Análise mecânica do lastro ferroviário por meio de ensaios triaxiais cíclicos

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Análise mecânica do lastro ferroviário por meio de ensaios triaxiais cíclicos

Mensagem por George Rangel » 28 Jan 2016, 14:53

Autor: ANTONIO HAMILTON MICHEL MERHEB (MERHEB, A. H. M.)

Orientador: Liedi Légi Bariani Bernucci

Instituição: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO, ESCOLA POLITÉCNICA
Departamento: Engenharia de Transportes
Cidade: São Paulo
Ano: 2014

Resumo:
Este trabalho faz parte de uma pesquisa voltada ao estudo do comportamento mecânico do sistema ferroviário e tem foco principal no estudo experimental em laboratório que visa avaliar as características do lastro ferroviário em condições de carga variadas e determinar a influência dos principais parâmetros que afetam o comportamento da estrutura. O material utilizado em camada de lastro ferroviário é normalmente constituído de frações granulométricas graúdas o que dificulta a execução de testes de grande escala em laboratório, devido à robustez necessária do equipamento para representar a correta correspondência entre a amostra e o material de lastro. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de um novo aparelho triaxial em larga escala (400mmx800mm), que permite ensaiar agregados graúdos como no campo sem a necessidade de escalonamento da curva granulométrica; analisar a aplicabilidade da técnica de graduação paralela em ensaios triaxiais utilizando equipamento cilíndrico de pequena escala (150mm x 300mm), no qual é mais fácil de manipular pequenas frações, assim como avaliar a influência de duas graduações diferentes sobre deterioração e deformação. Verificou-se que os materiais granulares revelam uma forte tendência de se compactar sob níveis elevados de estresse, causando um aumento significativo de rigidez. A graduação AREMA Nº 24 mostrou-se mais resistente à deformação e a deterioração quando comparada à AREMA Nº 3. O nível de tensões escolhido mostrou-se satisfatório para simular a via permanente sob carregamento, devido à deterioração dos agregados ao final do teste. Além disso, a degradação da amostra contaminada foi mais acentuada que aquela sem finos, demonstrando que o aumento no nível de colmatação implica em perda da durabilidade do lastro, acarretando em necessidade de mais ciclos de correção geométrica e diminuição de sua vida útil. Observou-se que combinação de finos e água no lastro afeta fortemente a resposta mecânica da via permanente, diminuindo sua rigidez e ocasionando instabilidade do sistema, devendo esta situação ser evitada. Os resultados também apontam que o aumento de carga por eixo contribui para uma degradação acelerada dos componentes da via, ocasionando a diminuição do período entre ciclos de manutenção. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão do comportamento mecânico da camada de lastro, e desta forma auxiliam no projeto de vias férreas mais eficientes.

Abstract:
This work is part of a research focused on studying the mechanical behavior of the railroad system and has a primary focus on experimental laboratory work aimed to evaluate the characteristics of railway ballast under conditions of varying load and determines the influence of the main parameters that affect the behavior of the structure. Materials used in ballast layers are usually comprised of a highly coarse-graded gradation, hence the implementation of large-scale laboratory tests is difficult to conduct due to the corresponding large-scale triaxial specimens for railroad ballast material. The main purpose of this paper was to evaluate the efficiency of a new large-scale triaxial apparatus (400mm x 800mm), that allows testing large-size particles as found in the field without the need of scaling aggregates; the applicability of the parallel gradation technique in triaxial tests using small-scale cylindrical equipment (150mm x 300mm), in which it is easier to manipulate small fractions, as well as to assess the influence of two different gradations on ballast breakage and deformation. It was found that granular materials reveal a strong tendency to settle under higher stress levels, causing a significant increase of their strength and stiffness. The AREMA No. 24 gradation was found to be the most resistant to ballast settlement compared to AREMA No. 3. The stress level chosen was satisfactory to simulate the permanent way under load, due to deterioration of the aggregates at the end of the test. Moreover, the degradation of the contaminated sample was more pronounced than the one without fouling, demonstrating that increased level of fouling implies loss ballast durability, resulting in the need for more rounds of geometric correction and reduction of the life cycle. It was observed the combination of fines and water in the ballast strongly affects the mechanical response of the track, reducing its stiffness and causing system instability, and this situation must be avoided. The results also indicate that increasing axle load contributes to accelerated deterioration of track components, causing a decrease in the period between maintenance cycles. The results contribute to a better understanding of the mechanical behaviour of ballast layer, and thereby assist in the design of more efficient railways.
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