inovaÇÕes na construÇÃo e no controlo de … · homogeneidade espessura % compactação ......

IV Congresso Rodoviário Português – Abril 2006

INOVAÇÕES NA CONSTRUÇÃO E NO CONTROLO DE ATERROS DE ESTRADAS E DE CAMINHOS

DE FERRO DE ALTA VELOCIDADEPARTE 2

IV Congresso Rodoviário Português – Abril 2006

A. Gomes Correia – Universidade do Minho

Eduardo Fortunato - LNEC

Universidade do Minho

A. Gomes Correia ([email protected])Eduardo Fortunato ([email protected]) IV Congresso Rodoviário Português – Abril 2006

PLATAFORMAFUNDAÇÃO

PLATAFORMAFUNDAÇÃO

ESTRUTURA DA VIA FÉRREA


Camadas de apoio do pavimento e da via férrea

FunçãoFunção

Fase de construçãoTraficabilidade Capacidade de suporteProtecção das terraplenagens

Fase de exploraçãoCapacidade de carga do pavimento/via

Redução de tensões para a plataforma

Impermeabilização da plataforma

Drenagem das águas zenitais

Drenagem das águas subsuperficiais

Filtro e separação balastro/plataforma

Protecção contra o gelo

ExigênciasExigências

ExecuçãoExecução

Mat

eria

is; e

spes

sura

de

cam

adas

; téc

nica

s con

stru

tivas

Materiais

Camadas

Geometria

granulometriaplasticidadecaracterísticas das partículas

inclinaçõescotasregularidade

homogeneidadeespessura% compactaçãomódulo Ev2

ExploraçãoExploração

Camada de desgasteBalastroDrenagemPlataformaTerraplenagens

Conservação / Reabilitação

Homogeneidade (longo trecho)Variabilidade reduzida(condições climáticas)


Controlo da qualidade de construção de aterros e de camadas de apoio de pavimentos e de vias férreas

Por exemplo da rigidez da estrutura, procedendo à sua avaliação, pontualmente ou em contínuo, através de:

• Especificações baseadas no desempenho – estabelecimento de valores mínimos de grandezas mecânicas que caracterizam as estruturas.

• Especificação por produto – problemas relacionados com a representatividade dos ensaios;

ex: dmax > 19mm;

ex: energia de compactação em campo muito distinta da utilizada em laboratório;

Ensaio de Carga com Placa (ECP)Deflectómetro de Impacto Pesado (FWD) e Portátil (DIP)Medidor de capacidade de suporte em contínuo (MCSC)Soil Stiffness Gauge (SSG)Análise Espectral de Ondas de Superfície (SASW, CSW)

• Especificação por procedimentos – problemas relacionados com a variação dos materiais e das condições de construção;

Load

Surface

Base

Subgrade

Load

Terreno natural

Camadas betuminosas / balastro

agregados

carga cargaelevada rigidez baixa rigidez


Dados

e sub-balastro

Ev2 topo terraplenagem

Ev2 material sub-balastro

Ev2 material leito

Admite-se

E topo do sub-balastro

Modelo de comportamento

Condições de fronteira

Determina-see camada de leito

Dimensionamento das camadas de reforço de

plataformas ferroviárias (LNEC, 2000)


ENSAIOS DE CARGA TRIAXIAL CÍCLICA

Deformabilidade de agregados britados:

•várias compacidades; vários teores em água

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0. 01 0. 1 1 10 100

% M

ater

ial p

assa

do

D iâm etro das partículas (m m )

0/60/25

0/37, 5( )

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅+

−+

+= ∗

∗

∗

∗∗−

pq

.Gγ

pqγ

.Gn

.Kγ.ppε

aaa

nnav 3

1218

13

22

1

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅−

−+

−= ∗

∗

∗

∗∗−

pq

.Gγ

pqγ

.Gn

.Kγ.ppε

aaa

nnaq 6

12118

13

132

21

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

−

max

max

max

max

0

011

11:

pq

psm

pl

NN.εε

n

a

Bpp


Alguns resultados de ensaios realizados durante a renovação da plataforma ferroviária da Linha do Norte

Com os objectivos de avaliar:

• a qualidade da obra construída;

• a facilidade de utilização e o rendimento dos equipamentos;

• a repetibilidade dos valores obtidos em cada local;

• a sensibilidade dos valores às condições de ensaio;

• a relação entre os valores obtidos e os valores do módulo de deformabilidade obtidos pelo ECP (Ev2 – φ=600 mm, σvmax=250 kPa);

• a possibilidade de estes equipamentos contribuírem para o estabelecimento da energia de compactação necessária;

• a possibilidade de estes equipamentos permitirem detectar zonas com comportamento distinto, de forma muito mais fácil e económica do que recorrendo ao ECP.


