Antonio Carlos Rodrigues Guimaraes _D

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  • COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ

    UM MTODO MECANSTICO-EMPRICO PARA A PREVISO DA

    DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE

    PAVIMENTOS

    Antonio Carlos Rodrigues Guimares

    Tese de Doutorado apresentada ao Programa de

    Ps-graduao em Engenharia Civil, COPPE, da

    Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

    parte dos requisitos necessrios obteno do

    ttulo de Doutor em Engenharia Civil.

    Orientadora: Laura Maria Goretti da Motta

    Rio de Janeiro

    Junho de 2009

    i

  • UM MTODO MECANSTICO EMPRICO PARA A PREVISO DA

    DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE

    PAVIMENTOS

    Antonio Carlos Rodrigues Guimares

    TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

    COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

    UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

    REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE DOUTOR EM

    CINCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

    Aprovada por:

    ________________________________________________Prof. Laura Maria Goretti da Motta, D.Sc.

    ________________________________________________Prof. Jacques de Medina, L.D.

    ________________________________________________Prof. Washington Perez Nues, D.Sc.

    ________________________________________________Prof. Alexandre Benetti Parreira, D.Sc.

    ________________________________________________Prof. Liedi Lgi Barianni Bernucci, D.Sc.

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    JUNHO DE 2009

    ii

  • Guimares, Antonio Carlos Rodrigues

    Um Mtodo Mecanstico Emprico para a Previso da

    Deformao Permanente em Solos Tropicais Constituintes

    de Pavimentos. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009.

    XV, 352 p.: il.; 29,7 cm.

    Orientador: Laura Maria Goretti da Motta

    Tese (doutorado) UFRJ/ COPPE/ Programa de

    Engenharia Civil, 2009.

    Referencias Bibliogrficas: p. 344-352.

    1. Mecnica dos Pavimentos. 2. Deformao

    Permanente. 3. Teoria do Shakedown. I. Motta, Laura

    Maria Goretti da. II. Universidade Federal do Rio de

    Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III.

    Titulo.

    iii

  • Somos o que repetidamente fazemos. A excelncia, portanto, no um feito, mas

    um hbito.

    Aristteles

    Toda a nossa cincia, comparada com a realidade, primitiva e infantil e, no

    entanto, a coisa mais preciosa que temos.

    Albert Einstein (1879-1955)

    iv

  • DEDICATRIA

    O presente trabalho dedicado a Geraldo Guimares e Hugo Motta Rodrigues (in

    memorian).

    v

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo a meu pai Jos Carlos e minha me Maria Helena por terem me ajudado em

    tudo na vida e em especial nessa mais recente, e bastante exaustiva, jornada que foi a

    realizao do doutorado.

    Agradeo em especial professa Laura Motta por todo apoio e orientaes a mim

    dedicados durante os quase dez anos de amizade e trabalhos em conjunto, ao Exrcito

    Brasileiro pela oportunidade de realizao deste curso em trs anos de dedicao

    integral e pela confiana depositada, e ao professor Jacques de Medina pelas crticas,

    sugestes e orientaes, mas principalmente pelo exemplo de vida e dedicao

    pesquisa.

    Aos professores Alexandre Benetti Parreira, Lidi Bariani Bernucci e Washington Perez

    Nues pelas preciosas contribuies para aperfeioamento do trabalho, e a Eduardo

    Penha Ribeiro pelas importantes orientaes.

    So vrios os colegas que de alguma forma me ajudaram a concluir o presente trabalho.

    Colegas de trabalho da COPPE: Sandra Oda, lvaro Dell, Gustavo Lima, Ricardo Gil,

    Boror, Carlinhos, Ben-Hur, Beto Rlo, Sandro Guedes, Gustavo Hermida, Anna

    Laura, Vernica Callado, Wallen Medrado, Prepedigna, Luciana Nogueira, Ana Souza,

    Washington, Thiago, Helena Motta e Cescyle. Do IME: Vasconcellos, Marcelo Reis,

    Ferro, Marcelo Leo, Moniz de Arago, Carneiro, lvaro Vieira, Salomo Pinto,

    Silveira Lopes, Jos Renato, Ester Marques. Do exrcito: Ian Salles, Daniel Dantas,

    Adriano Incio, Jos Amaral, Mattos. Do exterior: Llio Brito, Andrew Dawson, Ingo

    Hoff, Patrapa Ravindra, Sabine Werkmeister, Greg Arnold, Erick Lekarp, Niclas

    Odermatt, John Small. De outros lugares: Loiva Antonello, Cludio Limeira, Helena

    Polivanov, Vanessa Canto, Rick Flrio, sis, Beatriz Costa, Mnica Nicola.

    vi

  • Resumo da Tese apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios

    para a obteno do grau de Doutor em Cincias (D.Sc.)

