste tipo de infra-estruturas de transporte. Desenvolveu-se uma pesquisa no sentido de estabelecer os procedimentos mais adequados para a caracterização da subestrutura das vias férreas antigas e renovadas. A selecção desses métodos contemplou diversas variáveis, quer relacionadas com as características intrínsecas dos métodos, quer com as restrições relativas às obras onde foram utilizados. Apresenta-se uma revisão bibliográfica que é o estado de arte do conhecimento do comportamento dos materiais granulares, semelhantes aos que normalmente constituem as camadas de apoio das vias férreas. Apresentam-se os modelos numéricos que têm vindo a ser utilizados para a representação desse comportamento. A realização de um número elevado de ensaios sobre os materiais e as camadas que constituem a subestrutura antiga das vias férreas da Linha do Norte, permitiu a obtenção de um importante acervo de dados com os quais foi possível estabelecer algumas correlações entre diversas características físicas e de estado dos materiais e o módulo de deformabilidade reversível, e entre este e a resistência à penetração medida pelo penetrómetro dinâmico ligeiro. Desenvolveram-se estudos laboratoriais e num trecho experimental visando a aplicação do método do georadar para determinação da espessura das camadas de apoio da via férrea. Procedeu-se a uma campanha de ensaio num subtroço da Linha do Norte. O desenvolvimento de um equipamento de carga triaxial cíclica de grandes dimensões (f = 300 mm) permitiu a caracterização mecânica, em laboratório, do balastro contaminado e dos agregados britados de granulometria extensa que constituem as novas camadas da subestrutura da via férrea. Essa caracterização mostrou que alguns dos modelos constitutivos já validados por outros investigadores, para outros materiais, se adaptam bem ao comportamento dos materiais agora analisados. A modelação física de subestruturas da via férrea em fossas de ensaios, onde se construíram provetes prismáticos de grandes dimensões (2,2×2,2×1,0 m3 e 4,0×4,0×2,8 m3), permitiu reproduzir, no essencial, as condições físico-mecânicas das subestruturas das vias férreas antigas e daquelas que são renovadas. Os ensaios realizados nestes modelos evidenciaram alguns aspectos importantes do comportamento destas subestruturas, nomeadamente no que se refere à sua deformabilidade e ao comportamento que exibiram quando sujeitas a ensaios de cargas repetidas. A aplicação de diversos métodos não destrutivos na caracterização física e mecânica da subestrutura da via férrea, e a comparação dos resultados obtidos com cada um deles permitiu avaliar a potencialidade de cada um desses métodos, e estabelecer valores de referência do módulo de deformabilidade equivalente em diversas situações. A modelação numérica da subestrutura da via férrea, através de um programa onde se implementaram os modelos constitutivos estabelecidos com base em ensaios laboratoriais, permitiu reproduzir os resultados dos ensaios realizados no modelo físico. A modelação numérica da via, contemplando a superestrutura e a subestrutura, permitiu avaliar a resposta em termos de tensões e deformações das camadas de apoio e da fundação, quando sujeitas às cargas impostas pelos comboios e à influência das condições climáticas. Finalmente apresentam-se as conclusões mais relevantes dos estudos desenvolvidos e estabelecem-se linhas de desenvolvimento futuro no domínio da caracterização dos materiais granulares e das camadas da subestrutura das vias férreas.

Abstract:
The main purpose of the present dissertation is to contribute to develop a methodology to approach the problem related with the renewal of railway platforms in operation, particularly as regards the assessment of the bearing capacity and reinforcement techniques. This methodology has been developed with the purpose of supporting the renewal projects of the Portuguese railway tracks system. The main aspects approached are the following: the mechanisms that contribute to the deterioration of railway tracks; the “in situ” characterisation of platforms, both the existing ones and the ones that are subject to renewal works; the mechanical performance of materials (both the existing ones and the ones to be integrated in future layers); as well as the appropriate procedures for their characterisation. A description is made of the components of the railway tracks and their performance, when subject to actions imposed by trains. Some advantages of the classical structural solution are indicated, when compared with other solutions. Mention is made of the main mechanisms that contribute to the deterioration of the track. Furthermore, the methods that are currently used in the design of this type of transportation infrastructures are analysed. A research has been developed with a view to define the most appropriate procedures to characterise the sub-structure of both old and renewed railway tracks. The selection of these methods has comprised different variables, either related with the intrinsic characteristics of the methods or with restrictions referring to the works in which the latter have been used. A bibliographic revision is presented, which is the state-of-the-art of the knowledge about the performance of granular materials similar to those that normally integrate the granular layers of railway tracks. The constitutive models that have been used to represent that type of performance are also presented. The completion of a high number of tests on materials and on the layers that form the old sub-structure of the railway tracks of the North Line, has made it possible to obtain a significant collection of data. With that data, it has been possible to establish some correlations between different physical characteristics, the characteristics of the state of the materials and the resilient modulus, as well as between the latter and the penetration resistance measured using the dynamic cone penetrometer. Studies have been developed, both in laboratory and on an experimental section, with a view to apply the georadar method to determine the thickness of the layers of the railway track sub-structure. A test campaign was carried out on a sub-section of the North Line. The development of a large scale cyclic triaxial load apparatus (f = 300 mm) has permitted to carry out the mechanical characterization of fouled ballast (ballast contaminated with fine particles) and of well graded crushed aggregates, which form the new granular layers of the railway track sub-structure. That characterization has demonstrated that some of the constitutive models that were validated by other researchers, for other materials, are well adapted to the performance of the materials that are presently analysed. The physical modelling of railway track sub-structures in test pits, where large prismatic test samples were built (2.2×2.2×1.0 m3 e 4.0×4.0×2.8 m3), has made it possible to basically represent the physical and mechanical conditions of the sub-structures of the old railway tracks and of the renewed tracks. The tests conducted on these models have shown a few important aspects of the performance of these sub-structures, namely as regards their deformability and their performance when subject to repeated load tests. The application of several non-destructive methods for the physical and mechanical characterisation of the railway track sub-structure, and the comparison of the results obtained with each method, have allowed to assess the potential of each method and to define reference values of the equivalent modulus of deformability in different situations. The numerical modelling of the railway track sub-structure, using software in which the constitutive models were implemented on the basis of laboratory tests, has made it possible to represent the results of the tests performed on the physical model. The numerical modelling of the track, integrating both the super-structure and the sub-structure, has permitted to assess the response in terms of stresses and deformations of the granular layers and of the foundation, when subject to the loads imposed by trains and to the influence of climate conditions. Lastly, the most relevant conclusions of the studies developed are presented, and the future development lines, within the area of characterization of granular materials and sub-structure layers of railway tracks, are defined.