Métodos utilizados

Portancemètre

SASWSSG

FWD

ECP

DIP


Camada de 30 a 45 cm de enrocamento calcárioPlataforma das terraplenagens em más condições

ZONA A – Renovação da plataforma ferroviária

Leito de via: 20 a 35 cm de material calcário britado com granulometria 0/37,5 mm + Sub-balastro: 0,15 m de material de granítico de granulometria (0/37,5 mm)

Ev2 min = 40 MPaLeito de via e sub-balastro ambos construídos com material agregado britado de granulometria extensa numa espessura total de 0,35 m.

ZONA B – Plataforma ferroviária nova

Ev2 min = 120 MPa


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

% M

ater

ial p

assa

do

Diâmetro das partículas (mm)

Cu=95,2Cc=1,8

Exemplo do controlo da compactação num trecho de 10 km

94

96

98

100

102

104

106

-4 -3 -2 -1 0 1 2w-wopt (%)

Cr (

%)

Leito (calcário) Cr med = 99,2% cv = 10%

94

96

98

100

102

104

-4 -3 -2 -1 0 1 2w-wopt (%)

Cr (

%)

Sub-balastro (granítico) Cr med = 98,7% cv = 1%Compactação

relativa elevada;

Maior dispersão no leito;

Compactação do lado seco.


Aumento significativo de EV2 com a construção do leito (30% a 300%);Dispersão relativamente elevada; R2 baixo.

y = 0.6302x + 73.048R2 = 0.3427

60

80

100

120

140

160

180

200

20 40 60 80 100 120EV2 Fundação existente (MPa)

EV2 L

eito

(MPa

)ECP

(φ=600)

y = 0.705x + 53.751R2 = 0.7413

60

80

100

120

140

160

180

200

60 80 100 120 140 160 180EV2 Leito (MPa)

EV2 S

ub-b

alas

tro (M

Pa)

Aumento importante de EV2 no domínio dos valores mais baixos, com a construção do sub-balastro (10% a 70%, com um valor máximo de cerca de 40 MPa)

R2 relativamente elevado.0

10

20

30

40

50

[0.0;1.0] [1.0;1.2] [1.2;1.4] [1.4;1.6] [1.6;1.8] [1.8;2.0] [2.0;2.2] [2.2;2.4] [2.4;2.6]EV2/EV1

Freq

uênc

ia (%

)

Sub-balastroLeitoFundação

1 < EV2/EV1 < 2,5;valores médios: 1,5 (F); 1,4 (L); 1,3 (SB);materiais distintos => distintas relações;resposta mais adequada da camada de

sub-balastro em relação à de leito e desta em relação à fundação existente.


Valores do módulo de deformabilidade medidos com o ECP e o com DIP e calculados pelo MEF, no topo das camadas de leito e de sub-balastro na Zona A.

LeitoE DIP = 1.2 E ECP

R2 = 0.9

Sub-balastroE DIP = 1.1 EECP

R2 = 0.8

40

60

80

100

120

140

160

180

40 60 80 100 120 140 160 180EECP (MPa)

E DIP

(MPa

)

Medidos no topo do leito

MEF no topo do leito (E leito=300MPa)

Medidos no topo do sub-balastro

MEF no topo do sub-balastro (E sub=250; E leito=300MPa)


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 200 400 600 800 1 000 1 200

Distância (m)

E (M

Pa)

Valor mínimo exigido (80 MPa)MCSCECP

(a) leito de via com 0,20 m de espessura(b) enrocamento com 0,30 m de espessura(c) geotêxtil(d) passagem inferior hidráulica

(b) (b)

(a)

(c)(d)

%12NE

EEN

1 ECP

MCSCECP

=

−∑

Módulo de deformabilidade obtido com o MCSC e com o ECP na Zona A no topo da camada de leito da via.

• 80 < EV2 (MPa)< 170•Efeito do número de passagens, detecção de zonas com anomalias; avaliação de soluções construtivas.


Valores do modulo de deformabilidade obtidos com o MCSC e com o ECP na Zona B no topo do sub-balastro.

