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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Lucio Salles de Salles
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Balbo, Jose Tadeu (Presidente)
Haach, Vladimir Guilherme
Khazanovich, Lev
Silva Filho, Luiz Carlos Pinto da
Sousa, José Luiz Antunes de Oliveira e
Título em inglês
Short continuously reinforced concrete pavement design recommendations based on non-destructive ultrasonic data and stress simulation.
Palavras-chave em inglês
Bus stops
Continuously reinforced concrete pavement
Cracks
Design
Short length
Stress simulation
Ultrasonic non-destructive testing
Resumo em inglês
Four sections of continuously reinforced concrete pavement (CRCP) were constructed at the University of São Paulo campus in order to introduce this kind of pavement structure to Brazil's technical transportation community. Sections were designed as 50 m long concrete slab, short in comparison to traditional CRCP, in order to simulate bus stops and terminals - locations of critical interest for public infrastructure. The thesis presented herein concludes this research project initiated in 2010. As the initial goal of this study was the development of coherent, reliable and intuitive design recommendations for the use of CRCP technology in Brazil, a profound understating of its structural and performance peculiarities was needed. For that, the cracking process of the experimental CRCP sections was recorded over a span of seven years. Due to the sections' short length and lack of anchorage, the experimental "short" CRCP presented a cracking behavior quite different than traditional CRCP. There were much less visible cracks than expected. To address this issue, a novel technology in ultrasonic non-destructive testing of concrete structures was applied. Through ultrasonic signal interpretation it was possible to discover several incipient non-visible cracks within the slabs - many of these became apparent on the slab surface in later crack surveys - and to characterize visible and non-visible cracks regarding crack depth. The updated crack map with non-visible cracks showed similarities with traditional CRCP. Additionally, the ultrasonic data analysis provided important information on thickness variation, reinforcement location and concrete condition that were applied in theoretical simulations (finite element software) of the short CRCP. Simulations were attempted considering different slab geometries, firstly with transverse cracks as joints with high load transfer efficiency (LTE) and secondly with a continuous slab without cracks or joints. The latter simulation was more accurate reaching a shift factor between field and simulated stresses in the order of 0.7 to 1.0. Deflection data and LTE analysis from cracks and panels in between cracks further attested the slab continuous behavior, which contradicts current CRCP design models and performance predictors. Furthermore, critical traffic and environmental loading conditions concerning Brazil's climate and bus traffic characteristics were investigated and related using a selected fatigue model resulting in design recommendations in a chart format for the short CRCP aimed at long-term projects for over 20 years of operation. The design chart was successfully applied to investigate three failures presented by the experimental short CRCP due to thickness deficiencies pointed out by the ultrasonic testing.
Título em português
Recomendações de projeto baseadas em dados ultrassônicos não destrutivos e simulação de tensões para pavimento de concreto continuamente armado de curta extensão.
Palavras-chave em português
Concreto
Pavimentos rígidos
Tensão estrutural
Resumo em português
Quatro seções de pavimento de concreto continuamente armado (PCCA) foram construídas no campus da Universidade de São Paulo, com o objetivo de introduzir esta estrutura, de reconhecido sucesso internacional, à comunidade técnica de engenharia de transportes brasileira. As seções foram projetadas com uma placa de concreto de 50 m de extensão, curta em comparação ao PCCA tradicional, com a finalidade de simular paradas e terminais de ônibus - locais de grande interesse para a infraestrutura pública. A tese aqui apresentada conclui este projeto de pesquisa iniciado em 2010. Como o objetivo inicial deste estudo foi o desenvolvimento de recomendações de projeto coerentes, confiáveis e intuitivas para a utilização do PCCA no Brasil, foi necessário um profundo entendimento de suas peculiaridades estruturais e de desempenho. Para isso, o processo de fissuração das secções experimentais foi acompanhado durante sete anos. Devido à curta extensão e falta de ancoragem das seções, o PCCA "curto" apresentou um padrão de fissuração diferente do PCCA tradicional com muito menos fissuras visíveis na superfície do que o esperado. Para abordar esta questão, uma nova tecnologia ultrassônica para ensaios não destrutivos de estruturas de concreto foi aplicada. Pela interpretação do sinal de ultrassom, foi possível descobrir várias fissuras incipientes (não visíveis) dentro das placas - muitas dessas foram observadas na superfície da placa em levantamentos de fissuras posteriores - e caracterizar fissuras visíveis e não-visíveis quanto à profundidade da fissura. O mapa de fissuração atualizado com fissuras não visíveis mostrou semelhanças com PCCA tradicional. Além disso, a análise dos dados de ultrassom forneceu informações importantes sobre a variação da espessura, localização da armadura longitudinal e condição do concreto, que foram aplicados em simulações teóricas (software de elementos finitos) do PCCA curto. Simulações foram propostas considerando diferentes geometrias, primeiramente com fissuras transversais como juntas com alta eficiência de transferência de carga (LTE) e posteriormente com uma placa contínua, sem fissuras ou juntas. Esta última simulação foi mais precisa alcançando um fator de conversão entre tensões de campo e simuladas na ordem de 0,7 a 1,0. Dados de deflexão e análise de LTE em fissuras e placas entre fissuras atestaram novamente o comportamento contínuo das placas, o que vai em contradição com os modelos atuais de dimensionamento e de previsão de desempenho para o PCCA. Ademais, o tráfego crítico e condições de carga ambiental correspondentes ao clima e tráfego de ônibus típicos brasileiros foram investigados e relacionados usando um modelo de fadiga resultando em recomendações de projeto para o PCCA de curta extensão sendo direcionado para projetos de longo prazo para mais de 20 anos de operação. O gráfico de projeto foi aplicado com sucesso para investigar três falhas apresentadas pelo PCCA curto experimental devido a deficiências de espessura apontadas pelo teste ultrassônico.
 
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Data de Publicação
2017-10-26
 
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