Résumé:
Cette dissertation vise à contribuer au développement d’une méthodologie d’analyse du problème de la rénovation des plateformes ferroviaires en opération, en ce qui concerne les études d’évaluation de la portance et les techniques de renforcement. Cette méthodologie a été développée pour soutenir les projets de rénovation des voies ferrées au Portugal. Les aspects principaux abordés sont: les mécanismes qui contribuent à la détérioration des voies ferrées, la caractérisation « in situ » des plateformes, soit celles existantes soit celles qui sont renouvelées, la performance mécanique de leurs matériaux (ceux existants et ceux des couches à être appliquées), et les procédés utilisés pour leur caractérisation. Ainsi, on a caractérisé les éléments qui constituent les voies ferrées et leur fonctionnement, quand soumises aux actions imposées par les trains. On indique quelques avantages de la solution structurale classique, par comparaison avec d’autres solutions. On mentionne les mécanismes principaux qui contribuent à la détérioration de l’état de la voie. On analyse les méthodes normalement utilisées pour le projet de ce type d’infrastructure de transport. On a développé une recherche visant à établir les procédés les plus adéquats à la caractérisation de la substructure des voies ferrées anciennes et renouvelées. La sélection de ces méthodes a comporté plusieurs variables, soit liées aux caractéristiques intrinsèques des méthodes, soit liées aux restrictions relatives aux travaux où elles ont été utilisées. On présente une révision bibliographique qui est l’état de l’art de la connaissance de la performance des matériaux granulaires, semblables à ceux qui normalement constituent les couches d’appui des voies ferrées. On présente les modèles numériques qui ont été utilisés pour représenter cette performance. La réalisation d’un grand nombre d’essais sur les matériaux et les couches qui constituent la substructure ancienne des voies ferrées de la Ligne du Nord, a permis d’obtenir une collection de données importante avec laquelle il a été possible d’établir quelques corrélations entre les plusieurs caractéristiques physiques, l’état des matériaux et le module réversible, et entre ce dernier et la résistance à la pénétration mesurée par le pénétromètre dynamique léger. On a développé des études en laboratoire et sur un tronçon expérimental visant l’application de la méthode du géoradar pour déterminer l’épaisseur des couches d’appui de la voie ferrée. On a effectué une campagne d’essais sur un tronçon de la Ligne du Nord. Le développement d’un appareil triaxial à chargements répétés (f = 300 mm) a permis d’effectuer la caractérisation mécanique du ballast contaminé et des graves non traitées, qui constituent les nouvelles couches de la substructure de la voie ferrée. Cette caractérisation a démontré que certains modèles constitutifs déjà validés par d’autres chercheurs, pour d’autres matériaux, s’adaptent bien au comportement des matériaux maintenant analysés. La modélisation physique des substructures de la voie ferrée dans des fosses d’essai, où des éprouvettes prismatiques de grande taille (2,2×2,2×1,0 m3 et 4,0×4,0×2,8 m3) ont été construites, a permis de reproduire, dans l’essentiel, les conditions physiques et mécaniques des substructures des voies ferrées anciennes et de celles qui sont renouvelées. Les essais effectués sur ces modèles ont démontré quelques aspects importants du comportement de ces substructures, nommément en ce qui concerne leur déformabilité et leur performance quand soumises à des essais de chargements répétés. L’application de plusieurs méthodes non-destructives pour la caractérisation physique et mécanique de la substructure de la voie ferrée, et la comparaison des résultats obtenus avec chacun d’entre eux, a permis d’évaluer le potentiel de chaque méthode et d’établir des valeurs de référence du module de déformation équivalente dans plusieurs situations. La modélisation numérique de la substructure de la voie ferrée, moyennant un programme où l’on a implémenté les modèles constitutifs établis en ayant comme base des essais en laboratoire, a permis de reproduire les résultats des essais effectués sur le modèle physique. La modélisation numérique de la voie, tout en intégrant la superstructure et la substructure, a permis d’évaluer la réponse en termes de tensions et de déformations des couches d’assise et de la fondation, quand soumises aux charges imposées par les trains et à l’influence des conditions climatiques. Finalement, les conclusions les plus importantes des études développées sont présentées et on définit les lignes de développement futur dans le domaine de la caractérisation des matériaux granulaires et des couches de la substructure des voies ferrées.
Você não está autorizado a ver ou baixar esse anexo.

Responder