100

150

200

250

300

350

140 850 140 950 141 050 141 150 141 250 141 350 141 450 141 550 141 650 141 750 141 850 141 950

Local (km)

E (M

Pa)

MCSC ECP

Passagem inferior

PI

%9NE

EEN

1 ECP

MCSCECP

=

−∑

• 125 < EV2 (MPa)< 260


FWD/DIP/ECPSub-balastro da subestrutura na

zona B

Intervalos dos valores médios e coeficientes de variação do módulo de deformabilidade equivalente para uma probabilidade de 95%

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

141050 141100 141150 141200 141250 141300 141350

Local de ensaio (VD) (m)

E (M

Pa)

DIP 300 (4/01) FWD 300 (4/01) ECP 300 (4/01) DIP 300 (7/01) FWD 300 (7/01) ECP 300 (7/01)

Verãow med (%)

1,0 (h=0,0 m)0,9 (h=0,1 m)0,8 (h=0,3 m)

Primavera w med (%)

3,8 (h=0,0 m)2,6 (h=0,1 m)2,3 (h=0,3 m)

ΕDIP ≅ 1,42 EFWD

16925 a 1096ECP 7/01

141091 a 1189FWD 7/01

151120 a 1226DIP 7/01

11332 a 373ECP 4/01

15235 a 258FWD 4/01

7353 a 369DIP 4/01

Coef. de variação (%)E médio (MPa)Série


ECP e SSG sobre camadas de sub-balastro em ABGE calcário (CS7) e granito (GS8) colocados sobre uma camada de balastro calcário misturado com solos.

y = 242.81x-0.68

R2 = 1.00

y = 395.49x-0.80

R2 = 0.97

y = 315.83x-0.89

R2 = 0.91

y = 258.76x-1.28

R2 = 0.95

0

40

80

120

160

200

0 1 2 3 4 5 6 7w (%)

EV (M

Pa)

ECP-CS7ECP-GS8SSG-CS7SSG-GS8

ESSG = 65% EECP

130 < EV2c (MPa) < 190 110 < EV2g (MPa) < 160


Caracterização da plataforma com métodos das ondas sísmicas superficiais (SASW)

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

0 200 400 600 800 1000 1200 1400ESASW (MPa)

141270 VD141230 VD141200 VD141170 VD141140 VD141110 VD

wméd=1,4%

Plataforma nova

Zona B(diversos

locais)

0

1

2

3

4

5

0 100 200 300 400 500E SASW (MPa)

Prof

undi

dade

(m)

após desguarnecer

após escavar

sobre leito

sobre sub-balastro

Plataforma em

renovaçãoZona A

(diversas fases/cotas)


Características gerais dos equipamentos utilizados:

Dificuldades:• distintas solicitações, distintas deformações, distintas áreas de influência• dificuldade em alterar condições de ensaio (estado dos materiais e tensões aplicadas)• exigência de mão-de-obra muito especializada e de equipamentos e programas de cálculo automático sofisticados em particular o SASW

Em particular:• MCSC – análise em contínuo e fácil detecção de zonas de comportamento distinto• SASW/CSW – permite a caracterização a elevadas profundidades• SSG e o DIP – grande portabilidade, facilidade de operação e baixo custo

• ensaios não destrutivos• grande mobilidade• fácil colocação em obra e fácil operação• conhecimento das grandezas em análise em tempo real• elevado rendimento => muitos dados => tratamento estatístico• pouca perturbação da obra


é desejável que o controlo de compactação das camadas de apoio das infra-estruturas de transporte, além de recorrer a especificações de produto, passe a recorrer também a especificações baseadas no desempenho;

EM CONCLUSÃO:

o valor do módulo de deformabilidade equivalente das camadas de apoio das infra-estruturas de transporte é um dos bons indicadores de desempenho e existem actualmente métodos que permitem fazer a sua determinação de forma sistemática;

a prática vai permitir estabelecer valores de referência a obter com os diferentes equipamentos.

Obrigado !

o valor do módulo de deformabilidade equivalente pode ser muitoinfluenciado pelo teor em água dos materiais que constituem as camadas das subestruturas; assim, a caracterização destas camadas deve ser feita nas condições mais adversas, nomeadamente para valores do teor em água próximos do máximo que os materiais poderão exibir durante a exploração da infra-estrutura; no caso das vias férreas esses valores não deverão ser muito distintos do valor do teor em água óptimo utilizado na compactação das camadas;

os valores do módulo de deformabilidade equivalente obtidos em diferentes condições de ensaio e com diferentes equipamentos podem ser muito distintos;


Garrafa de areia

Ensaio macro

inovaÇÕes na construÇÃo e no controlo de … · homogeneidade espessura % compactação ......

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