    UM MTODO MECANSTICO EMPRICO PARA A PREVISO DA

    DEFORMAO PERMANENTE EM SOLOS TROPICAIS CONSTITUINTES DE

    PAVIMENTOS

    Antonio Carlos Rodrigues Guimares

    Junho/2009

    Orientador: Laura Maria Goretti da Motta

    Programa: Engenharia Civil

    Apresentam-se diversos ensaios de deformao permanente de solos tropicais

    compactados que so utilizados em pavimentos. Prope-se um modelo matemtico de

    previso desta deformao em funo do estado de tenses e do nmero de aplicaes

    de cargas. Foram realizados 113 ensaios triaxiais de carga repetida at 150.000 ciclos

    em 15 amostras, sendo 8 lateritas pedregulhosas, 2 solos laterticos finos, 2 areias finas

    no-laterticas, um solo caolintico e uma brita . Pesquisaram-se os principais fatores

    que afetam a deformao permanente e a ocorrncia do shakedown ou acomodamento

    da deformao permanente dos materiais quando submetidos ao de cargas

    repetidas, atravs da anlise da taxa de acrscimo da deformao permanente a cada

    ciclo de carregamento. Em carter secundrio, pesquisou-se a variao da deformao

    resiliente ao longo dos ensaios triaxiais de cargas repetidas, tendo-se realizados ensaios

    de mdulos resilientes aps os de deformao permanente. O objetivo foi verificar o

    possvel enrijecimento dos solos compactados devido ao efeito da repetio de cargas.

    Configuram-se as condies relativamente favorveis ao acomodamento plstico dos

    solos tropicais compactados utilizados em pavimentos no Brasil.

    vii

  • Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

    A MECHANISTIC EMPIRICAL METHOD TO PREDITC PERMANENT

    DEFORMATION ON TROPICAL SOILS ON PAVEMENTS

    Antonio Carlos Rodrigues Guimares

    June/2009

    Advisor: Laura Maria Goretti da Motta

    Department: Civil Engineering

    This thesis presents tests of permanent deformation of compacted tropical soils

    used in pavements. Proposed a mathematical model to predict permanent deformation

    as a function of state of stress and number of load applications. Performed 113 repeated

    load triaxial tests up to 150,000 cycles in 15 samples of materials: 8 laterite gravels, 2

    fine lateritic soils, 2 non-lateritic fine sands, 1 kaolinitic soil, and one crushed stone.

    Studied the main factors of permanent deformation and of plastic shakedown of

    materials tested under repeated loading, through the analysis of rate of permanent

    deformation increase at each cycle. As a secondary issue the resilient deformation was

    determined throughout triaxial testing, and resilient modulus determinations were made

    after permanent deformation testing, the purpose being to check any possible

    strengthening of soils due to load repletion. There is strong evidence that plastic

    shakedown occurs frequently in compacted tropical soils used in pavements in Brazil.

    viii

  • SUMRIO

    CAPTULO 1 INTRODUO ............................................................................... 01

    CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA..........................................................09

    2.1 - Principais Tipos de Afundamento de Trilha-de-roda...............................09

    2.2 - Fatores que influenciam a deformao permanente em solos ................12

    2.2.1 Influncia das tenses ............................................................. 12

    2.2.2 Influncia do carregamento ..................................................... 15

    2.2.3 Umidade .................................................................................. 19

    2.2.4 Caractersticas Geotcnicas .................................................... 22

    2.3 - Modelos de previso da deformao permanente em solos e britas.......26

    2.3.1 Consideraes gerais ............................................................... 26

    2.3.2 Principais modelos de deformao permanente em solos .......27

    2.3.3 Modelos para materiais granulares ......................................... 30

    2.3.4 Modelos para solos argilosos .................................................. 39

    2.3.5 A experincia brasileira .......................................................... 42

    2.3.6 Deformao permanente admissvel ....................................... 48

    2.4 A Teoria do Shakedown ................................................................................ 51

    2.4.1 Introduo.................................................................................51

    2.4.2 Comportamento Clssico..........................................................54

    2.4.3 Conceitos Fundamentais..........................................................56

    2.4.4 Pesquisa do Shakedown Estrutural...........................................59

    2.4.5 Pesquisa do Shakedown do Material.........................................69

    ix

  • 2.5 Lateritas ou Pedregulhos Laterticos..............................................................74

    2.5.1

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